Розділ 13: "Малюємо за допомогою коду"

На наступній зустрічі Професор Біт зустрів Алісу із загадковою посмішкою.

— Сьогодні ми займатимемося мистецтвом, — оголосив він, вказуючи на великий монітор у центрі кімнати.

— Мистецтвом? — здивувалась Аліса. — Але хіба ми не вивчаємо програмування?

— Програмування і мистецтво цілком сумісні, — відповів Професор. — Сьогодні ми будемо малювати за допомогою коду!

Байт радісно підстрибнув і вивів на своєму екрані барвистий візерунок із геометричних фігур.

— Для створення графіки за допомогою коду ми будемо використовувати бібліотеку Turtle (Черепашка), — пояснив Професор. — Це простий, але дуже потужний інструмент для малювання.

Він на мить замовк і з натхненням прочитав:

В малюнку — слід часів та еволюцій,
В рядку — глибинні таємничі сни.
Сплетіння ніжних творчих конструкцій
Приносить в код дихання новизни.

Отак фрактали світ плете невпинно,
Беззвучний діалог ведучи знов.
Творитимем, доки живе людина,
Пускаючи у вічність нашу кров.

І кожен куплет пісні голосної
Співали голоси тих, хто вже жив.
Наповнюючи їх красою новою,
Ми збережем усе для нових див!

Професор набрав на клавіатурі перші рядки коду:

python
import turtle
Створюємо полотно і пензель

полотно = turtle.Screen()
полотно.bgcolor("white")  # Білий фон
пензель = turtle.Turtle()
пензель.shape("turtle")   # Форма черепашки
пензель.color("blue")     # Синій колір
пензель.pensize(2)        # Товщина лінії
Малюємо квадрат

for _ in range(4):
    пензель.forward(100)  # Рухатися вперед на 100 кроків
    пензель.right(90)     # Повернути праворуч на 90 градусів
полотно.exitonclick()     # Закрити вікно при кліку

На екрані з'явилося вікно з білим фоном, на якому синя черепашка намалювала квадрат.

— Вау! — вигукнула Аліса. — Черепашка справді намалювала квадрат!

— Бібліотека Turtle працює за принципом "черепашачої графіки", — пояснив Професор. — Ти керуєш "черепашкою", яка залишає слід, коли рухається. Це схоже на те, ніби ти водиш олівцем по паперу.

— А що означає підкреслення в for _ in range(4)? — запитала Аліса.

— Влучне запитання! — кивнув Професор. — Підкреслення (_) використовується, коли нам не важлива змінна циклу. Ми просто хочемо повторити дію 4 рази, і нам не потрібно знати номер поточної ітерації (повторення).

— Давай намалюємо щось складніше! — запропонувала Аліса.

— Звичайно! Як щодо різнокольорової спіралі? — Професор написав новий код:

python
import turtle
import random
полотно = turtle.Screen()
полотно.bgcolor("black")  # Чорний фон
пензель = turtle.Turtle()
пензель.speed(0)          # Максимальна швидкість
Список кольорів для спіралі

кольори = ["red", "orange", "yellow", "green", "blue", "purple"]
Малюємо спіраль

for i in range(360):
    пензель.color(random.choice(кольори))  # Випадковий колір
    пензель.forward(i * 0.01 + 1)          # Збільшуємо крок
    пензель.right(10)                      # Повертаємо на 10 градусів
полотно.exitonclick()

На чорному фоні з'явилась барвиста спіраль, що переливається всіма кольорами веселки.

— Це неймовірно красиво! — захопилась Аліса. — А що означає пензель.speed(0)?

— Це встановлює максимальну швидкість руху черепашки, — пояснив Професор. — Значення можуть бути від 1 (найповільніший) до 10 (швидкий). А значення 0 означає, що анімація руху вимкнена, і черепашка малює миттєво.

— А можна намалювати щось, що більше схоже на справжній малюнок? — запитала Аліса.

— Так, можна створювати досить складні малюнки, — кивнув Професор. — Давай намалюємо квітку:

python
import turtle
import math
полотно = turtle.Screen()
полотно.bgcolor("skyblue")
пензель = turtle.Turtle()
пензель.speed(0)
Малюємо стебельце

пензель.color("green")
пензель.pensize(5)
пензель.penup()
пензель.goto(0, -200)
пензель.pendown()
пензель.left(90)
пензель.forward(200)
Малюємо серединку квітки

пензель.color("brown")
пензель.penup()
пензель.goto(0, 0)
пензель.pendown()
пензель.begin_fill()
пензель.circle(20)
пензель.end_fill()
Малюємо пелюстки

пензель.color("pink")
for i in range(12):
    пензель.penup()
    пензель.goto(0, 0)
    пензель.pendown()
    пензель.setheading(i  30)  # Поворот на 30  i градусів
    # Малюємо пелюстку
    пензель.begin_fill()
    for j in range(60):
        пензель.forward(2)
        пензель.left(3)
    пензель.end_fill()
Ховаємо черепашку і завершуємо

пензель.hideturtle()
полотно.exitonclick()

На екрані з'явилась квітка з рожевими пелюстками, коричневою серединкою і зеленим стебельцем на блакитному фоні.

— Це прекрасно! — вигукнула Аліса. — Але код став набагато складнішим.

— Так, тут ми використали кілька нових команд, — погодився Професор. — Наприклад:

goto(x, y) переміщує черепашку у вказані координати.

penup() і pendown() дозволяють піднімати і опускати "перо", щоб переміщатися без малювання.

beginfill() і endfill() заповнюють кольором область всередині намальованого контуру.

setheading() встановлює напрямок, куди дивиться черепашка.

hideturtle() ховає черепашку, щоб вона не псувала малюнок.

Логік, що спостерігала за процесом, додала:
— У програмуванні графіки ми часто використовуємо математику. Координати, кути, відстані — все це математичні концепції.

— А можна створювати анімації? — запитала Аліса.

— Звичайно! — відповів Професор. — Давай створимо просту анімацію рухомого сонця:

python
import turtle
import time
полотно = turtle.Screen()
полотно.bgcolor("lightblue")
полотно.setup(600, 400)  # Розмір вікна
Створюємо сонце

сонце = turtle.Turtle()
сонце.shape("circle")
сонце.color("yellow")
сонце.penup()
сонце.goto(-300, 0)  # Початкова позиція зліва
Створюємо землю

земля = turtle.Turtle()
земля.penup()
земля.goto(-300, -100)
земля.pendown()
земля.color("green")
земля.pensize(3)
земля.forward(600)  # Лінія землі
земля.hideturtle()
Анімація сходу і заходу

for x in range(-300, 301, 5):
    y = 100  (1 - ((x / 150) * 2))  # Парабола для траєкторії
    сонце.goto(x, y)
    time.sleep(0.05)  # Пауза для створення анімації
полотно.exitonclick()

На екрані з'явилась анімація: жовте сонце повільно піднімалося над зеленою лінією горизонту, а потім опускалося.

— Це вже справжня анімація! — захопилась Аліса. — Ми використовуємо цикл, щоб сонце рухалося по параболі від лівого краю до правого.

— Ще одне цікаве застосування програмування в графіці — це фрактали, — сказав Професор. — Фрактали — це геометричні фігури, які повторюють свою структуру в різних масштабах.

— Звучить складно, — насупилась Аліса.

— Насправді їх досить просто створювати за допомогою рекурсивних функцій, — посміхнувся Професор. — Дивись:

python
import turtle
полотно = turtle.Screen()
полотно.bgcolor("black")
пензель = turtle.Turtle()
пензель.color("green")
пензель.speed(0)
Рекурсивна функція для малювання гілки

def намалювати_гілку(черепашка, довжина, рівень):
    if рівень == 0:
        return
    черепашка.forward(довжина)
    черепашка.right(30)
    намалювати_гілку(черепашка, довжина * 0.7, рівень - 1)
    черепашка.left(60)
    намалювати_гілку(черепашка, довжина * 0.7, рівень - 1)
    черепашка.right(30)
    черепашка.backward(довжина)
Налаштовуємо початкову позицію

пензель.penup()
пензель.goto(0, -200)
пензель.left(90)
пензель.pendown()
Малюємо фрактальне дерево

намалювати_гілку(пензель, 100, 6)
пензель.hideturtle()
полотно.exitonclick()

На екрані з'явилося витончене фрактальне дерево з безліччю гілок.

— Це дивовижно! — вигукнула Аліса. — Як це працює?

— Функція намалювати_гілку викликає сама себе, створюючи менші гілки на кінці кожної попередньої гілки, — пояснив Професор. — Параметр рівень визначає, скільки разів відбуватиметься це розгалуження. Коли рівень досягає нуля, рекурсія зупиняється.

— У природі теж багато фракталів, — зауважила Логік. — Дерева, сніжинки, листя папороті, системи кровоносних судин — усі вони мають фрактальну структуру.

— Комп'ютерна графіка — це величезна сфера, — підсумував Професор. — Від простих геометричних фігур до складних 3D-моделей і анімацій. І все це створюється за допомогою коду!

— Тепер я розумію, що програмування — це не тільки розв'язування задач і обробка даних, а ще й творчість, — сказала Аліса. — Це як справжня магія: пишеш кілька рядків коду, і з'являється красивий малюнок!