11. Korytnačky (turtle)


Už sme si zvykli na to, že grafika v Pythone (teda tkinter) funguje takto: do grafickej plochy môžeme klásť rôzne grafické objekty (obdĺžmik, oval, čiara, obrázok, …). Kladieme sme ich na absolútne pozície (súradnice), ale môžeme ich neskôr, napríklad posúvať, meniť ich parametre (hrúbky, farby), rušiť ich, a rôzne inak meniť. Napríklad:

import tkinter
canvas = tkinter.Create()                        # vytvor grafickú plochu
canvas.pack()                                    # zobraz ju do okna
i = g.create_oval(100, 50, 150, 80, fill='red')  # nakresli červenú elipsu
canvas.itemconfig(i, fill='blue')                # zmení farbu výplne elipsy

Pri programovaní takýchto úloh sme počítali s tým, že:

  • počiatočný bod (0, 0) je v ľavom hornom rohu grafickej plochy

  • x-ová súradnica ide vpravo vodorovne po hornej hrane grafickej plochy

  • y-ová súradnica ide nadol zvislo po ľavej hrane grafickej plochy: smerom nadol sú kladné y-ové hodnoty, smerom nahor idú záporné hodnoty súradníc


Teraz sa naučíme pracovať s grafikou, ktorá funguje na inom princípe: v grafickej ploche sa bude nachádzať grafické pero, ktoré budeme vedieť posúvať a tým budeme v ploche zanechávať farebnú stopu. Grafické pero (budeme mu hovoriť korytnačka, turtle) si musí stále pamätať svoju pozíciu v ploche (súradnice) ale aj momentálny smer natočenia. Okrem toho si pero pamätá aj svoju nastavenú farbu, hrúbku a tiež to, či pri pohybe zanecháva alebo nezanecháva čiaru (či je pero spustené alebo zdvihnuté). Uvidíme aj ďalšie atribúty grafického pera.


Korytnačia grafika

Korytnačka je grafické pero (grafický robot), ktoré si okrem pozície v grafickej ploche (pos()) pamätá aj smer natočenia (heading()). Korytnačku vytvárame podobne ako v tkinter grafickú plochu:

>>> import turtle
>>> t = turtle.Turtle()
>>> t.pos()
(0.00,0.00)
>>> t.heading()
0.0

Príkaz t = turtle.Turtle() vytvorí grafickú plochu a v jej strede korytnačku s natočením na východ. Volanie t.pos() vráti momentálnu pozíciu korytnačky (0, 0) a t.heading() vráti uhol 0. Všimnite si bodkovú notáciu: zápis turtle.Turtle() označuje, že z modulu turtle vyvoláme konštrukciu Turtle() (táto vytvára novú korytnačku). Zápis t.pos() označuje, že korytnačky t sa pýtame, akú má momentálne pozíciu (voláme jej metódu pos()). Výsledkom tejto metódy je dvojica desatinných čísel - súradnice korytnačky.

Pre grafickú plochu korytnačej grafiky platí:

  • súradná sústava má počiatok v strede grafickej plochy

  • x-ová súradnica ide vpravo vodorovne od počiatku

  • y-ová súradnica ide nahor zvislo od počiatku: smerom nahor sú kladné y-ové hodnoty, smerom nadol idú záporné hodnoty súradníc

  • smer natočenia určujeme v stupňoch (nie v radiánoch) a v protismere otáčania hodinových ručičiek:

    • na východ je to 0

    • na sever je to 90

    • na západ je to 180

    • na juh je to 270

  • pozícia a smer korytnačky je vizualizovaná malým čiernym trojuholníkom - keď sa bude korytnačka hýbať alebo otáčať, bude sa hýbať tento trojuholník.

Základnými príkazmi sú forward(dĺžka), ktorý posunie korytnačku v momentálnom smere o zadanú dĺžku a príkazy right(uhol) a left(uhol), ktoré otočia korytnačku o zadaný uhol vpravo, resp. vľavo, napríklad:

>>> import turtle
>>> t = turtle.Turtle()
>>> t.forward(100)
>>> t.right(90)
>>> t.forward(100)
>>> t.right(90)
>>> t.forward(100)
>>> t.right(90)
>>> t.forward(100)

nakreslí štvorec so stranou 100. Častejšie budeme používať skrátené zápisy týchto príkazov: fd(), rt() a lt().

mainloop()

Takýto spôsob postupného testovania korytnačích príkazov a programov s korytnačkami nemusí fungovať mimo IDLE. Niektorí z vás už máte skúsenosti z iných vývojových prostredí, že pri práci s grafikou musíte na záver programu pripísať canvas.mainloop(). Pri práci s korytnačou grafikou Python tiež využíva tkinter, preto aj v tomto prípade musíme na záver programu zadať, napríklad:

turtle.mainloop()

Pripadne môžeme namiesto tohto zapísať

turtle.exitonclick()

čo bude označovať, že grafické okno sa automaticky zatvorí po kliknutí niekam do okna.

Zapíšme funkciu, pomocou ktorej korytnačka nakreslí štvorec:

import turtle

def stvorec(dlzka):
    for i in range(4):
        t.fd(dlzka)
        t.rt(90)

t = turtle.Turtle()
stvorec(100)
t.lt(70)
t.fd(80)
stvorec(50)
_images/11_1.png

Program nakreslí dva rôzne štvorce - druhý je posunutý a trochu otočený.

Aby sa nám ľahšie experimentovalo s korytnačkou, nemusíme stále reštartovať shell z programového režimu (napríklad klávesom F5). Keď máme vytvorenú korytnačku t, stačí zmazať kresbu pomocou:

>>> t.clear()     # zmaže grafickú plochu a korytnačku nechá tam, kde sa momentálne nachádza

alebo pri zmazaní plochy aj inicializuje korytnačku v strede plochy otočenú na východ:

>>> t.reset()     # zmaže grafickú plochu a inicializuje korytnačku

a teraz znovu kreslíme už do prázdnej plochy.

Korytnačka má pero, ktorým kreslí pri svojom pohybe po grafickej ploche. Toto pero môžeme zdvihnúť (pen up) - odteraz sa pohybuje bez kreslenia, alebo spustiť (pen down) - opäť bude pri pohybe kresliť. Na to máme dva príkazy penup() alebo pendown(), prípadne ich skratky pu() alebo pd(). Predchádzajúci príklad doplníme o dvíhanie pera:

import turtle

def stvorec(dlzka):
    for i in range(4):
        t.fd(dlzka)
        t.rt(90)

t = turtle.Turtle()
stvorec(100)
t.pu()
t.lt(70)
t.fd(80)
t.pd()
stvorec(50)
_images/11_2.png

Napíšme funkciu posun(), ktorá presunie korytnačku na náhodnú pozíciu v ploche a dá jej aj náhodný smer:

import turtle
import random

def stvorec(dlzka):
    for i in range(4):
        t.fd(dlzka)
        t.rt(90)

def posun():
    t.pu()
    t.setpos(random.randint(-300, 300), random.randint(-300, 300))
    t.seth(random.randint(0, 359))
    t.pd()

t = turtle.Turtle()
for i in range(10):
    posun()
    stvorec(30)
_images/11_3.png
  • funkcia na náhodné pozície nakreslí 10 malých štvorcov

  • použili sme tu dva nové príkazy: setpos(x, y), ktorá presunie korytnačku na novú pozíciu a seth(uhol) (skratka z setheading()), ktorá otočí korytnačku do daného smeru

Grafickému peru korytnačky môžeme meniť hrúbku a farbu:

  • príkaz pencolor(farba) zmení farbu pera - odteraz bude korytnačka všetko kresliť touto farbou, až kým ju opäť nezmeníme

  • príkaz pensize(hrúbka) zmení hrúbku pera (celé kladné číslo) - odteraz bude korytnačka všetko kresliť touto hrúbkou, až kým ju opäť nezmeníme

V nasledovnom príklade uvidíme aj príkaz turtle.delay(), ktorým môžeme urýchliť (alebo spomaliť) pohyb korytnačky (rýchlosť turtle.delay(0) je najrýchlejšia, turtle.delay(10) je pomalšia - parameter hovorí počet milisekúnd, ktorým sa zdržuje každé kreslenie). V programe zadefinujeme aj funkciu na kreslenie trojuholníka a potom pomocou funkcií štvorec aj trojuholník nakreslíme dom:

import turtle
import random

def stvorec(dlzka):
    for i in range(4):
        t.fd(dlzka)
        t.rt(90)

def trojuholnik(dlzka):
    for i in range(3):
        t.fd(dlzka)
        t.rt(120)

def dom(d):
    t.pencolor('blue')
    stvorec(d)
    t.lt(60)
    t.pencolor('red')
    trojuholnik(d)
    t.rt(60)

def posun():
    t.pu()
    t.setpos(random.randint(-300, 300), random.randint(-300, 300))
    t.seth(random.randint(-30, 30))
    t.pd()

turtle.delay(0)
t = turtle.Turtle()
t.pensize(5)
for i in range(20):
    posun()
    dom(30)
_images/11_4.png

Program na náhodné pozície umiestni modré štvorce, na ktoré ešte položí červené trojuholníky. Zrejme korytnačka je v globálnej premennej t (v hlavnom mennom priestore) a teda ju vidia všetky naše funkcie.

Vyfarbenie útvaru

Útvary, ktoré nakreslí korytnačka sa dajú aj vyfarbiť. Predpokladajme, že korytnačka nakreslí nejaký útvar (napríklad štvorec), a potom ho chceme vyfarbiť nejakou farbou výplne. Princíp fungovania vypĺňania nejakou farbou je takýto:

  • na začiatok postupnosti korytnačích príkazov, ktoré definujú obrys útvaru, umiestnime príkaz begin_fill()

  • na koniec tejto postupnosti dáme príkaz end_fill(), ktorý vyfarbí nakreslený útvar farbou výplne

  • farbu výplne meníme príkazom fillcolor(farba) (na začiatku je nastavená čierna farba)

  • ak nakreslíme krivku, ktorá netvorí uzavretý útvar, pri vypĺňaní sa táto uzavrie

Ak teraz zadáme:

import turtle

def stvorec(dlzka):
    for i in range(4):
        t.fd(dlzka)
        t.rt(90)

t = turtle.Turtle()
t.fillcolor('red')
t.begin_fill()
stvorec(100)
t.end_fill()
_images/11_4a.png

Nakreslí sa štvorec (s čiernym obrysom), ktorý sa vyplní červenou farbou. Všimnite si, že ak by sme štvorec kreslili so zdvihnutým perom, nenakreslil by sa čierny obrys, len by sme dostali štvorec vyfarbený červenou farbou:

_images/11_4b.png

Opravme program s kreslením domčekov tak, aby sa nakreslili domčeky s náhodnými farbami štvorca aj trojuholníka:

import turtle
import random

def stvorec(dlzka):
    t.fillcolor(f'#{random.randrange(256**3):06x}')
    t.begin_fill()
    for i in range(4):
        t.fd(dlzka)
        t.rt(90)
    t.end_fill()

def trojuholnik(dlzka):
    t.fillcolor(f'#{random.randrange(256**3):06x}')
    t.begin_fill()
    for i in range(3):
        t.fd(dlzka)
        t.rt(120)
    t.end_fill()

def dom(d):
    t.pu()
    stvorec(d)
    t.lt(60)
    trojuholnik(d)
    t.rt(60)

def posun():
    t.pu()
    t.setpos(random.randint(-300, 300), random.randint(-300, 300))
    t.seth(random.randint(-30, 30))
    t.pd()

turtle.delay(0)
t = turtle.Turtle()
#t.pensize(5)
for i in range(20):
    posun()
    dom(random.randint(10, 40))
_images/11_4c.png

Ďalší príklad predvedie funkciu, ktorá nakreslí ľubovoľný rovnostranný n-uholník a tiež príkaz clear(), ktorý zmaže nakreslený obrázok, aby sa mohol kresliť ďalší už v prázdnej grafickej ploche:

import turtle

def n_uholnik(n, d):
    for i in range(n):
        t.fd(d)
        t.lt(360 / n)

t = turtle.Turtle()
for n in range(3, 16):
    t.clear()
    n_uholnik(n, 100)
_images/11_5.png
  • ak by sme vyhodili príkaz clear(), mohli by sme v jednej kresbe vidieť všetky n-uholníky

Pomocou n-uholníkov môžeme nakresliť aj kružnicu (napríklad ako 36-uholník s malou dĺžkou strany), ale aj len časti kružníc, napríklad 18 strán z 36-uholníka nakreslí polkruh, a 9 strán nakreslí štvrťkruh.

Nasledovný príklad najprv definuje oblúk (štvrťkruh), potom lupen (dva priložené štvrťkruhy) a nakoniec kvet ako n lupeňov:

import turtle

def obluk(d):
    for i in range(9):
        t.fd(d)
        t.rt(10)

def lupen(d):
    for i in 1, 2:
        obluk(d)
        t.rt(90)

def kvet(n, d):
    for i in range(n):
        lupen(d)
        t.rt(360 / n)

turtle.delay(0)
t = turtle.Turtle()
kvet(10, 20)
_images/11_6.png

Nakreslíme kvet zložený z farebných lupeňov (každý lupeň inou farbou):

import turtle

def obluk(d):
    for i in range(9):
        t.fd(d)
        t.rt(10)

def lupen(d):
    for i in 1, 2:
        obluk(d)
        t.rt(90)

def kvet(d, farby):
    for f in farby:
        t.fillcolor(f)
        t.begin_fill()
        lupen(d)
        t.end_fill()
        t.rt(360 / len(farby))

turtle.delay(0)
t = turtle.Turtle()
kvet(20, ['red', 'blue', 'yellow', 'magenta', 'green', 'orange', 'violet'])
_images/11_8.png

Počet lupeňov kvetu sa tu určuje podľa počtu farieb v zozname farby.


Špirály

Rôzne špirály môžeme kresliť tak, že opakujeme kreslenie stále sa zväčšujúcich čiar a za každým sa otočíme o pevný uhol, napríklad:

import turtle

t = turtle.Turtle()
t.lt(30)
for i in range(3, 300, 3):
    t.fd(i)
    t.rt(90)
_images/11_9.png

Program nakreslí štvorcovú špirálu.

S uhlami môžete experimentovať, napríklad:

import turtle
import random

turtle.delay(0)
t = turtle.Turtle()
while True:
    uhol = random.randint(30, 170)
    print('spirala s uhlom', uhol)
    for i in range(3, 300, 3):
        t.fd(i)
        t.rt(uhol)
    t.reset()
_images/11_10.png

Tento program kreslí špirály s rôznymi náhodne generovanými uhlami. Zároveň do textovej plochy vypisuje informáciu o uhle momentálne kreslenej špirály.

Zaujímavé špirály vznikajú, keď nemeníme dĺžku čiar ale uhol, napríklad:

import turtle

turtle.delay(0)
t = turtle.Turtle()
for uhol in range(1, 2000):
    t.fd(8)
    t.rt(uhol)
_images/11_11.png

Tu môžeme vyskúšať rôzne malé zmeny uhla, o ktorý sa mení kreslenie čiar útvaru:

import turtle

turtle.delay(0)
t = turtle.Turtle()
for uhol in range(1, 2000):
    t.fd(8)
    t.rt(uhol + 0.1)
_images/11_12.png

Vyskúšajte rôzne iné zmeny uhla v príkaze t.rt().


Zhrnutie užitočných metód

metóda

variant

význam

príklad

forward(d)

fd

choď dopredu

t.fd(100); t.fd(-50)

back(d)

backward, bk

cúvaj

t.bk(50); t.bk(-10)

right(u)

rt

otoč sa vpravo

t.rt(90); t.rt(-120)

left(u)

lt

otoč sa vľavo

t.lt(90); t.lt(-45)

penup()

pu, up

zdvihni pero

t.pu()

pendown()

pd, down

spusti pero

t.pd()

setpos(x, y)

setposition, goto

choď na pozíciu

t.setpos(50, 70)

pos()

position

zisti pozíciu korytnačky

t.pos()

xcor()

zisti x-ovú súradnicu

t.xcor()

ycor()

zisti y-ovú súradnicu

t.ycor()

heading()

zisti uhol korytnačky

t.heading()

setheading(u)

seth

nastav uhol korytnačky

t.seth(120)

pensize(h)

width

nastav hrúbku pera

t.pensize(5)

pencolor(f)

nastav farbu pera

t.pencolor('red')

pencolor()

zisti farbu pera

t.pencolor()

fillcolor(f)

nastav farbu výplne

t.fillcolor('blue')

fillcolor()

zisti farbu výplne

t.fillcolor()

color(f1, f2)

nastav farbu pera aj výplne

t.color('red'); t.color('blue', 'white')

color()

zisti farbu pera aj výplne

t.color()

reset()

zmaž kresbu a inicializuj korytnačku

t.reset()

clear()

zmaž kresbu

t.clear()

begin_fill()

začiatok budúceho vyfarbenia

t.begin_fill()

end_fill()

koniec vyfarbenia

t.end_fill()


Globálne korytnačie funkcie

Modul turtle má ešte tieto funkcie, ktoré robia globálne nastavenia a zmeny (majú vplyv na všetky korytnačky):

  • turtle.delay(číslo) - vykonávanie korytnačích metód sa spomalí na zadaný počet milisekúnd (štandardne je 10)

    • každú jednu korytnačku môžeme ešte individuálne zrýchľovať alebo spomaľovať pomocou t.speed(číslo), kde číslo je od 0 do 10 (0 najrýchlejšie, štandardne je 3)

  • turtle.tracer(číslo) - zapne alebo vypne priebežné zobrazovanie zmien v grafickej ploche (štandardne je číslo 1):

    • turtle.tracer(0) - vypne zobrazovanie zmien, t. j. teraz je vykresľovanie veľmi rýchle bez pozdržiavania, ale zatiaľ žiadnu zmenu v grafickej ploche nevidíme

    • turtle.tracer(1) - zapne zobrazovanie zmien, t. j. teraz je vykresľovanie už pomalé (podľa nastavených turtle.delay() a t.speed()), lebo vidíme všetky zmeny kreslenia v grafickej ploche

  • turtle.bgcolor(farba) - zmení farbu pozadia grafickej plochy, pričom všetky kresby v ploche ostávajú bez zmeny


Tvar korytnačky

Korytnačkám môžeme meniť ich tvar - momentálne je to malý trojuholník.

Príkaz shape() zmení tvar na jeden s preddefinovaných tvarov (pre korytnačku t):

t.shape('arrow')        # tvarom korytnačky bude šípka
t.shape('turtle')       # tvarom korytnačky bude korytnačka
t.shape('circle')       # tvarom korytnačky bude kruh
t.shape('square')       # tvarom korytnačky bude štvorec
t.shape('triangle')     # tvarom korytnačky bude trojuholník
t.shape('classic')      # tvarom korytnačky bude hrot šípky

Default tvar je 'classic'.

Príkaz shapesize() nastavuje zväčšenie tvaru a hrúbku obrysu tvaru (pre korytnačku t):

t.shapesize(sirka, vyska, hrubka)

Mohli ste si všimnúť, že keď korytnačke zmeníte farbu pera, zmení sa obrys jej tvaru. Podobne, keď sa zmení farba výplne, tak sa zmení aj výplň tvaru korytnačky. Napríklad:

import turtle

turtle.delay(0)
t = turtle.Turtle()
t.shape('turtle')
t.shapesize(5, 5, 8)
t.color('darkgreen', 'green')
for i in range(90):
    t.fd(5)
    t.rt(4)
_images/11_13.png

V tomto príklade sa nastaví korytnačke zväčšený tvar a pomaly nakreslí kružnicu (90-uholník).

Zobrazovanie tvaru korytnačky môžeme skryť príkazom hideturtle() (skratka ht()) a opätovné zobrazovanie zapnúť príkazom showturtle() (skratka st()).


Náhodné prechádzky

Náhodnými prechádzkami budeme nazývať taký pohyb korytnačky, pri ktorom sa korytnačka veľa-krát náhodne otočí a prejde nejakú malú vzdialenosť. Napríklad:

import turtle
import random

turtle.delay(0)
t = turtle.Turtle()
for i in range(10000):
    t.seth(random.randint(0, 359))
    t.fd(10)
_images/11_14.png

Po čase odíde z grafickej plochy - upravme to tak, aby nevyšla z nejakej konkrétnej oblasti, napríklad:

import turtle
import random

turtle.delay(0)
t = turtle.Turtle()
t.pensize(5)
t.pencolor('blue')
for i in range(10000):
    t.seth(random.randint(0, 359))
    t.fd(10)
    if t.xcor()**2 + t.ycor()**2 > 50**2:
        t.fd(-10)
_images/11_15.png

Príkaz if nedovolí korytnačke vzdialiť sa od (0,0) viac ako 50 - počítali sme tu vzdialenosť korytnačky od počiatku.

Môžeme využiť metódu distance(), ktorá vypočíta vzdialenosť korytnačky od nejakého bodu alebo inej korytnačky:

import turtle
import random

turtle.delay(0)
t = turtle.Turtle()
turtle.bgcolor('navy')
t.pensize(5)
t.pencolor('yellow')
for i in range(10000):
    t.seth(random.randint(0, 359))
    t.fd(10)
    if t.distance(20, 0) > 50 or t.distance(50, 0) < 50:
        t.fd(-10)
_images/11_16.png

Korytnačka sa teraz pohybuje v oblasti, ktorá ma tvar mesiaca: nesmie vyjsť z prvého kruhu a zároveň vojsť do druhého.

Tvar stráženej oblasti môže byť definovaný aj zložitejšou funkciou, napríklad:

import turtle
import random

def fun(pos):
    x, y = pos               # pos je dvojica súradníc
    if abs(x - 30) + abs(y) < 50:
        return False
    return abs(x + 30) + abs(y) > 50

turtle.delay(0)
t = turtle.Turtle()
t.speed(0)
t.pensize(5)
for i in range(10000):
    t.seth(random.randint(0, 359))
    if t.distance(0, 0) < 30:
        t.pencolor('green')
    else:
        t.pencolor('red')
    t.fd(5)
    if fun(t.pos()):       # funkcia fun stráži nejakú oblasť
        t.fd(-5)
_images/11_17.png

Okrem stráženia oblasti tu meníme farbu pera podľa nejakej podmienky


Viac korytnačiek

Doteraz sme pracovali len s jednou korytnačkou (vytvorili sme ju pomocou t = turtle.Turtle()). Korytnačiek ale môžeme vytvoriť ľubovoľne veľa. Aby rôzne korytnačky mohli využívať tú istú kresliacu funkciu (napríklad stvorec()) musíme globálnu premennú t vo funkcii prerobiť na parameter (v našom príklade tu):

import turtle

def stvorec(tu, velkost):
    for i in range(4):
        tu.fd(velkost)
        tu.rt(90)

t = turtle.Turtle()
stvorec(t, 100)

Vytvorme ďalšiu korytnačku a necháme ju tiež kresliť štvorce tou istou funkciou:

t1 = turtle.Turtle()
t1.lt(30)
for i in range(5):
    stvorec(t1, 50)
    t1.lt(72)

Kým sme vytvárali funkcie, ktoré pracovali len pre jednu korytnačku, nemuseli sme ju posielať ako parameter. Ak ale budeme potrebovať funkcie, ktoré by mali pracovať pre ľubovoľné ďalšie korytnačky, vytvoríme vo funkcii nový parameter (najčastejšie ako prvý parameter funkcie) a ten bude v tele funkcie zastupovať tú korytnačku, ktorú do funkcie pošleme.

V ďalšom príklade vyrobíme 3 korytnačky: 2 sa pohybujú po nejakej stálej trase a tretia sa vždy nachádza presne v strede medzi nimi (ako keby bola v strede gumenej nite):

import turtle

def posun(k, pos):     # pos je pozícia v tvare (x, y)
    k.pu()
    k.setpos(pos)
    k.pd()

def stred(k1, k2):
    x = (k1.xcor() + k2.xcor()) / 2
    y = (k1.ycor() + k2.ycor()) / 2
    return (x, y)

turtle.delay(0)
t1 = turtle.Turtle()
posun(t1, (-100, -100))
t2 = turtle.Turtle()
posun(t2, (200, 100))
t3 = turtle.Turtle()
posun(t3, stred(t1, t2))
t3.pencolor('red')

while True:
    t1.fd(4)
    t1.rt(3)
    t2.fd(3)
    t2.lt(2)
    t3.setpos(stred(t1, t2))
_images/11_18.png

Zoznam korytnačiek

Do premennej typu zoznam postupne priradíme vygenerované korytnačky, pričom každú presunieme na inú pozíciu (všetky ležia na x-ovej osi) a nastavíme jej iný smer:

import turtle

turtle.delay(0)
zoznam = []
for i in range(60):
    t = turtle.Turtle()
    t.pu()
    t.setpos(-300 + 10*i, 0)
    t.pd()
    t.seth(i * 18)
    zoznam.append(t)

Necháme ich kresliť rovnaké kružnice:

import turtle

turtle.delay(0)
zoznam = []
for i in range(60):
    t = turtle.Turtle()
    t.pu()
    t.setpos(-300 + 10*i, 0)
    t.pd()
    t.seth(i * 18)
    zoznam.append(t)

for t in zoznam:
    for i in range(24):
        t.fd(20)
        t.lt(15)
_images/11_19.png

Takto kreslila jedna za druhou: ďalšia začala kresliť až vtedy, keď predchádzajúca skončila.

Pozmeňme to tak, aby všetky kreslili naraz:

import turtle

turtle.delay(0)
zoznam = []
for i in range(60):
    t = turtle.Turtle()
    t.pu()
    t.setpos(-300 + 10*i, 0)
    t.pd()
    t.seth(i * 18)
    zoznam.append(t)

for i in range(24):
    for t in zoznam:
        t.fd(20)
        t.lt(15)

Tu sme zmenili len poradie for-cyklov.

V ďalšom príklade vygenerujeme všetky korytnačky v počiatku súradnej sústavy ale s rôznymi smermi a necháme ich prejsť dopredu rovnakú vzdialenosť:

import turtle

turtle.delay(0)
zoznam = []
for i in range(60):
    zoznam.append(turtle.Turtle())
    zoznam[-1].seth(i * 6)

for t in zoznam:
    t.fd(200)
_images/11_20.png

Všimnite si, ako pracujeme so zoznamom korytnačiek (zoznam[-1] označuje posledný prvok zoznamu, t. j. naposledy vygenerovanú korytnačku).


Korytnačky sa naháňajú

Na náhodných pozíciách vygenerujeme n korytnačiek a potom ich necháme, nech sa naháňajú podľa takýchto pravidiel:

  • každá sa otočí smerom k nasledovnej (prvá k druhej, druhá k tretej, …, n-tá k prvej)

  • každá prejde stotinu vzdialenosti k nasledovnej

import turtle
import random

n = 8
t = []
turtle.delay(0)
for i in range(n):
    nova = turtle.Turtle()
    nova.pu()
    nova.setpos(random.randint(-300, 300), random.randint(-300, 300))
    nova.pencolor(f'#{random.randrange(256**3):06x}')
    nova.pensize(3)
    nova.pd()
    t.append(nova)

while True:
    for i in range(n):
        j = (i+1) % n               # index nasledovnej
        uhol = t[i].towards(t[j])
        t[i].seth(uhol)
        vzdialenost = t[i].distance(t[j])
        t[i].fd(vzdialenost / 100)
_images/11_21.png

Využili sme novú metódu towards(), ktorá vráti uhol otočenia k nejakému bodu alebo k pozícii inej korytnačky.

Trochu pozmeníme: okrem prejdenia 1/10 vzdialenosti k nasledovnej nakreslí aj celú spojnicu k nasledovnej:

import turtle
import random

turtle.delay(0)
while True:
    turtle.bgcolor('black')
    n = random.randint(3, 8)
    t = []
    for i in range(n):
        nova = turtle.Turtle()
        nova.speed(0)
        nova.pu()
        nova.setpos(random.randint(-300, 300), random.randint(-300, 300))
        nova.pencolor(f'#{random.randrange(256**3):06x}')
        nova.pd()
        nova.ht()
        t.append(nova)

    for k in range(100):
        for i in range(n):
            j = (i+1) % n                # index nasledovnej
            uhol = t[i].towards(t[j])
            t[i].seth(uhol)
            vzdialenost = t[i].distance(t[j])
            t[i].fd(vzdialenost)
            t[i].fd(vzdialenost/10 - vzdialenost)

    for tt in t:
        tt.clear()
_images/11_22.png

Po dokreslení, obrázok zmaže a začne kresliť nový. Uvedomte si, že každý ďalší prechod while-cyklu vytvorí nové a nové korytnačky a tie pôvodné staré tam ostávajú, hoci majú skrytý tvar a teda ich nevidíme. Ak by sme naozaj chceli zrušiť korytnačky z grafickej plochy, tak namiesto záverečného cyklu:

for tt in t:
    tt.clear()

by sme mali zapísať:

turtle.getscreen().clear()

Cvičenia

L.I.S.T.


  1. Napíš funkciu strom(kmen, koruna), ktorá nakreslí strom s hnedým kmeňom (hrúbka 15) a zelenou korunou (hrúbka 40). Po zavolaní:

    for i in range(8):
        strom(random.randint(30, 60), random.randint(10, 40))
        t.pu()
        t.fd(50)
        t.pd()
    

    by sa malo nakresliť:

    _images/11_cn.png

  1. Napíš funkciu kvet(), ktorá nakreslí jeden kvietok:

    • najprv kreslí lupienky ako 12 hrubých úsečiek, s hrúbkou 7 náhodnej farby, po nakreslení úsečky cúvne späť a otočí sa o 30 stupňov

    • potom žltá bodka (dot) veľkosti 15

    Vyskúšaj:

    for i in range(20):
        kvet()
        t.pu()
        t.fd(40)
        t.pd()
        t.rt(18)
    

    dostaneš:

    _images/11_ca.png

  1. Napíš funkcie balon(b, d) a vela_balonov(n, b, d). Funkcia balon nakresli na niti dĺžky d farebný kruh veľkosti b. Kruh má náhodnú farbu a kreslí sa pomocou príkazu dot. Funkcia vela_balonov n-krát zavolá funkciu balon. Ak predpokladáme, že je korytnačka na začiatku otočená na sever, tak najľavejší aj najpravejší balón zviera s osou y uhol 45. Nepoužívaj setpos. Vyskúšaj:

    t.seth(90)
    vela_balonov(7, 60, 150)
    

    dostaneš:

    _images/11_cd.png

  1. Päťcípu hviezdu vieme nakresliť pomocou:

    def hviezda(dlzka):
        for i in range(5):
            t.fd(dlzka)
            t.rt(144)
    

    Napíš funkciu kresli_hviezdu(dlzka), ktorá pomocou vypĺňania (fill) a volania hviezda nakreslí:

    _images/11_cf.png

    Nepoužívaj setpos.


  1. Napíš funkciu slnko(n, d, farba1, farba2), ktorá nakreslí slnko s n dvojfarebnými lúčmi a jedným dvojfarebným kruhom. Lúče sa kreslia od stredu slnka takto: najprv dĺžku d so zdvihnutým perom, potom dĺžku d farbou farba1 a hrúbkou 20 a potom ešte raz hrúbkou 10 a farbou farba2. Kruh sa kreslí dvoma volaniami dot (rôznymi farbami) najprv veľkosťou 2*d-30, potom o 10 menšou. Nepoužívaj setpos. Vyskúšaj:

    slnko(15, 50, 'gold', 'yellow')
    

    dostane:

    _images/11_cg.png

  1. Napíš funkciu n_uholnik(n, d, otoc=1), ktorá nakreslí pravidelný n-uholník so stranou d. Parameter otoc môže mať hodnotu 1 alebo -1 a označuje, či sa bude pri kreslení n-uholníka otáčať vľavo alebo vpravo. Ďalej napíš funkciu dom(d), ktorá nakreslí štvorec a rovnostranný trojuholník ako strechu - len pomocou dvoch volaní funkcie n_uholnik. Pre volanie dom(100) by si mal dostať:

    _images/11_ch.png

    Teraz napíš ďalšie dve funkcie ciara1(d, pocet=11) a ciara2(d), pomocou ktorých nakreslíme buď prerušovanú čiaru alebo cikcakovú čiaru. Prerušovaná čiara označuje rozdelenie úsečky dĺžky d na pocet rovnakoveľkých častí, pričom každá druhá sa prejde so zdvihnutým perom. Cikcaková čiara označuje úsečku dĺžky d rozdeliť na úseky dälžky 5 a každý úsek nakresliť ako dve strany rovnostranného trojuholníka so stranou 5. Ak by sme teraz vo funkcii n_uholnik nahradili t.fd(d) buď volaním ciara1(d) alebo ciara2(d), dostaneme domček z prerušených alebo cikcakových čiar:

    _images/11_ci.png

    Nepoužívaj setpos.


  1. Napíš funkciu stvorce(dlzka, krok), ktorá nakreslí niekoľko farebných štvorcov. Všetky budú zafarbené náhodnými farbami a budú bez obrysu (kreslia sa so zvihnutym perom). Najväčší z nich je prvý a má veľkosť strany dlzka. Každý ďalší má rovnaký stred (ako predchádzajúci), ale stranu štvorca má o krok menšiu. Ak by mal takýto štvorec nulovú alebo zápornú stranu, kreslenie skončí. Nepoužívaj setpos. Napríklad volanie stvorce(200, 25) nakreslí:

    _images/11_cj.png

    Asi sa ti oplatí vytvoriť pomocnú funkciu stvorec(dlzka), ktorá nakreslí náhodne zafarbený štvorec so stranou dlzka.


  1. Täto úloha je podobná predchádzajúcej, ale funkcia veza(dlzka, krok) bude kresliť náhodne zafarbené štvorce nad seba. Každý menší je vycentrovaný na predchádzajúci. Nepoužívaj setpos. Napríklad volanie veza(120, 30) nakreslí:

    _images/11_ck.png

  1. Napíš funkciu mreza(n, m, dlzka, medzera), ktorá opäť využije náhodne zafarbený štvorec a nakreslí sieť n x m štvorcov so stranou dlzka, pričom medzi riadkami a stĺpcami je voľný priestor šírky medzera. Nepoužívaj setpos. Napríklad, pre volanie:

    t.lt(5)
    mreza(5, 8, 40, 10)
    

    dostaneš:

    _images/11_co.png

  1. Napíš funkciu domcek(d), ktorá nakreslí domček jedným ťahom, bez dvíhania pera a bez setpos, teda pomocou 8 úsečiek (príkazov forward). Veľkosť štvorca je d, všetky vnútorné uhly sú 45 stupňov. Vyskúšaj:

    t.rt(5)
    domcek(100)
    domcek(50)
    domcek(80)
    

    dostaneš:

    _images/11_cb.png

  1. Napíš funkciu kocka(d), ktorá nakreslí 3D kocku. Strana štvorca má veľkosť d, tri šikmé čiary sú pod uhlom 45 a majú dĺžku d/2. Všetky tri štvoruholníky sú zafarbené náhodnými farbami. Nepoužívaj setpos. Vyskúšaj:

    for i in range(4):
        kocka(50)
        t.pu()
        t.fd(75)
        t.pd()
    

    dostaneš:

    _images/11_cc.png

  1. Napíš funkciu vlajka(zrd, dlzka, sirka), ktorá nakreslí náhodne zafarbený obdĺžnik na žrdi. Otestuj:

    t.seth(90)
    for i in range(6):
        vlajka(random.randint(80, 150), 60, 40)
        t.pu()
        t.rt(90)
        t.fd(70)
        t.lt(90)
        t.pd()
    

    mal by si dostať:

    _images/11_cl.png

  1. Oprav funkciu vlajka z predchádzajúcej úlohy tak, aby táto funkcia fungovala pre ľubovoľnú korytnačku, nielen pre t. Napríklad, v nasledovnom teste sa vyrobí n správne natočených korytnačiek a tie potom nakreslia vlajky:

    n = 10
    zoz = []
    for i in range(n):
        ...
    
    for i in range(n):
        vlajka(zoz[i], 80 + 10*i, 60, 40)
    

    Doplň program, aby sa vykreslilo:

    _images/11_cm.png

  1. Napíš funkciu kruznica(r), ktorá nakreslí kružnicu s polomerom r a so stredom, ktorý je v momentálnej pozícii korytnačky. Kružnicu kresli ako pravidelný 36-uholník. Uvedom si, že ak by strana tohto 36-uholníka bola d, tak obvod vypočítame ako 2*pi*r = 36*d. Z tohto vzťahu vieš vypočítať d a teda nakresliť pravideľný 36-uholník. Po skončení kreslenia, korytnačka bude v rovnakej pozícii ako začala. Nepoužívaj setpos. Vyskúšaj:

    t.dot(200, 'yellow')
    kruznica(100)
    t.pu()
    t.fd(120)
    t.lt(90)
    t.fd(100)
    t.rt(37)
    t.pd()
    t.dot(140, 'gold')
    kruznica(70)
    

    dostaneš (dva žlté kruhy sú tu len na kontrolu):

    _images/11_ce.png

  1. Napíš funkciu prechadzka(n), ktorá zrealizuje n krokov náhodnej prechádzky:

    • korytnačka chodí náhodne so zdvihnutým perom s krokom 20

    • ak sa vzdiali od (0, 0) o viac ako 70, cúvne 20

    • inak, ak sa vzdiali od (0, 0) o viac ako 50, na momentálnej pozícii nakreslí červenú bodku (veľkosti 5)

    • inak na momentálnej pozícii nakreslí modrú bodku (veľkosti 5)

    Vyskúšaj:

    turtle.tracer(0)
    prechadzka(2000)
    turtle.tracer(1)
    

    mal by si dostať niečo takéto:

    _images/11_cp.png

4. Domáce zadanie

L.I.S.T.


Programovací jazyk Logo, podobne ako my v Pythone, riadi korytnačku v grafickej ploche. Syntax jazyka sa ale trochu líši od Pythonu. Nás z Loga budú zaujímať len týchto 8 príkazov:

  • fd 100 - zodpovedá pythonovskému t.fd(100), parametrom je celé alebo desatinné číslo

  • rt 45 - zodpovedá pythonovskému t.rt(45), parametrom je celé alebo desatinné číslo

  • lt 60 - zodpovedá pythonovskému t.lt(60), parametrom je celé alebo desatinné číslo

  • pu - zodpovedá pythonovskému t.pu(), príkaz je bez parametrov

  • pd - zodpovedá pythonovskému t.pd(), príkaz je bez parametrov

  • setpc 'red' - zodpovedá pythonovskému t.pencolor('red'), parametrom je znakový reťazec

  • setpw 5 - zodpovedá pythonovskému t.pensize(5), parametrom je celé číslo

  • repeat 4 [fd 50 rt 90] - označuje cyklus (bez premennej cyklu) s daným počtom opakovaní, pričom telom môže byť ľubovoľný logovský program, napríklad tento cyklus sa môže preložiť takto:

    for _ in range(4):
        t.fd(50)
        t.rt(90)
    

    premennú cyklu budeme zapisovať identifikátorom _

Program v Logu môže byť naformátovaný úplne voľne, t.j. medzi príkazmi sú buď medzery alebo nové riadky a tak isto aj parametre sú od príkazov oddelené aspoň jednou medzerou alebo aj prázdnym riadkom.

Tvojou úlohou bude napísať pythonovský skript s funkciou preloz(), ktorý na vstupe dostane logovský program (textový súbor s príponou '.txt') a vyrobí z neho pythonovský skript (textový súbor s rovnakým menom ale s príponou '.py'), ktorým by sa nakreslil identický obrázok s logovským programom.

Napríklad, pre takýto vstupný súbor 'subor1.txt':

pu lt 30 fd 100 lt 60 setpc
'red' pd
fd 100 rt 120 fd
100    rt 120
     fd 100 rt
   60 setpc 'blue' fd 100 rt 120
fd 100

Tvoj program vygeneruje takýto pythonovský skript 'subor1.py':

import turtle
t = turtle.Turtle()
t.pu()
t.lt(30)
t.fd(100)
t.lt(60)
t.pencolor('red')
t.pd()
t.fd(100)
t.rt(120)
t.fd(100)
t.rt(120)
t.fd(100)
t.rt(60)
t.pencolor('blue')
t.fd(100)
t.rt(120)
t.fd(100)

Alebo pre nejaký iný vstupný súbor:

lt 90 pu fd 100 rt 30 pd

repeat 4 [
  fd 50
  lt 30
  repeat 3[fd 30 rt 120]lt 60
] rt 30 fd 70

dostaneme:

import turtle
t = turtle.Turtle()
t.lt(90)
t.pu()
t.fd(100)
t.rt(30)
t.pd()
for _ in range(4):
    t.fd(50)
    t.lt(30)
    for _ in range(3):
        t.fd(30)
        t.rt(120)
    t.lt(60)
t.rt(30)
t.fd(70)

Tvoj odovzdaný program s menom riesenie.py musí začínať tromi riadkami komentárov:

# 4. zadanie: logo
# autor: Janko Hraško
# datum: 1.11.2019

Modul musí obsahovať definíciu funkcie:

def preloz(meno_suboru, tab=4):
    ...

Túto funkciu bude volať testovač s rôznymi logovskými súbormi. Druhý parameter tab určuje o koľko medzier bude odsunutý každý vnorený blok príkazov vo for-cykle.

Projekt riesenie.py odovzdaj (bez ďalších dátových súborov) na úlohový server https://list.fmph.uniba.sk/ najneskôr do 23:00 15. novembra, kde ho môžeš nechať otestovať. Testovač bude spúšťať tvoju funkciu s rôznymi textovými súbormi, ktoré si môžeš stiahnuť z L.I.S.T.u. Odovzdať projekt aj ho testovať môžeš ľubovoľný počet krát. Môžeš zaň získať 10 bodov.