Manim实现涟漪扩散特效

在视频制作和数据可视化领域，涟漪扩散特效是一种常见且富有视觉吸引力的动画效果。

本文将详细介绍如何使用 Manim 数学动画引擎来实现这一效果，包括其实现原理、使用示例以及应用场景。

1. 实现原理涟漪扩散特效主要通过 RippleEffect 类来实现，该类继承自 Manim 的 Animation 基类。让我们深入了解其核心实现机制：

1.1. 核心设计思路class RippleEffect(Animation):

"""

涟漪扩散特效动画类

实现方法：使用Circle类创建多个同心圆，然后 #技术分享通过发光层实现发光效果，

再利用脉冲效果实现闪烁，从而模拟涟漪的扩散和闪烁。

"""

1.2. 参数设计该类提供了丰富的参数控制，使其具有高度可定制性：

def __init__(

self,

mobject: Mobject,

num_ripples: int = 5,

max_radius: float = 3.0,

min_radius: float = 0.1,

ripple_speed: float = 1.0,

color: ParsableManimColor = BLUE,

fade_out: bool = True,

glow_num: int = 3,

glow_width: float = 5,

pulse_frequency: float = 2.0,

**kwargs

):

self.num_ripples = num_ripples

self.max_radius = max_radius

self.min_radius = min_radius

self.ripple_speed = ripple_speed

self.color = color

self.fade_out = fade_out

self.glow_num = glow_num

self.glow_width = glow_width

self.pulse_frequency = pulse_frequency

1.3. 多颜色支持实现代码巧妙地支持单色和多色两种模式：

if isinstance(color, (list, tuple)):

self.colors = list(color)

self.use_multiple_colors = True

else:

self.colors = [color]

self.use_multiple_colors = False

1.4. 涟漪对象初始化在构造函数中，代码预先创建了所有需要的涟漪圆环和对应的发光层：

self.ripples = []

self.glow_layers = []

for i in range(num_ripples): if self.use_multiple_colors: ripple_color = self.colors[i % len(self.colors)] else: ripple_color = self.colors[0]

circle = Circle( radius=min_radius, stroke_color=ripple_color, stroke_width=2, fill_opacity=0, ).move_to(mobject.get_center)

self.ripples.append(circle)

glow_group = [] for j in range(glow_num): glow = circle.copy glow_group.append(glow) self.glow_layers.append(glow_group)

1.5. 动画插值实现interpolate_mobject 方法是实现动画效果的核心，它在每一帧都会被调用：

def interpolate_mobject(self, alpha: float):

"""

实现动画效果的核心方法

Parameters:

alpha - 是一个介于 0 和 1 之间的参数，表示动画的进度

"""

time_alpha = alpha * self.ripple_speed

for i, (ripple, glow_group) in enumerate(zip(self.ripples, self.glow_layers)): if self.use_multiple_colors: ripple_color = self.colors[i % len(self.colors)] else: ripple_color = self.colors[0]

phase_offset = i / self.num_ripples

ripple_time = (time_alpha + phase_offset) % 1

current_radius = interpolate(self.min_radius, self.max_radius, ripple_time)

if self.fade_out: opacity = np.sin(ripple_time * PI) * 0.8 else: opacity = 0.8

opacity = max(0, opacity)

pulse_effect = np.sin(ripple_time * self.pulse_frequency * 2 * PI) * 0.2 opacity = max(0, opacity + pulse_effect)

new_ripple = Circle( radius=current_radius, stroke_color=ripple_color, stroke_width=2, stroke_opacity=opacity, fill_opacity=0, ).move_to(self.mobject.get_center)

ripple.become(new_ripple)

for j, glow in enumerate(glow_group): phase = j / self.glow_num

glow.become(new_ripple.copy) glow.set_stroke( width=self.glow_width * (1 - phase) + 1, color=ripple_color, opacity=opacity * 0.3 * (1 - phase), )

这个方法实现了几个关键的视觉效果： 涟漪扩散 ：通过计算当前半径，使圆环从中心向外扩散涟漪淡出 ：使用正弦函数创建自然的淡出效果脉冲效果 ：添加额外的正弦波动来模拟涟漪的脉冲闪烁发光效果 ：为每个涟漪添加多层发光效果，并使它们的宽度和透明度递减相位偏移 ：为不同的涟漪设置不同的相位偏移，创造连续的涟漪效果2. 使用示例代码提供了三种不同的使用示例，展示了涟漪效果的多样化应用：

2.1. 单颜色涟漪效果最简单的应用场景，从一个中心点向外扩散单色涟漪：

class RippleEffectExample(Scene):

"""

涟漪扩散特效示例场景

"""

def construct(self): center_dot = Dot(color=YELLOW) self.add(center_dot)

ripple_effect = RippleEffect( center_dot, num_ripples=8, max_radius=4.0, min_radius=0.1, ripple_speed=1.5, color=BLUE, glow_num=5, glow_width=8, pulse_frequency=3.0, )

for ripple, glow_group in zip(ripple_effect.ripples, ripple_effect.glow_layers): self.add(ripple) for glow in glow_group: self.add(glow)

self.play(ripple_effect, run_time=5) self.wait

2.2. 双涟漪效果展示两个同时扩散的涟漪效果，可以用于表现两个对象之间的交互：

class DualRippleEffectExample(Scene):

"""

双涟漪扩散特效示例场景

展示两个同时扩散的涟漪效果

"""

def construct(self): center_dot1 = Dot(color=YELLOW).shift(LEFT * 2) center_dot2 = Dot(color=RED).shift(RIGHT * 2)

self.add(center_dot1, center_dot2)

ripple_effect1 = RippleEffect( center_dot1, num_ripples=6, max_radius=1.5, min_radius=0.1, ripple_speed=1.2, color=BLUE, glow_num=4, glow_width=6, pulse_frequency=5.5, )

ripple_effect2 = RippleEffect( center_dot2, num_ripples=6, max_radius=1.5, min_radius=0.1, ripple_speed=1.2, color=RED, glow_num=8, glow_width=4, pulse_frequency=2.5, )

for ripple, glow_group in zip( ripple_effect1.ripples, ripple_effect1.glow_layers ): self.add(ripple) for glow in glow_group: self.add(glow)

for ripple, glow_group in zip( ripple_effect2.ripples, ripple_effect2.glow_layers ): self.add(ripple) for glow in glow_group: self.add(glow)

self.play(ripple_effect1, ripple_effect2, run_time=5) self.wait

2.3. 多颜色涟漪效果最具视觉冲击力的效果，从一个中心点向外扩散多种颜色的涟漪：

class MultiColorRippleEffectExample(Scene):

def construct(self):

center_dot = Dot(color=YELLOW)

self.add(center_dot)

ripple_effect = RippleEffect( center_dot, num_ripples=8, max_radius=4.0, min_radius=0.1, ripple_speed=1.5, color=[BLUE, RED, GREEN, YELLOW, ORANGE], glow_num=5, glow_width=8, pulse_frequency=3.0, )

for ripple, glow_group in zip(ripple_effect.ripples, ripple_effect.glow_layers): self.add(ripple) for glow in glow_group: self.add(glow)

self.play(ripple_effect, run_time=5) self.wait

3. 总结3.1. 特效特点高度可定制 ：提供了丰富的参数控制，包括涟漪数量、大小、速度、颜色、发光效果等视觉效果优美 ：通过多层发光、脉冲效果和相位偏移，创造出逼真而华丽的涟漪效果支持多颜色模式 ：可以实现单色涟漪或彩虹般的多色涟漪效果易于扩展 ：基于Manim的Animation类，易于与其他动画效果结合3.2. 使用场景涟漪扩散特效在以下场景中特别有用： 数据可视化 ：用于突出显示数据点或数据变化科学动画 ：模拟水面波纹、声波、电磁波等物理现象教育视频 ：在解释概念时吸引观众注意力，提高学习效果产品展示 ：为产品演示添加视觉亮点，增强吸引力片头片尾 ：作为视频过渡或装饰元素用户界面设计 ：在交互式应用中提供视觉反馈通过本文介绍的 RippleEffect 类，你可以轻松在自己的动画项目中实现这一效果，为你的作品增添视觉吸引力。