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2025-12-122025-12-12教程python
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14.2m

第7课 几何拼贴画——海龟绘图 ​

7.1 海龟绘图初步 ​

海龟绘图（Turtle Graphics）是 Python 语言内置的绘图模块，是早期的 LOGO 编程语言在 Python 语言中的实现。使用这个模块绘图时，可以把屏幕当成一块画布，通过控制一个小三角形（或小海龟）的画笔在画布上移动，从而在它前进的路径上绘制出图形。这和 Scratch 中画笔的功能类似。

turtle 模块提供一套用于绘图的函数，在使用之前要先导入 turtle 模块。打开 IDLE 环境，在 Python Shell 窗口中使用 import 语句导入 turtle 模块:

python
>>> import turtle

准备就绪，先来画一条直线吧。输入下面一行代码:

python
>>> turtle.fd (100)

这时会出现一个标题为 Python Turtle Graphics 的窗口，在窗口中央有一个小三角形图标向右移动并画出一条直线，如图1所示。如果看不到这个窗口，可能是被Python Shell窗口遮挡住了。

图1 在海龟绘图窗口画一条直线

在海龟绘图中，默认的方向是正东（向右），并且画笔的默认状态是落笔，因此，这个代码执行时会在屏幕上让画笔向右移动 100 个像素并画出一条直线。

在代码 turtle.fd(100) 中，turtle 是模块名，fd是函数名，两者之间有一个点号(・)o 也就是以“模块名.函数名(参数)”的形式调用模块中的函数。

在后面的内容中，将会频繁调用 turtle 模块中的函数，因此，我们需要换一种更便捷的方式，即不通过模块名而直接调用模块中的函数。 把 IDLE 环境关闭后重新打开，在 Python Shell 窗口输入下面的代码：

python
>>> from turtle import *
fd(100)
>>>

使用 from turtle import * 语句导入 turtle 模块后，就可以直接调用该模块中的函数，不再需要指定模块名。上面的代码也画岀了和图7-1 一样的直线。

接下来，将介绍海龟绘图中的画布坐标系统、画笔运动控制、画笔设置等

  1. 相对运动 在海龟绘图中，提供一些函数用于控制画笔的前进、旋转和方向。例如，fd() 函数让画笔前进，bk() 函数让画笔后退，left()函数让画笔向左转，right() 函数让画笔向右转，seth() 函数用来设定画笔的前进方向。 关闭 IDLE 环境并重新打开，在 Python Shell 窗口中输入下面的代码：
python
>>> from turtle import *
>>> fd(100)
>>> left(45)
>>> bk(200)
>>> right(45)
>>> fd(100)

上面的代码执行时，画笔在画布上的移动过程为：先向右前进 100 像素，再向左转 45°，接着后退 200 像素，再向右转45°，最后再前进100像素。由于画笔默认是落笔状态，于是画布上就留下一个Z字形的痕迹。

上面代码中的几个函数也支持使用负值参数。例如 fd(-100) 表示后退 100 像素，bk(-200) 表示前进 200 像素，left(-45) 表示向右转45°，right(-45) 表示向左转45°。

试一试 ​

控制画笔在画布上前进、后退、向左转或向右转，画出H字形的痕迹。

在海龟绘图中，可以使用 seth() 函数设定画笔的前进方向。关闭 IDLE 环境并重新 打开，在 Python Shell 窗口输入下面的代码：

python
>>> from turtle import *
>>> seth(90)
>>> fd(100)

这儿行代码执行后，画笔的方向会旋转 90°，再向上移动并画出一条直线。   在海龟绘图中，默认工作在标准模式下，以正东方向(向右)作为0°，并按逆时针方向旋转，各个方向对应的角度如图2所示。

2

图2 海龟绘图标准模式下各方向对应的角度

  1. 绝对运动

在海龟绘图中，画布坐标系统的原点 (0,0) 位于画布正中央。使用 goto() 函数，可以将画笔精确地移动到画布上的某个坐标位置。

关闭 IDLE 环境并重新打开，在 Python Shell 窗口中输入下面的代码：

python
>>> from turtle import *
>>> goto(150,100)

在上面的代码中，调用 goto() 函数时用的两个参数 z 坐标和 y 坐标分别为 150 和 100 ，这使画笔从初始坐标 (0,0) 移动到坐标 (150,100) 。如图3所示。

3

图3 用 goto() 函数将画笔移到指定坐标

  1. 画布和画笔设置

在海龟绘图中，如果要清除画布上的内容，不需要每次都重启 IDLE 环境，使用turtle 模块提供的 reset() 函数即可。在 Python Shell 窗口中输入下面的代码：

python
>>> reset()

执行这个函数后，将会清除画布上的所有内容，并使画笔恢复初始状态。

如果只想清除画布内容，而保留画笔的当前状态，可用 clear() 函数，代码如下:

python
>>> clear()

在海龟绘图中，up() 函数让画笔抬起，down() 函数让画笔落下；使用 pensize()函数设定画笔的大小，使用 pencolor() 函数设置画笔的颜色，画笔的默认颜色为黑色。在 Python Shell 窗口中输入下面的代码：

python
>>> reset()
>>> fd(50);tp();fd(50);down()
>>> pensize(5);pencolor('Red');fd(50)
>>> ht()

这几行代码执行后，会出现一条黑色的细线段和一条红色的粗线段。

小技巧：在Python语言中，用分号作分隔符把多个语句写在一行，使代码更紧凑。

使用 pencolor() 函数时，参数可以用英文颜色码（如：'red'、'yellow’、'blue'等）或者是十六进制的颜色码（如：'#b0ccf9'）。

使用 ht() 函数能隐藏画笔图标，使用 st() 函数能显示画笔图标。

7.2 画几何图形 ​

经过前面的准备，接下来介绍一些简单的儿何图形的画法

  1. 使用相对运动方式画三角形
python
>>> reset();ht()
>>> seth(45);fd(100);right(90);fd(100);home()

上面代码运行后，将在画布上画岀一个底角为 45°的等腰直角三角形。home() 函数的作用是回到画布中心，相当于调用 goto(0,0) 函数。使用这个方法也可以画岀多边形。

  1. 使用绝对运动方式画三角形
python
>>> reset();ht()
>>> goto(100,100);goto(200,0);goto(0,0)

上面代码运行后，画笔将通过三角形的3个顶点在画布上画岀一个三角形。使用这个方法也可以画出多边形。

  1. 使用颜色填充图形

在海龟绘图中，可用指定颜色填充绘制的图形。在 Python Shell 窗口中输入下面代码：

python
>>> reset();ht()
>>> pencolor('Red')
>>> fillcolor('Blue1')
>>> begin_fill()
>>> goto(100,100);goto(200,0);goto(0,0)
>>> end_fill()

上面代码运行后，将得到一个边框为红色、内部填充为蓝色的三角形。在 begin_fill() 函数和 end_fill() 函数之间绘制一个图形，当执行到 end_fill()时就会使用 fillcolor() 函数指定的颜色填充图形。

另外，使用 color() 函数时，可以分别或同时指定画笔颜色和填充颜色。例如，通过调用color('red','blue')函数，设置画笔颜色为红色，填充颜色为蓝色。

如果只指定一个参数，那么将设置画笔颜色和填充颜色为相同的颜色。例如，通过调 用 color('blue') 函数，把画笔颜色和填充颜色都设置为蓝色。

试一试 ​

使用相对运动和绝对运动两种方式画出正方形，并使用红色进行填充。

  1. 画圆或多边形

在海龟绘图中，circle()函数可以用来画圆，或者画圆的内切正多边形。

  • 以指定半径画圆。如果半径是正数，则沿逆时针方向画；如果是负数，则沿顺时 针方向画。在Python Shell窗口中输入下面代码：
python
>>> reset()
>>> circle(50)
>>> circle(-50)

上面代码执行后，画笔位于画布的中心 circle(50) 函数将使画笔沿逆时针方向移动一周,circle(-50)函数将使画笔沿顺时针方向移动一周，最后画岀半径为50像素的两个圆形，两者上下排列，呈8字形。

  • 以指定半径和弧度画圆。调用circle()函数时，使用第2个参数指定圆的弧度。 在Python Shell窗口中输入F面代码：
python
>>> reset()
>>> circle(50,180)
>>> circle(-50,180)

上面代码执行后，从画布中心开始，circle(50,180)函数让画笔沿着逆时针方向移动 半周；接着，circle( —50,180)函数使画笔沿着顺时针方向继续移动半周，最终画出半径为 50像素的两个半圆，两者上下排列，呈S形。

(3)以指定半径画圆的内切正多边形。在调用circleO函数时，使用参数steps指定 内切正多边形的边数。在Python Shell窗口中输入下面代码：

python
>>> reset()
>>> circle(50,steps=3)

在上面代码中,circleO函数的steps参数为3,将会在一个半径为50像素的圆内画一 个内切正三边形(等边三角形)，如[图4]中的第1个图。这里要注意参数steps的写法。

如果分别以 4、6、12、24 作为参数 steps 的值，使用circle()函数可以画出图4中其他的图形。可见，steps 值越大，多边形就越逼近于圆。

4

图4 画圆的内切多边形

  1. 画点

使用 dot() 函数时，将用指定直径和颜色画一个圆点。在 Python Shell 窗口中输入下面代码：

python
>>> reset()
>>> dot(20,'Green')

执行上面代码，将以画笔当前位置为圆心，画岀一个直径为 20 像素的绿色圆点。如果不指定大小，则在画笔大小 + 4 和画笔大小 * 2之间取最大值作为圆点的直径。如果不指定颜色，则使用画笔颜色。

7.3 创意绘画 ​

如图5所示，在这幅美丽的儿何拼贴画中，使用一些简单的儿何图形画出了太阳、草地、栅栏、绿树、房子和炊烟等元素。请仔细观察这幅画是由哪些儿何图形构成的，然后也来创作一幅吧。

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图5 几何拼贴画

Markdown
提示：在前面学习海龟绘图时，是在 Python Shell 窗口中输入和运行代码。因为代码量很少，且不需要建立文件存储源代码，感觉比较方便。而下面要编写的绘画程 序的代码很多，应该使用 Python 编辑器来编写代码，并将源代码保存到文件中，这样 才能方便地对代码进行编辑操作。

打开IDLE环境，新建一个 Python 编辑器窗口，以“几何拼贴画.py”作为文件名将空白源文件保存到本地磁盘上，然后开始编写 Python 代码。

  1. 准备工作，即导入 turtle 模块、隐藏海龟图标、调整绘图速度。
python
from turtle import *
ht()

# 调整绘图速度，取值：slowest,slow,normal,fast,fastest
speed('normal')
  1. 画大地。
python
# 大地，画一条长为800像素的线段，画笔大小为50像素，填充颜色为'LightGreen'
pensize(50);pencolor('LightGreen')
up();goto(-400,-200);down();goto(400,-200)
  1. 画栅栏。栅栏可分解为1条横线和4条竖线，依次画出。
python
# 画栅栏。栅栏可分解为1条横线和4条竖线，依次画出
pensize(20);pencolor('GoldEnrod')
up();goto(-400,-150);down();goto(400,-150)
up();goto(-250,-200);down();goto(-250,-100)
up();goto(-100,-200);down();goto(-100,-100)
up();goto(30,-200);down();goto(30,-100)
up();goto(300,-200);down();goto(300,-100)
  1. 画树。树可分解为树干和树冠，依次画出。
python
# 画树。树可以分解为树干和树冠，依次画出
pensize(30);pencolor('Olive')
up();goto(-150,-200)
down();goto(-150,-120)
# 树冠，分别以半径为80，60和40画出园内切正 3 边形，填充颜色为 'ForestGreen'
pensize(1);pencolor('ForestGreen')
up();goto(-80,-120);down()
begin_fill();seth(60);circle(80,steps = 3);end_fill()
up();goto(-95,-50);down()
begin_fill();seth(60);circle(60,steps = 3);end_fill()
up();goto(-110,0);down()
begin_fill();seth(60);circle(40,steps = 3);end_fill()
  1. 画房子。房子可分解为墙体、房顶、窗户、门和烟囱等，依次画出。
python
# 房子的墙体，画一个边长为200像素的正方形，填充颜色为 'RoyalBlue'

pensize(1);color('ROyalBlue')
up();home();fd(70);right(90);down()
begin_fill()
fd(200);left(90)
fd(200);left(90);fd(200)
end_fill()

# 烟囱，换一条长为90像素的线段，画笔大小为30像素，填充颜色为'DimGray'
pensize(30);pencolor('DimGray')
up();goto(230,30);down();goto(230,120)

# 房顶，画一个底角为30°、腰为200像素的等腰三角形，填充颜色为 'DeepPink'

pensize(1);color('DeepPink')
up();home();down()
begin_fill();left(30)
fd(200);right(60)
fd(200);home();end_fill()

# 窗户，画一个半径为50像素的圆的内切正4边形，填充颜色为 'Violent'

color('Violet')
up();goto(160,-90);down()
begin_fill();seth(45)
circle(50,steps=4);end_fill()

# 门，画一个长为120像素、宽60像素的长方形，填充颜色为 'Chocol'

color('Chocolate')
up();goto(250,-200);down()
seth(90)
begin_fill()
fd(120);left(90)
fd(60);left(90)
fd(120);left(90)
fd(60);end_fill()
  1. 画炊烟和太阳。
python
# 炊烟，画三个依次变小的圆点，填充颜色为 'AliceBlue'

up();goto(250,160);dot(30,'AliceBlue')
goto(270,200);dot(20,'AliceBlue')
goto(300,220);dot(10,'AliceBlue')

# 画太阳，画一个80像素的圆点，填充颜色 'Gold'

goto(-260,250);dot(80,'Gold')
Markdown
注意：上面代码采用多行写法，以牺牲可读性换取减少排版篇幅。在实际编程时，应在不降低代码可读性的前提下适当采用多行写法。

将上述代码编辑妥当并保存，然后运行程序，就会画出如图5所示的一幅图画。这个案例的代码很长，但都是由简单的指令顺序叠加的，只要细心就能够完成。在编程时，建议每完成一个步骤就保存代码并运行，看看效果是否实现。如果出现错误，也能及时修正。

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