Внешние модули в Python

Внутренний функционал питона довольно мощный, и его вполне достаточно для реализации многих проектов. Однако питон не был бы таким популярным среди программистов, если бы не мог расширять свой функционал за счет дополнительных модулей (ещё их называют библиотеками или пакетами) с помощью всего лишь одной строчки кода.

Каждый существующий модуль написан для решения задач в конкретной области. И первым модулем, который не включён в стандартную библиотеку питона, с которым мы познакомимся, будет модуль drawzero.

drawzero — это простая и удобная графическая библиотека, в которой есть функции для рисования простых фигур. Чтобы получить к ним доступ, надо в начале программы написать строку

from drawzero import *

Установка drawzero

Перед первым использованием модуль drawzero нужно установить. Для этого в терминале нужно выполнить команду

pip install drawzero --upgrade --user

Под linux и MacOS вместо pip нужно вводить pip3.

Если слово «терминал» непонятно, то можно запустить вот такую программу:

Если в результате её запуска вывод будет примерно такой как ниже, то у вас успех!

C:\some\path\Python38\python.exe -m pip install drawzero --upgrade --user
Collecting drawzero
  ... что-то про downloading или Using cached
Collecting pygame
  ... что-то про downloading или Using cached
Installing collected packages: pygame, drawzero
Successfully installed drawzero-0.1.4 pygame-1.9.6

Осваиваем геометрию с помощью кода

Система координат в программировании и система координат в математике немного отличаются. В программировании точка с координатами (0, 0) находится в верхнем левом углу. Ось x направлена от неё вправо, а ось y — вниз.

Любая точка имеет позицию (координату) относительно оси x и относительно оси y, поэтому координаты каждой точки это пара чисел — сначала x, потом y. Эти координаты указываются через запятую и записываются в круглых скобках.

Рисование отрезка выполняется, как мы уже знаем, с помощью команды line. В скобках указываются параметры: цвет и две точки — концы отрезка. Именно в таком порядке.

Цвет пока можно выбирать из следующих вариантов: "black", "white", "red", "green", "blue", "yellow", "brown". Скоро мы научимся выбирать любые цвета.

Например:

line('red', (300, 200), (700, 400))
# 'red' — цвет линии,
# (300, 200) — один конец отрезка,
# (700, 400) — второй конец отрезка

Новость: строчки кода, начинающиеся с символа "#" называются в Python комментариями. Эти строчки предназначены для пояснения частей кода, чтобы в нём было проще разобраться. Особенно когда этот код читает не тот, кто его писал. Всё, что написано в такой строке, не считается программой и не выполняется.

Закомментировать сразу несколько строк кода можно, предварительно выделив эти строки, нажать Ctrl-/ (нажав и удерживая клавишу Ctrl, нажать клавишу /). Повторное нажатие той же комбинации клавиш убирает комментарии в блоке кода, если он был перед этим закомментирован.

Рисование окружности выполняется с помощью команды circle. В скобках указываются параметры: цвет, координаты центра окружности и радиус:

circle('yellow', (500, 300), 200)
# 'yellow' — цвет окружности,
# (500, 300) — координаты центра окружности,
# 200 — радиус

Рисование прямоугольника выполняется с помощью команды rect. В скобках указываются параметры: цвет, координаты левой верхней вершины, ширина (вдоль оси x), высота (вдоль оси y). То есть, при помощи такой функции можно рисовать только прямоугольники, параллельные осям координат.

rect('blue', (300, 200), 400, 200)
# 'blue' — цвет,
# (300, 200) — координаты верхнего левого угла,
# 400 —  ширина,
# 200 — высота

Создание более сложных фигур

Рисуя треугольник линиями, можно заметить, что каждую точку мы выписывали дважды, потому что она была концом двух отрезков. Может быть можно сделать то же самое экономнее?

Нам поможет функция рисования многоугольника polygon. Первый параметр это уже знакомый нам цвет, после которого надо перечислить координаты вершин многоугольника.

polygon('blue', (300, 200), (700, 300), (500, 400))
# 'blue' — цвет,
# (300, 200) — первая точка многоугольника,
# (700, 300) — вторая точка многоугольника,
# (500, 400) — третья точка многоугольника

Если в многоугольнике больше трёх вершин, нужно учесть, что перечислять вершины в произвольном порядке нельзя. Представьте, что вы обходите эту фигуру по часовой стрелке или против часовой стрелки. В функции polygon надо перечислять вершины одним из этих способов, начиная с любой вершины. Если порядок вершин неверный, то может получиться, например, что-то такое:

Пока мы рисовали только контуры. Теперь научимся рисовать закрашенные фигуры. Это может быть круг, прямоугольник и многоугольник. Для получения закрашенной фигуры есть команды: filled_circle, filled_rect, filled_polygon с такими же параметрами, как и у неокрашенных фигур.

from drawzero import *
filled_circle("red", (550, 450), 50)
filled_rect("green", (700, 200), 200, 200)
filled_polygon("blue", (100, 100), (400, 200), (300, 300))

Использование переменных

Мы познакомились с основными возможностями библиотеки drawzero. Теперь пора вспомнить про переменные — они нам скоро пригодятся.

Попробуем нарисовать какую-нибудь простенькую фигуру, например прямоугольник с закруглёнными концами.

from drawzero import *
filled_rect('yellow', (300, 500), 500, 100)
filled_circle('yellow', (300, 550), 50)
filled_circle('yellow', (800, 550), 50)

Координаты центра окружности это середины левой и правой (вертикальных) сторон прямоугольника и их можно посчитать. Это и правда несложно. Но что, если эту картинку надо перерисовать в другом месте или, скажем, сделать исходный прямоугольник чуть выше или шире? Это по-прежнему будет несложно сделать, но придётся пересчитывать координаты центров окружностей. А если картинка такая?

from drawzero import *
filled_rect('yellow', (300, 500), 500, 150)
filled_circle('yellow', (300, 575), 75)
filled_circle('yellow', (800, 575), 75)
filled_rect('yellow', (475, 325), 150, 500)
filled_circle('yellow', (550, 325), 75)
filled_circle('yellow', (550, 825), 75)

Всего-то — сделали полоски чуть шире. Пришлось пересчитать почти все координаты. Теперь представим себе, что это всё надо будет пересчитать несколько раз.

Напишем ту же программу по шагам, но для вычисления координат станем использовать переменные. Что нам нужно знать об этой фигуре, для того, чтобы её нарисовать? Нам надо знать где она находится и её главные размеры.

Место можно задать по-разному. Мы запомним координаты левого верхнего угла. Размеры фигуры определяются размерами прямоугольника. А радиус круга это половина его высоты, поэтому размеров прямоугольника достаточно. Не поленимся ввести для радиуса отдельную переменную, код так будет лучше читаться.

left = 300
top = 500
w = 500
h = 150
r = h // 2

Итак, всё готово для рисования. Теперь пишем те же самые вызовы функций рисования прямоугольников и кругов, но для вычисления всех координат используем только переменные. Надо только придумать — как вычислить координаты вертикального прямоугольника, используя имеющиеся переменные?

Очень полезно нарисовать картинку на бумаге и разобраться, откуда берутся формулы в программе, представленной ниже.

from drawzero import *
# left, top — координаты левого верхнего угла прямоугольника
left = 300
top = 500
# w, h — ширина и высота прямоугольника; r — радиус окружности
w = 500
h = 150
r = h // 2
filled_rect('yellow', (left, top), w, h)
filled_circle('yellow', (left, top + r), r)
filled_circle('yellow', (left + w, top + r), r)
filled_rect('yellow', (left + w // 2 - r, top - w // 2 + r), h, w)
filled_circle('yellow', (left + w // 2, top - w // 2 + r), r)
filled_circle('yellow', (left + w // 2, top + w // 2 + r), r)

В нашей программе стало в 2 раза больше строк, зато перерисовать эту фигуру в другом месте или поменять её размер стало проще простого. Надо только изменить нужные переменные. И всё! Все координаты и размеры пересчитаются автоматически.

Работа с цветами

Пора научиться создавать свои цвета. Каждый цвет состоит из трёх компонентов: красного, зелёного и синего. Наверняка вам встречалась аббревиатура RGB (сокращение от Red, Green и Blue).

Представьте, что в абсолютно тёмной комнате вы светите на стену тремя фонариками: красным, зелёным и синим. У каждого есть регулировка интенсивности — число от 0 (фонарик выключен) до 255 (фонарик светит максимально ярко). Все фонарики светят в одну и ту же точку стены и в зависимости от настроек интенсивности всех трёх фонариков на стене получается пятно определённого цвета. Вот несколько примеров:

• R = 0, G = 0, B = 0 — все фонарики выключены, на стене чёрное пятно (которое и так не видно, потому что в комнате темно);
• R = 255, G = 255, B = 255 — все фонарики включены на максимальную мощность, на стене яркое белое пятно;
• R = 100, G = 100, B = 100 — все фонарики включены, имеют одинаковую (но небольшую) интенсивность, на стене тёмно-серое пятно;
• R = 255, G = 0, B = 0 — красный фонарик включен полностью, остальные выключены, на стене яркое красное пятно;
• R = 255, G = 0, B = 255 — красный и синий фонарики включены полностью, зелёный выключен, на стене яркое фиолетовое пятно;

В библиотеке drawzero можно определить свой цвет при помощи тройки чисел, взятой в скобки. Эту тройку можно запомнить в переменной и использовать при вызове всех функций рисования из модуля drawzero.

Цвета, приведённые в примере выше можно было сохранить так:

black = (0, 0, 0)
white = (255, 255, 255)
red = (255, 0, 0)
violet = (255, 0, 255)

Нарисуем картинку из предыдущего параграфа, определив свои цвета:

from drawzero import *
light_blue = (73, 151, 231)
sand_yellow = (244, 215, 111)
coral_red = (245, 129, 129)
filled_circle(coral_red, (150, 150), 10)
filled_rect(sand_yellow, (200, 100, 50, 50))
filled_polygon(light_blue, (90, 100), (70, 120), (30, 80))