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4.6 turtle模块

python是一门灵活而强大的语言，它也可以很方便地实现图形绘制。python中提供了turtle模块用于实现图形绘制。

4.6.1 基本介绍

使用turtle进行图形绘制要先了解以下几个方面：窗体布局、空间坐标系、色彩体系。

（1）窗体布局

窗体就是turtle作图的窗口，turtle模块提供了turtle.setup()函数来创建窗口。具体使用如下：

import turtleturtle.setup(width=300, height=200, startx=100, starty=100)'''
turtle.setup函数规定的绘制图形的窗口，但它不是绘制图形必须的，也可以直接画图。
width，规定了窗体的宽度，是必传参数；
height，规定了窗体的高度，是必传参数；
startx，规定了窗体左边与屏幕左边的边距，是可选参数；
starty，规定了窗体上边与屏幕上边的边距，是可选参数。
'''

（2）空间坐标系

使用turtle画图本质上是虚拟控制画笔触点（称为海龟）在屏幕上的移动，因此需要有坐标系的概念。turtle中支持三种坐标系：绝对坐标系、相对坐标系（海龟坐标系）、角度坐标系。

绝对坐标系：以画面中心为(0, 0)原点，以屏幕向右与向上分别为x方向与y方向，在直角坐标系下控制海龟在屏幕上的移动。可以使用turtle.goto(x, y)来控制海龟到达指定的位置。

相对坐标系：以海龟自身为原点，控制海龟的移动。如：turtle.fd(d)，使用海龟前进距离d；turtle.bk(d)使海龟后退距离d；turtle.circle(r, angle)，使海龟以半径r右转某个角度。

角度坐标系：是指一个绝对的角度坐标系，以屏幕的向右为0度，逆时针旋转为正，顺时针旋转为负。例如：turtle.seth(angle)，改变海龟的前进角度，但不绘制图形；turtle.left(angle)，向左转某个角度；turtle.right(angle)，向右转某个角度。

（3）色彩体系

turtle要想画出颜色不同的线条需要对颜色参数进行控制，最常用的色彩体系是RGB色彩体系。

RGB色彩体系是由红、绿、蓝三种通道颜色组成混合色的调色体系。下面是常用见色彩的RGB值：

色彩名	整体RGB值	小数RGB值
white	255,255,255	1,1,1
red	255,0,0	1,0,0
green	0,255,0	0,1,0
blue	0,0,255	0,0,1
yellow	255,255,0	1,1,0
magenta	255,0,255	1,0,1
cyan	0,255,255	0,1,1
black	0,0,0	0,0,0

turtle使用turtle.colormode(mode)来改变色彩控制模式（使用小数RGB或整数RGB）。取mode=1.0则表示使用小数模式；即mode=255则表示使用整数模式；默认采用小数值来定义色彩。

4.6.2 语法元素分析

turtle库中提供了许多函数来控制海龟的行为，以到达画出指定图形的目的。这些函数大体可以分为三类：画笔控制函数、运动控制函数和方向控制函数。

（1）画笔控制函数

画笔控制函数即控制画笔操作，画笔操作执行后一直有效，一般成对出现。常用的画笔控制函数有：

• turtle.penup()：别名turtle.pu()。抬起画笔，抬起画笔后海龟不会在画布上留下轨迹；
• turtle.pendown()：别名turtle.pd()。落下画笔，落下画笔后海龟会在画布上留下轨迹；
• turtle.pensize(width)：别名turtle.width(width)。决定画笔的粗细；
• turtle.pencolor(color)：决定画笔的颜色。color可以是颜色的名称字符串（如"red"），也可以是RGB值（如1,0,1或元组形式(1,0,1)）。

（2）运动控制函数

运动控制函数用于控制海龟的行进，走直线或走曲线。常用的运动控制函数如下：

• turtle.forword(d)：别名turtle.fd(d)。向前行进，海龟走直线，d为行进距离；
• turtle.circle(r, extent, steps)：根据半径r绘制角度为extent角度的弧形。steps表示圆内接多边形的边数，可用于画内接多边形。r为+，则海龟向右侧画圆；r为-，则海龟向左侧画圆。

（3）方向控制函数

方向控制函数用于控制海龟的运动方向，可以使用绝对角度或相对角度。常用函数如下：

• turtle.setheading(angle)：改变行进方向，即海龟的方向转为绝对角度值；
• turtle.left(angle)：向左转，改变相对角度值；
• turtle.right(angle)：向右转，改变相对角度值。

（4）其他函数

turtle.done()：写在代码的最后一行，保证程序执行完毕后不会自动退出窗口，而是使用手动退出；若不加此行，则自动退出。

turtle.hideturtle()：在画图完毕后隐藏海龟，以免挡住图上的某些点。

4.6.3 示例：科赫雪花图案绘制

科赫雪花是一种典型的分形几何图案。它的绘制过程如下：

• 取一条长为l的直线，即为0阶科赫曲线；
• 取直线的中间1/3长度，改成一个60度的锐角，即为一阶科赫曲线；
• 对一阶科赫曲线上的每段直线重复相同的操作，即得二阶科赫曲线；
• 循环多次，即可得n阶科赫曲线…

可以看到科赫雪花的绘制过程是典型的递归过程，最终我们要画的第n阶线段的长度，都取决于n-1阶线段的长度。绘制的代码如下：

import turtle# 定义绘制科赫雪花的递归函数
def koch(size, n):if n==0:turtle.fd(size)else:for angle in [0, 60, -120, 60]:turtle.left(angle)koch(size/3, n-1)# 定义一个函数，调用递归函数，并执行绘制过程
def main():turtle.setup(600, 600)turtle.penup()turtle.goto(-200, 100)turtle.pendown()turtle.pensize(2)level=3koch(400, level)turtle.right(120)  # 转角度后再次绘制，重复两次以获得封闭的科赫雪花图形koch(400, level)turtle.right(120)koch(400, level)turtle.hideturtle()main()  # 调用主函数，开始绘制