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内容简介 · · · · · ·
Python 是一种强大的编程语言，容易学习而且充满乐趣。但掌握了基本知识后，接下来做什么？
本书包含了一组富有想象力的编程项目，它们将引导你用Python 来制作图像和音乐、模拟现实世界的现象，并与
Arduino 和树莓派这样的硬件进行交互。你将学习使用常见的Python 工具和库，如numpy、matplotlib 和pygame，
来完成以下工作：
● 利用参数方程和turtle模块生成万花尺图案；
● 通过模拟频率泛音在计算机上创作音乐；
● 将图形图像转换为ASCII文本图形；
● 编写一个三维立体画程序，生成隐藏在随机图案下的3D图像；
● 通过探索粒子系统、透明度和广告牌技术，利用OpenGL着色器制作逼真的动画；
● 利用来自CT和MRI扫描的数据实现3D可视化；
● 将计算机连接到Arduino编程，创建响应音乐的激光秀。
通过本书，你可以享受作为极客的真正乐趣！
作者简介 · · · · · ·
作者简介
Mahesh Venkitachalam是一位拥有二十年编程经验的软件工程师。 他从八年级就开始培养对技术的热情，汇集成了他受欢迎的电子和编程博客：electronut.in。
目录 · · · · · ·
目录
第一部分热身运动
第1章解析iTunes播放列表3
1.1 iTunes播放列表文件剖析 3
1.2 所需模块 5
1.3 代码 5
1.3.1 查找重复 5
1.3.2 提取重复 6
1.3.3 查找多个播放列表中共同的音轨 7
1.3.4 收集统计信息 8
1.3.5 绘制数据 8
1.3.6 命令行选项 9
1.4 完整代码 10
1.5 运行程序 13
1.6 小结 14
1.7 实验 14
第2章 万花尺 15
2.1 参数方程 16
2.1.1 万花尺方程 17
2.1.2 海龟画图 19
2.2 所需模块 20
2.3 代码 20
2.3.1 Spiro构造函数 20
2.3.2 设置函数 21
2.3.3 restart（）方法 21
2.3.4 draw（）方法 22
2.3.5 创建动画 22
2.3.5 SpiroAnimator类 23
2.3.5 genRandomParams（）方法 24
2.3.6 重新启动程序 24
2.3.7 update（）方法 25
2.3.8 显示或隐藏光标 25
2.3.9 保存曲线 25
2.3.10 解析命令行参数和初始化 26
2.4 完整代码 27
2.5 运行万花尺动画 32
2.6 小结 33
2.7 实验 33
第二部分 模拟生命
第3章 Conway生命游戏 37
3.1 工作原理 38
3.2 所需模块 39
3.3 代码 40
3.3.1 表示网格 40
3.3.2 初始条件 41
3.3.3 边界条件 41
3.3.4 实现规则 42
3.3.5 向程序发送命令行参数 43
3.3.6 初始化模拟 43
3.4 完整代码 44
3.5 运行模拟人生的游戏 46
3.6 小结 47
3.7 实验 47
第4章 用Karplus—Strong算法产生音乐泛音 49
4.1 工作原理 51
4.1.1 模拟 51
4.1.2 创建WAV文件 52
4.1.3 小调五声音阶 53
4.2 所需模块 54
4.3 代码 54
4.3.1 用deque实现环形缓冲区 54
4.3.2 实现Karplus—Strong算法 55
4.3.3 写WAV文件 56
4.3.4 用pygame播放WAV文件 56
4.3.5 main（）方法 57
4.4 完整代码 58
4.5 运行拨弦模拟 61
4.6 小结 62
4.7 实验 62
第5章 类鸟群：仿真鸟群 63
5.1 工作原理 64
5.2 所需模块 64
5.3 代码 64
5.3.1 计算类鸟群的位置和速度 65
5.3.2 设置边界条件 66
5.3.3 绘制类鸟群 67
5.3.4 应用类鸟群规则 68
5.3.5 添加个体 70
5.3.6 驱散类鸟群 71
5.3.7 命令行参数 71
5.3.8 Boids类 71
5.4 完整代码 72
5.5 运行类鸟群模拟 75
5.6 小结 76
5.7 实验 76
第三部分 图片之乐
第6章 ASCII文本图形 79
6.1 工作原理 80
6.2 所需模块 81
6.3 代码 81
6.3.1 定义灰度等级和网格 82
6.3.2 计算平均亮度 82
6.3.3 从图像生成ASCII内容 83
6.3.4 命令行选项 84
6.3.5 将ASCII文本图形字符串写入文本文件 84
6.4 完整代码 85
6.5 运行ASCII文本图形生成程序 87
6.6 小结 87
6.7 实验 88
第7章 照片马赛克 89
7.1 工作原理 90
7.1.1 分割目标图像 90
7.1.2 平均颜色值 91
7.1.3 匹配图像 91
7.2 所需模块 92
7.3 代码 92
7.3.1 读入小块图像 92
7.3.2 计算输入图像的平均颜色值 93
7.3.3 将目标图像分割成网格 93
7.3.4 寻找小块的*佳匹配 94
7.3.5 创建图像网格 95
7.3.6 创建照片马赛克 96
7.3.7 添加命令行选项 97
7.3.8 控制照片马赛克的大小 97
7.4 完整代码 98
7.6 运行照片马赛克生成程序 102
7.7 小结 103
7.7 实验 103
第8章 三维立体画 105
8.1 工作原理 106
8.1.1 感知三维立体画中的深度 106
8.1.2 深度图 108
8.2 所需模块 109
8.3 代码 109
8.3.1 重复给定的平铺图像 109
8.3.2 从创建随机圆平铺 110
8.3.3 创建三维立体画 111
8.3.4 命令行选项 112
8.4 完整代码 113
8.5 运行三维立体画生成程序 115
8.6 小结 117
8.7 实验 117
第四部分 走进三维
第9章 理解OpenGL 121
9.1 老式OpenGL 122
9.2 现代OpenGL：三维图形管线 124
9.2.1 几何图元 124
9.2.2 三维变换 125
9.2.3 着色器 127
9.2.4 顶点缓冲区 128
9.2.5 纹理贴图 129
9.2.6 显示OpenGL 129
9.3 所需模块 130
9.4 代码 130
9.4.1 创建OpenGL窗口 130
9.4.2 设置回调 131
9.4.3 Scene类 133
9.5 完整代码 137
9.6 运行OpenGL应用程序 142
9.7 小结 143
9.8 实验 143
第10章 粒子系统 145
10.1 工作原理 146
10.1.1 为粒子运动建模 147
10.1.2 设置最大范围 147
10.1.3 渲染粒子 149
10.1.4 利用OpenGL混合来创建更逼真火花 149
10.1.5 使用公告板 150
10.1.6 生成火花动画 151
10.2 所需模块 151
10.3 粒子系统的代码 151
10.3.1 定义粒子的几何形状 152
10.3.2 为粒子定义时间延迟数组 153
10.3.3 设置粒子初始速度 153
10.3.4 创建顶点着色器 154
10.3.5 创建片段着色器 156
10.3.6 渲染 156
10.3.7 Camera类 158
10.4 粒子系统完整代码 158
10.5 盒子代码 164
10.6 主程序代码 166
10.6.1 每步更新这些粒子 167
10.6.2 键盘处理程序 168
10.6.3 管理主程序循环 168
10.7 完整主程序代码 169
10.8 运行程序 172
10.9 小结 172
10.10 实验 172
第11章 体渲染 173
11.1 工作原理 174
11.1.1 数据格式 174
11.1.2 生成光线 175
11.1.3 显示OpenGL窗口 177
11.2 所需模块 178
11.3 项目代码概述 178
11.4 生成三维纹理 178
11.5 完整的三维纹理代码 180
11.6 生成光线 181
11.6.1 定义颜色立方体的几何形状 182
11.6.2 创建帧缓冲区对象 184
11.6.3 渲染立方体的背面 185
11.6.4 渲染立方体的正面 185
11.6.5 渲染整个立方体 186
11.6.6 调整大小处理程序 187
11.7 完整的光线生成代码 187
11.8 体光线投射 192
11.8.1 顶点着色器 194
11.8.2 片段着色器 194
11.9 完整的体光线投射代码 196
11.10 二维切片 199
11.10.1 顶点着色器 201
11.10.2 片段着色器 202
11.10.3 针对二维切片的用户界面 202
11.11 完整的二维切片代码 203
11.12 代码整合 206
11.13 完整的主文件代码 207
11.14 运行程序 209
11.15 小结 210
11.16 实验 210
第五部分 玩硬件
第12章 Arduino简介 215
12.1 Arduino 216
12.2 Arduino生态系统 217
12.2.1 语言 218
12.2.2 IDE 218
12.2.3 社区 218
12.2.4 外设 219
12.3 所需模块 219
12.4 搭建感光电路 219
12.4.1 电路工作原理 219
12.4.2 Arduino程序 220
12.4.3 创建实时图表 221
12.5 Python代码 222
12.6 完整的Python代码 224
12.7 运行程序 226
12.8 小结 227
12.9 实验 227
……
第13章 激光音乐秀 229
第14章 基于树莓派的天气监控器 253
附录A 软件安装 275
附录B 基础实用电子学 281
附录C 树莓派的建议和技巧 289
文摘
版权页：
第一部分热身运动
第1章解析iTunes播放列表3
1.1 iTunes播放列表文件剖析 3
1.2 所需模块 5
1.3 代码 5
1.3.1 查找重复 5
1.3.2 提取重复 6
1.3.3 查找多个播放列表中共同的音轨 7
1.3.4 收集统计信息 8
1.3.5 绘制数据 8
1.3.6 命令行选项 9
1.4 完整代码 10
1.5 运行程序 13
1.6 小结 14
1.7 实验 14
第2章 万花尺 15
2.1 参数方程 16
2.1.1 万花尺方程 17
2.1.2 海龟画图 19
2.2 所需模块 20
2.3 代码 20
2.3.1 Spiro构造函数 20
2.3.2 设置函数 21
2.3.3 restart（）方法 21
2.3.4 draw（）方法 22
2.3.5 创建动画 22
2.3.5 SpiroAnimator类 23
2.3.5 genRandomParams（）方法 24
2.3.6 重新启动程序 24
2.3.7 update（）方法 25
2.3.8 显示或隐藏光标 25
2.3.9 保存曲线 25
2.3.10 解析命令行参数和初始化 26
2.4 完整代码 27
2.5 运行万花尺动画 32
2.6 小结 33
2.7 实验 33
第二部分 模拟生命
第3章 Conway生命游戏 37
3.1 工作原理 38
3.2 所需模块 39
3.3 代码 40
3.3.1 表示网格 40
3.3.2 初始条件 41
3.3.3 边界条件 41
3.3.4 实现规则 42
3.3.5 向程序发送命令行参数 43
3.3.6 初始化模拟 43
3.4 完整代码 44
3.5 运行模拟人生的游戏 46
3.6 小结 47
3.7 实验 47
第4章 用Karplus—Strong算法产生音乐泛音 49
4.1 工作原理 51
4.1.1 模拟 51
4.1.2 创建WAV文件 52
4.1.3 小调五声音阶 53
4.2 所需模块 54
4.3 代码 54
4.3.1 用deque实现环形缓冲区 54
4.3.2 实现Karplus—Strong算法 55
4.3.3 写WAV文件 56
4.3.4 用pygame播放WAV文件 56
4.3.5 main（）方法 57
4.4 完整代码 58
4.5 运行拨弦模拟 61
4.6 小结 62
4.7 实验 62
第5章 类鸟群：仿真鸟群 63
5.1 工作原理 64
5.2 所需模块 64
5.3 代码 64
5.3.1 计算类鸟群的位置和速度 65
5.3.2 设置边界条件 66
5.3.3 绘制类鸟群 67
5.3.4 应用类鸟群规则 68
5.3.5 添加个体 70
5.3.6 驱散类鸟群 71
5.3.7 命令行参数 71
5.3.8 Boids类 71
5.4 完整代码 72
5.5 运行类鸟群模拟 75
5.6 小结 76
5.7 实验 76
第三部分 图片之乐
第6章 ASCII文本图形 79
6.1 工作原理 80
6.2 所需模块 81
6.3 代码 81
6.3.1 定义灰度等级和网格 82
6.3.2 计算平均亮度 82
6.3.3 从图像生成ASCII内容 83
6.3.4 命令行选项 84
6.3.5 将ASCII文本图形字符串写入文本文件 84
6.4 完整代码 85
6.5 运行ASCII文本图形生成程序 87
6.6 小结 87
6.7 实验 88
第7章 照片马赛克 89
7.1 工作原理 90
7.1.1 分割目标图像 90
7.1.2 平均颜色值 91
7.1.3 匹配图像 91
7.2 所需模块 92
7.3 代码 92
7.3.1 读入小块图像 92
7.3.2 计算输入图像的平均颜色值 93
7.3.3 将目标图像分割成网格 93
7.3.4 寻找小块的*佳匹配 94
7.3.5 创建图像网格 95
7.3.6 创建照片马赛克 96
7.3.7 添加命令行选项 97
7.3.8 控制照片马赛克的大小 97
7.4 完整代码 98
7.6 运行照片马赛克生成程序 102
7.7 小结 103
7.7 实验 103
第8章 三维立体画 105
8.1 工作原理 106
8.1.1 感知三维立体画中的深度 106
8.1.2 深度图 108
8.2 所需模块 109
8.3 代码 109
8.3.1 重复给定的平铺图像 109
8.3.2 从创建随机圆平铺 110
8.3.3 创建三维立体画 111
8.3.4 命令行选项 112
8.4 完整代码 113
8.5 运行三维立体画生成程序 115
8.6 小结 117
8.7 实验 117
第四部分 走进三维
第9章 理解OpenGL 121
9.1 老式OpenGL 122
9.2 现代OpenGL：三维图形管线 124
9.2.1 几何图元 124
9.2.2 三维变换 125
9.2.3 着色器 127
9.2.4 顶点缓冲区 128
9.2.5 纹理贴图 129
9.2.6 显示OpenGL 129
9.3 所需模块 130
9.4 代码 130
9.4.1 创建OpenGL窗口 130
9.4.2 设置回调 131
9.4.3 Scene类 133
9.5 完整代码 137
9.6 运行OpenGL应用程序 142
9.7 小结 143
9.8 实验 143
第10章 粒子系统 145
10.1 工作原理 146
10.1.1 为粒子运动建模 147
10.1.2 设置最大范围 147
10.1.3 渲染粒子 149
10.1.4 利用OpenGL混合来创建更逼真火花 149
10.1.5 使用公告板 150
10.1.6 生成火花动画 151
10.2 所需模块 151
10.3 粒子系统的代码 151
10.3.1 定义粒子的几何形状 152
10.3.2 为粒子定义时间延迟数组 153
10.3.3 设置粒子初始速度 153
10.3.4 创建顶点着色器 154
10.3.5 创建片段着色器 156
10.3.6 渲染 156
10.3.7 Camera类 158
10.4 粒子系统完整代码 158
10.5 盒子代码 164
10.6 主程序代码 166
10.6.1 每步更新这些粒子 167
10.6.2 键盘处理程序 168
10.6.3 管理主程序循环 168
10.7 完整主程序代码 169
10.8 运行程序 172
10.9 小结 172
10.10 实验 172
第11章 体渲染 173
11.1 工作原理 174
11.1.1 数据格式 174
11.1.2 生成光线 175
11.1.3 显示OpenGL窗口 177
11.2 所需模块 178
11.3 项目代码概述 178
11.4 生成三维纹理 178
11.5 完整的三维纹理代码 180
11.6 生成光线 181
11.6.1 定义颜色立方体的几何形状 182
11.6.2 创建帧缓冲区对象 184
11.6.3 渲染立方体的背面 185
11.6.4 渲染立方体的正面 185
11.6.5 渲染整个立方体 186
11.6.6 调整大小处理程序 187
11.7 完整的光线生成代码 187
11.8 体光线投射 192
11.8.1 顶点着色器 194
11.8.2 片段着色器 194
11.9 完整的体光线投射代码 196
11.10 二维切片 199
11.10.1 顶点着色器 201
11.10.2 片段着色器 202
11.10.3 针对二维切片的用户界面 202
11.11 完整的二维切片代码 203
11.12 代码整合 206
11.13 完整的主文件代码 207
11.14 运行程序 209
11.15 小结 210
11.16 实验 210
第五部分 玩硬件
第12章 Arduino简介 215
12.1 Arduino 216
12.2 Arduino生态系统 217
12.2.1 语言 218
12.2.2 IDE 218
12.2.3 社区 218
12.2.4 外设 219
12.3 所需模块 219
12.4 搭建感光电路 219
12.4.1 电路工作原理 219
12.4.2 Arduino程序 220
12.4.3 创建实时图表 221
12.5 Python代码 222
12.6 完整的Python代码 224
12.7 运行程序 226
12.8 小结 227
12.9 实验 227
……
第13章 激光音乐秀 229
第14章 基于树莓派的天气监控器 253
附录A 软件安装 275
附录B 基础实用电子学 281
附录C 树莓派的建议和技巧 289
文摘
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