数学+数字图形化:3Blue1Brown的动画引擎如何配置?[转载]

本文全文转载自知乎:https://zhuanlan.zhihu.com/p/70243739

作者:李狗嗨(英属哥伦比亚大学(UBC) 机械工程博士在读)

他的专栏:直观の数学​zhuanlan.zhihu.com


相信很多人都知道3Blue1Brown,这是一个由斯坦福大学的数学系学生Grant Sanderson 创建的YouTube 频道。该频道从独特的视觉角度解说高等数学,内容包括线性代数微积分神经网络黎曼猜想傅里叶变换以及四元数等等。

本人通过该视频频道获得了很多启发,同时也对其精良的视频制作技术产生了浓厚的兴趣。

偶然的机会,得知其在Github上有专门开设了一个动画制作引擎:manim

所以,突然想尝试用一下该基于Python的可视化引擎,如果可以实现功能,以后就可以根据自己的需要利用该引擎进行动画演示。

网上找了一些相关的文章,有的写得很好,但是因为该开源代码库更新频繁,所以以前的配置教程往往会有过时的情况。现在最新的版本是基于Python 3的,以前的基于Python 2.7的教程已经不再适用于当前代码。所以在安装过程中,遇到了不少新问题,在解决的过程中记录了这些新问题的解决方法。并形成此文。(测试于2019年6月)

在配置前首先得安装Python 3,这个安装过程在此处不再赘述。建议通过Anaconda进行安装,而不是直接安装Python。这里的演示也是基于Windows 10 系统,在安装Anaconda的基础上完成的。Anaconda的下载地址为:

anaconda.com/distributi 建议选择安装Python 3.7 version,具体安装步骤网上有很多。

除此之外,还要下载:

  1. manimgithub.com/3b1b/manim,选择clone or download,然后Download ZIP,解压后到一个合适的位置(路径中不要包含中文!),即可使用(此为manim动画引擎所包含的全部文件);
  2. miktexmiktex.org/download,直接安装即可,(安装路径中不要包含中文!)(此为windows平台下的Tex套件,TeX 是一种排版语言,主要用于处理视频中包含的文字信息);
  3. ffmpegBuilds – Zeranoe FFmpeg,下载好后,放到一个合适的路径下(路径中不要包含中文!),解压后将../bin/目录添加进用户环境变量(见后图)(此为音视频流处理软件)
  4. dvisvgm:dvisvgm.de/Downloads/ ,64位的用户请注意选择64位的安装包,,下载好后,放到一个合适的路径下(路径中不要包含中文!),解压后将../dvisvgm/目录添加进用户环境变量(见后图)(此为可以将dvi转换为高质量svg的软件)。

添加进用户环境变量的方法:

右击“我的电脑”图标-“属性”-左边的”高级系统设置”

选择”环境变量”-“用户变量”中的”Path”-“编辑”-“新建”。

然后把解压后的FFmpeg的bin文件夹的路径和dvisvgm的dvisvgm文件夹路径添加进去,并选择确定。然后进行环境测试,看各个依赖环境是否都配置妥当(注意:按照个人安装的实际路径进行添加,图中只是一个参考)。

在Anaconda Prompt 中通过命令行配置并测试

具体方法是:右击”Anaconda Prompt”-“更多”-“以管理员身份运行”

这一步很重要,因为如果不以管理员身份运行很可能带来权限不够的情况,妨碍后期的各个程序包的安装。

在命令行中分别输入下列命令,并回车运行(注意并不需要版本号完全与下面图中所示的完全一致,因为随着时间推移会有版本的更新):

如果都有类似于上面的版本提示,则说明依赖的软件安装成功,否则,回去检查安装或用户路径的添加是否正确。

打开前面下载并解压后的 manim 文件夹,该文件夹的路径就称为 manim的根目录(注意,由于manim的更新,文件夹中的内容可能会和下图中所示的有些许不一致,但可以放心这些细微的差别一般不会影响后面使用),在该根目录中新建一个空白文件夹“media”,并在该根目录中新建一个名字为“MEDIA_DIR.txt”的.txt文件。

打开”MEDIA_DIR.txt”,输入刚刚新建的”media”文件夹所在的路径并保存,注意最后的“\”别漏了。

回到 Anaconda Prompt 中,输入:

该命令的意思是:跳转 (cd, Change Directory) 到 manim 的根目录中(注意:按照个人安装的实际路径进行跳转,图中只是一个参考)。

然后输入(手机上如果看不到此处的全部代码,请在代码处左右滑动或在电脑上打开该文章):

这个安装过程中常见的问题是“pycairo”这个包安装异常。

解决方法是先输入并运行:

然后再单独安装“pycairo”这个包,输入并运行:

现在,基本的东西都安装好了。尝试着运行一下测试命令:

在运行的时候可能会有形如:ModuleNotFoundError: No module named <pack name>的错误提示,这说明还缺少程序包。请运行命令(注意:<pack name>改为对应缺失的程序包的名字,命令中不含括号或引号):

一个特例是readline包,如果提示“ModuleNotFoundError: No module named ‘readline’”,则需要输入的是:

安装好提示缺少的包后再输入并运行:

缺什么程序包就按照上面的方法添加该程序包,直到命令可以通过:

此时打开media文件夹将找到生成的视频,表示的是正方形变成圆形的动画演示:

同理,输入命令:

得到一个向复平面映射的动画:

输入命令:

此过程中会提示安装一些程序包,为了加快编译进度,可以点击去掉那个复选框的勾选,默认安装所有需要的程序包。得到的是具有3b1b经典风格的文字动画:

输入命令:

将得到一个数据随图形位置变化的动画:

是不是手痒了?23333。

如果安装成功,感谢点赞支持,如果配置遇到什么问题,欢迎在评论区留言~

<本教程仅针对Windows 10 64位系统>

3B1B 动画制作教程持续更新中…

李狗嗨:3Blue1Brown 动画制作教程(1)​zhuanlan.zhihu.com

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再次感谢作者李狗嗨(英属哥伦比亚大学(UBC) 机械工程博士在读)。

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