KMS14 : Python을 이용한 simple rotatable 3D 구현 프로그램

이번에는 지난 포스팅을 발전시켜 구체를 형성하는 프로그램을 만들었습니다. 이 모델링 프로젝트의 최종 목표는 txt파일을 통해 원하는 도형을 직접 만들 수 있게 하는 것이지만, 일단은 프로젝트의 중간 프로젝트 느낌으로 구체 형상의 도형에 지구본 이미지를 입힐 수 있게 만들어보았습니다. 이후에 지구본에 특정 위치를 mapping 할 수 있는 기능을 추가할 생각입니다.

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consideration

참고로, 이 프로그램은 점을 A도 회전시킬 때 sinA + cosAi를 점에 곱하여 회전된 점의 좌표를 계산하는 방식을 취하고 있습니다. 또한, 모든 sin, cos함수는 degree각도를 사용합니다. (간지나고 표준적으로다가 원주각을 사용할려고 했는데, 그냥 degree로 했어요;;)

 

sphere에 사용할 이미지가 소스코드가 있는 파일과 동일한 폴더에 있어야 합니다.
지도 이미지는 등 장방형 도법(Equirectangular projection)을 사용하여야 합니다.

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source

source.py

import tkinter
import math
import time
import random

from PIL import Image
import numpy as np

# X coor, Y coor, Z coor
#nodeL = [[200, -150, 200], [-200, -150, 200], [-200, -150, -200], [200, -150, -200], [0, 250, 0]]
#edgeL = [(0, 1), (1, 2), (2, 3), (3, 0), (0, 4), (1, 4), (2, 4), (3, 4)]
#faceL = []
nodeL = [];
edgeL = [];
faceL = [];

# coor indi
coorL = [[20, 0, 0], [0, 20, 0], [0, 0, -20]]
coorC = ['#FF0000', '#00FF00', '#0000FF']

#Object size
Obj_C = '#000000' #object color
Nod_R = 5 # node radius
Edg_W = 5 # Edge width

scale = 1
Scl_L = 20 #scale max limit

Cen_X = 300 # center X
Cen_Y = 300 # center y

MOS_S = 2#0.3 # mouse sensitivity

Dx = 0 # delta x angle spin
Dy = 0 # delta y angle spin

def sin(angle):
    if(angle % 90):
        return math.sin(angle * math.pi / 180)
    else:
        if(angle % 180):
            return -1 if (angle % 360 - 90) else 1
        else:
            return 0;

def cos(angle):
    if(angle % 90):
        return math.cos(angle * math.pi / 180)
    else:
        if(angle % 180):
            return 0
        else:
            return -1 if (angle % 360) else 1

window = tkinter.Tk()
win = tkinter.Canvas(window, width = Cen_X * 2, height = Cen_Y * 2)

# process mouse event
Bx = By = -1

########## defines ##########
#mouse move while mouse was in clicked state
def FNC1(event):
    global Bx, By, Dx, Dy
    if not ((Bx == -1) and (By == -1)):
        Ang_X = event.x - Bx
        Ang_Y = event.y - By
        Dx = (Ang_X + 360) % 360
        Dy = (360 - Ang_Y) % 360
    Bx = event.x
    By = event.y

#mouses click
def FNC2(event):
    global Bx, By
    Bx = By = -1

#wheel mouse
def FNC3(event):
    global scale, Scl_L
    if event.delta == 120:
        if scale < max(Cen_X, Cen_Y) / Scl_L:
            scale += 0.15
    elif event.delta == -120:
        if scale > 0.15: 
            scale -= 0.15

def Rotate_A(R, Z, A):
    return (R * cos(A)) - (Z * sin(A)), (R * sin(A)) + (Z * cos(A))

for i in range(1, 4, 1):
    win.bind("<Button-" + str(i) + ">", FNC1)
    win.bind("<B" + str(i) + "-Motion>", FNC1)
    win.bind("<ButtonRelease-" + str(i) + ">", FNC2)
    win.bind("<MouseWheel>", FNC3);
win.pack()

def rgb_to_hex(arr):
    r, g, b = int(arr[0]), int(arr[1]), int(arr[2])
    return '#' + hex(r)[2:].zfill(2) + hex(g)[2:].zfill(2) + hex(b)[2:].zfill(2)

########## create sphere ##########
img_name = ('map.jpg')
im = Image.open(img_name)

pix = np.array(im)
print(im.size)
print(str(im.size[0] - 1) + "  " + str(im.size[1] - 1))
print(pix[im.size[1] - 1][im.size[0] - 1])

#form const numbers
RAD = 200       #radian
XL = 360 // 3   #number of point in 360 degree column
YL = 180 // 3   #number of point in 180 degree row

SemVal = 2      #number of null layer in polar. this value mush be even

DAXL = 360 // XL
DAYL = 180 // YL
YL -= SemVal

NYL = 90 - (DAYL * (SemVal // 2))

#form base structure
Ny = sin(NYL) * RAD
Nr = cos(NYL) * RAD
for i in range(0, 360, DAXL):
    nodeL.append([cos(i) * Nr, Ny, sin(i) * Nr])
    edgeL.append((i // DAXL, (i // DAXL + 1) % XL))
NYL = (NYL - DAYL + 360) % 360
for j in range(0, YL, 1):
    Ny = sin(NYL) * RAD
    Nr = cos(NYL) * RAD
    for i in range(0, 360, DAXL):
        nodeL.append([cos(i) * Nr, Ny, sin(i) * Nr])
        edgeL.append(((XL * (j + 1)) + (i // DAXL), (XL * (j + 1)) + ((i // DAXL + 1) % XL)))
        edgeL.append(((XL * j) + (i // DAXL), (XL * (j + 1)) + (i // DAXL)))
    NYL = (NYL - DAYL + 360) % 360

#form sphere
for j in range(0, YL, 1):
    for i in range(0, XL, 1):
        agh = [(im.size[1] - 1) * (j + (SemVal // 2)) // (YL + SemVal), (im.size[1] - 1) * (j + (SemVal // 2 + 1)) // (YL + SemVal) - 1]
        agj = [(im.size[0] - 1) * i // XL, (im.size[0] - 1) * (i + 1) // XL - 1]

        #this loop isn't optimized
        arp = [0, 0, 0]
        for n in range(0, 4, 1):
            for m in range(0, 3, 1):
                arp[m] += pix[agh[n & 1]][agj[n >> 1]][m]
        for m in range(0, 3):
            arp[m] //= 4
        
        CR = rgb_to_hex(arp)
        faceL.append(((XL * j) + i, (XL * j) + ((i + 1) % XL), (XL * (j + 1)) + ((i + 1) % XL), (XL * (j + 1)) + i, CR))

########## window initalization ##########
win.create_text(Cen_X, 20, text= "move cursor to spin",fill="black",font=('Arial 15 bold'))
Dx = Dy = 0

########## rotating ##########
while 1:
    win.delete('figure')
    win.delete('coor')
    
    #Rotate node
    for node in nodeL:
        node[0], node[2] = Rotate_A(node[0], node[2], Dx)
        node[2], node[1] = Rotate_A(node[2], node[1], Dy)
    #Rotate coor
    for coor in coorL:
        coor[0], coor[2] = Rotate_A(coor[0], coor[2], Dx)
        coor[2], coor[1] = Rotate_A(coor[2], coor[1], Dy)

    Dx = Dy = 0;

    #Draw coor
    #for i in range (0, len(coorL), 1):
        #win.create_line(Cen_X, Cen_Y, Cen_X - coorL[i][0], Cen_Y - coorL[i][1], fill = coorC[i], width = 3, tags = ('edge', 'coor'))
    #Draw edge
    #for edge in edgeL:
        #if (nodeL[edge[0]][2] >= 0) and (nodeL[edge[1]][2] >= 0):
            #win.create_line(Cen_X - nodeL[edge[0]][0], Cen_Y - nodeL[edge[0]][1], Cen_X - nodeL[edge[1]][0], Cen_Y - nodeL[edge[1]][1], fill = Obj_C, width = Edg_W, tags=('edge', 'figure'))
    #Draw face
    for face in faceL:
        if (nodeL[face[0]][2] >= 0) and (nodeL[face[1]][2] >= 0) and (nodeL[face[2]][2] >= 0) and (nodeL[face[3]][2] >= 0):
            win.create_polygon(Cen_X - nodeL[face[0]][0], Cen_Y - nodeL[face[0]][1], Cen_X - nodeL[face[1]][0], Cen_Y - nodeL[face[1]][1], Cen_X - nodeL[face[2]][0], Cen_Y - nodeL[face[2]][1], Cen_X - nodeL[face[3]][0], Cen_Y - nodeL[face[3]][1], fill = face[4], tags=('face', 'figure'))
    win.update()
    time.sleep(0.01)

window.mainloop()

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excute

사용 방법은 간단합니다.
실행시킬 시, 프로그램은 자동으로 랜덤하게 다양한 색깔을 가지는 구체를 만들어냅니다.
클릭 후 드래그로 회전시킬 수 있고, 마우스 휠로 확대 및 축소할 수 있습니다.

(축소.확대 기능은 이 프로그램에서는 빠짐)

original example

excuted window