说起元宵节，各位有没有觉得这是咱们中国人最浪漫的节日呢？国人向来拘谨古板，一年到头都是小心谨慎地过日子，唯有元宵节这天可以纵情豪放一把。东风夜放花千树，宝马雕车香满路，火树银花霓虹闪烁，豪车遍地美女如云。细品，你甚至都能嗅到香奈儿的味道！月上柳梢头，人约黄昏后，这又是何等的浪漫！比起烛光晚宴、鲜花加持，这份浪漫更显纯真。晚至明清，民间元宵节的喜庆气氛，堪比西班牙的奔牛节、巴西的狂欢节、泰国的泼水节。
由于众所周知的原因，估计今年的趵突泉元宵节灯会又要黄了。去哪儿体验“花市灯如昼”的节日气氛呢？Don't worry，没有什么事能够难倒程序员——用3D技术也可以做出下图这样的走马灯，算是聊胜于无吧。
如下所示，还可以加上自己喜欢的图案、文字等。
一台安装了Python环境的电脑，Python环境需要安装以下模块。
- numpy
- pillow
- wxgl
如果没有上述模块，请参考下面的命令安装。
pipinstallnumpy
pipinstallpillow
pipinstallwxgl
NumPy和pillow是Python旗下最常用的科学计算库和图像处理库，属于常用模块。WxGL是一个基于PyOpenGL的三维数据可视化库，以wx为显示后端，提供Matplotlib风格的交互式应用模式，同时，也可以和wxPython无缝结合，在wx的窗体上绘制三维模型。关于WxGL的更多信息，请参阅我的另一篇博客《十分钟玩转3D绘图：WxGL完全手册》。
3 制作工序花灯制作工序非常简单，只需要三十行代码，可以直接在Python IDLE中以交互方式逐行执行。
3.1 导入模块>>>importnumpyasnp
>>>fromPILimportImage
>>>importwxgl.wxplotasplt
3.2 打开花灯纸图像
>>>fn=r'D:\temp\light0115\res\paper.png'
>>>im=np.array(Image.open(fn))/255
>>>im.shape
(400,942,3)
fn定义的是图像存储路径，请据实修改。Image.open(fn)打开文件，返回一个PIL对象，np.array()将PIL对象转成numpy.ndarray数组对象。除以255，将图像数据从0到255的值域范围变成0到1，适应WxGL的接口要求。查看数组的shape，显示图像分辨率为400像素高、942像素宽，每个像素有三种颜色（此处为RGB）。
3.3 根据花灯纸的大小制作龙骨纸长942像素，卷成圆筒，半径就是149.9像素，如果把半径视为1个单位，则高度400像素相当于2.668个单位。
>>>rows,cols,deep=im.shape
>>>cols/(2*np.pi)
149.9239563925654
>>>r=1
>>>h=2*np.pi*rows/cols
>>>h
2.6680192387174464
接下来需要制作半径1个单位、高度2.668个单位的圆筒状龙骨了。
>>>theta=np.linspace(0,2*np.pi,cols)
>>>x=r*np.cos(theta)
>>>y=r*np.sin(theta)
>>>z=np.linspace(0,h,rows)
>>>xs=np.tile(x,(rows,1))
>>>ys=np.tile(y,(rows,1))
>>>zs=z.repeat(cols).reshape((rows,cols))
这里的xs、ys、zs就是圆筒状龙骨上各个点的x坐标、y坐标、z坐标。下面的代码，每隔10个点抽取1个点，用mesh的方法画出龙骨形状。当然，也可以画出全部的点，那样顶点就会连成一片。
>>>plt.mesh(xs[::10,::10],ys[::10,::10],zs[::10,::10],mode='FLBL')
>>>plt.show()
用3D的方式画出来的龙骨，效果如下。
有了龙骨，接下来就可以把花灯纸贴在龙骨上了。继续操作之前，记得先把刚才弹出的3D龙骨窗口关闭。
>>>plt.mesh(xs,ys,zs,im)
>>>plt.show()
不过，你会立刻发现，花灯纸上下方向贴反了。没关系，我们可以像下面这样反转方向。
>>>plt.mesh(xs,ys,zs,im[::-1])
>>>plt.show()
怎么样，是不是有一点走马灯的雏形了呢？
走马灯之所以能够转动，是因为里面有蜡烛加热形成上升气流，推动顶部的叶轮旋转，从而带动花灯旋转。当然，这里的叶轮仅仅是个样子，花灯旋转依赖另外的机制实现。
>>>theta=np.linspace(0,2*np.pi,18,endpoint=False)
>>>x=r*np.cos(theta)
>>>y=r*np.sin(theta)
>>>x[2::3]=x[1::3]
>>>x[1::3]=0
>>>y[2::3]=y[1::3]
>>>y[1::3]=0
>>>z=np.ones(18)*h*0.9
>>>vs=np.stack((x,y,z),axis=1)
>>>plt.mesh(xs,ys,zs,im[::-1])
>>>plt.surface(vs,color='#C03000',method='T',mode='FCBC',alpha=0.8)
>>>plt.show()
叶轮设计有6片，用三角形模拟，颜色深红，透明度0.8，整体效果略显粗糙了一点。
照明灯用一个白色的圆球表示，提系则是红色的一条直线，兼做照明灯的电源线。
>>>plt.mesh(xs,ys,zs,im[::-1])
>>>plt.surface(vs,color='#C03000',method='T',mode='FCBC',alpha=0.8)
>>>plt.sphere((0,0,h*0.4),0.4,'#FFFFFF',slices=60,mode='FCBC')
>>>plt.plot((0,0),(0,0),(0.4*h,1.5*h),width=3.0,style='solid',cmap='hsv',caxis='z')
3.7 让花灯转起来
花灯旋转的实现非常简单，只需要给show方法一个rotation参数就可以。
plt.show(rotation='h-')
最终的花灯效果如下。
有了上面的解说，完整的源代码就不用注释了。全部代码三十余行，各位可自行扩展，制作出更多的花灯来。
#-*-coding:utf-8-*-
importnumpyasnp
fromPILimportImage
importwxgl.wxplotasplt
im=np.array(Image.open('res/paper.png'))/255
rows,cols,deep=im.shape
r,h=1,2*np.pi*rows/cols
theta=np.linspace(0,2*np.pi,cols)
x=r*np.cos(theta)
y=r*np.sin(theta)
z=np.linspace(0,h,rows)
xs=np.tile(x,(rows,1))
ys=np.tile(y,(rows,1))
zs=z.repeat(cols).reshape((rows,cols))
theta=np.linspace(0,2*np.pi,18,endpoint=False)
x=r*np.cos(theta)
y=r*np.sin(theta)
x[2::3]=x[1::3]
x[1::3]=0
y[2::3]=y[1::3]
y[1::3]=0
z=np.ones(18)*h*0.9
vs=np.stack((x,y,z),axis=1)
plt.mesh(xs,ys,zs,im[::-1])
plt.surface(vs,color='#C03000',method='T',mode='FCBC',alpha=0.8)
plt.sphere((0,0,h*0.4),0.4,'#FFFFFF',slices=60,mode='FCBC')
plt.plot((0,0),(0,0),(0.4*h,1.5*h),width=3.0,style='solid',cmap='hsv',caxis='z')
plt.show(rotation='h-')
