什么是贝塞尔曲线?
贝塞尔曲线于 1962 年,由法国工程师皮埃尔·贝济埃(Pierre Bézier)所广泛发表,他运用贝塞尔曲线来为汽车的主体进行设计,贝塞尔曲线最初由保尔·德·卡斯特里奥于1959年运用德卡斯特里奥算法开发,以稳定数值的方法求出贝塞尔曲线。
贝塞尔曲线具有很多特殊的性质,在一些领域比如图形设计中应用十分广泛,贝塞尔曲线完全由其控制点决定其形状, n个控制点对应着n-1阶的贝塞尔曲线,并且可以通过递归的方式来绘制。
一阶曲线
一阶曲线很好理解, 就是根据t来的线性插值. 表示的是一个向量, 其中和是分别按照这个公式来计算的。
可以看到,一阶曲线是一条直线。
二阶曲线
既然前面提到递归,那么二阶必然和一阶有关系,
在平面上三个不共线的三点,依次用线段连接,分别取和两点,使得,此时又是一条直线,可以按照一阶方式来插值了:
三阶曲线
二阶的贝塞尔通过在控制点之间再采点的方式实现降阶, 每一次选点都是一次的降阶,三阶的也是同理:
这样通过给定的离散点就能确定它们之间的插值曲线了。
钢笔工具
贝塞尔曲线在图形设计的应用中,最典型的就是Photoshop中的钢笔工具。如下,中间一个节点,两边两个手柄,调节手柄的方向可以控制曲线的走向,调节手柄的长度可以控制曲线的弧度,也就是调节的过程。
熟练运用之后就能绘制复杂的图形,然后上色即可。
使用python绘制图像
到这里开始切入正题了,前面提到既然贝塞尔曲线可以通过公式表示,那么一定可以通过python实现自动化操作。整体的思路就是给定一个位图图像,然后将其矢量化以保存矢量路径,然后读取路径使用贝塞尔曲线勾勒填充就可以了。
位图矢量化
位图与矢量图的一大区别就是位图图像进行处理,放大后会出现方块状,图片属于真彩色,图片会失真。位图图像善于重现颜色的细微层次,能够制作出色彩和亮度变化丰富的图像,可逼真地再现这个世界,文件庞大,不能随意缩放。矢量图中保存的是线条和图块的信息,也就是所谓的路径,在python中可以借助Potrace
模块来完成矢量化的操作。
定义贝塞尔曲线
根据前面的知识定义贝塞尔曲线比较简单,这里使用粗暴的函数嵌套方式,感兴趣的可以另外改善。
对于复杂的图像我们一般使用三阶以上的曲线描摹,需要定义类似于画笔的操作,即绘制曲线至(x,y)点,
然后就是其他的线条操作。
绘图
前面位图中存取了路径信息,我们只需要根据相应的路径使用相应的绘制操作即可,如下
整个绘图过程可以采用python中的turtle模块,完成动画,整个过程约二三十分钟,一气呵成,用来描摹心仪的小姐姐最合适不过~,下面放上小姐姐的照片,
然后经过简单的剪辑配乐,就可以做成日常逗人开心的小视频了,点击下面链接即可观看,
用python画出南方菇凉~