通过Python + Pygame实现频谱谐波图

pygame是跨平台python模块，专为电子游戏设计，包括图像、声音。建立在SDL基础上，允许实时电子游戏研发而无需被低级语言束缚， 开发者可以把精力放在游戏的架构上。

harmonograph是通常在科学博物馆中看到的机械设备，它有两个或多个带有笔的摆锤，可以在一张纸上画画。 摆笔运动，笔在纸上画出漂亮的图案。 通过绘制一起作用在绘图点上的正交正弦波，可以在计算机程序中轻松模拟这一点。 这会生成利萨如图形（Lissajous-Figure），这些图形会被衰减以形成令人愉悦的“平行”线嵌套，就像您在钞票上看到的那样。

它的速度很快，并且可以根据需要将其设置为更快（或更慢）。 提示：将显示窗口设置为全屏。 MIT许可证； 从GitHub下载

#!/usr/bin/python'''    Spectral Harmonographs   Copyright 2014 Alan Richmond (Tuxar.uk) '''print("Quit: q key, Screenshot: spacebar")

import pygame, sys, random as r
from pygame.locals import *
from math import pi, sin, cos, exp
#                        EDIT THESE:
width,height=1280,720       # YouTube HD
width,height=1920,1080      # my left monitor
width,height=1280,1024      # my right monitor
width,height=1680,1050      # Lucy's monitor
width,height=1200,800
#width,height=2560,1440      # YT channel art
dd=0.99995                  # decay factor
dt=0.02                     # time increment
speed=200                   # yes, speed
hui=57*2                    # Hue increment
hue,sat,val,aaa=0,100,100,0
sd=0.005                    # frequency spread (from integer)
mx=4                        # max range for amplitudes & frequenciesprint("Hit SPACE to save")

def check_event():
   global save
   for event in pygame.event.get():
       if event.type == QUIT:
           sys.exit()
       elif event.type == KEYDOWN and event.key == K_q:
           sys.exit()
       elif event.type == KEYDOWN and event.key == K_SPACE:
           save=True
           print("Saving when finished...")

def scale(length):
   while True:
       a1,a2=r.randint(-mx,mx),r.randint(-mx,mx)
       max=abs(a1)+abs(a2)
       if max>0: break
   return a1,a2,length/(2*max)
steps=0
pygame.init()
pygame.event.set_allowed([QUIT, KEYDOWN])
screen = pygame.display.set_mode((width,height),DOUBLEBUF)
screen.set_alpha(None)
#fg=pygame.Color(0,0,0,0)#fg=(0,0,0)fg=(255,255,255)
save=False
while True:
#   Amplitudes & scales
   ax1,ax2,xscale=scale(width)
   ay1,ay2,yscale=scale(height)
   fx1, fx2 =  r.randint(1,mx) + r.gauss(0,sd), r.randint(1,mx) + r.gauss(0,sd)
   fy1, fy2 =  r.randint(1,mx) + r.gauss(0,sd), r.randint(1,mx) + r.gauss(0,sd)
   px1, px2 =  r.uniform(0,2*pi), r.uniform(0,2*pi)
   py1, py2 =  r.uniform(0,2*pi), r.uniform(0,2*pi)
   print(ax1,ax2,ay1,ay2)
   print(fx1,fx2,fy1,fy2)
   print(px1,px2,py1,py2)

   dec=1.0
   t=0.0                       # angle for sin
   first=True
   while dec>0.015:
                               # calculate next x,y point along line
       x = xscale * dec * (ax1*sin(t * fx1 + px1) + ax2*sin(t * fx2 + px2)) + width/2
       y = yscale * dec * (ay1*sin(t * fy1 + py1) + ay2*sin(t * fy2 + py2)) + height/2
       dec*=dd                 # decay
       if not first:           # ignore any complaint about prev_x,y being undefined#            fg.hsva=(hue,sat,val,aaa)#            hue = (hue + dt*hui) % 360      # cycle hue
           pygame.draw.aaline(screen, fg, (x, y), (prev_x, prev_y), 1)
       else:
           first=False

       prev_x = x              # save x,y for next line segment start
       prev_y = y
       if steps%speed==0: pygame.display.update()
       steps+=1
       t+=dt                   # increment angle for sin
       check_event()

   if save:                    # parameters are encoded into filename
       pars='shg-{0}_{1}-{2}_{3}-{4}_{5}'.format(ax1,ax2,fx1,fx2,px1,px2)
       pygame.image.save(screen, pars+'.jpg')
       print("Saved as "+pars+'.jpg')
       save=False

   screen.fill((0,0,0))
#    screen.fill((255,255,255))

例如在Ubuntu/Debian版的Linux上，你可能需要安装python和/或pygame:

sudo apt-get install pygame
sudo apt-get install python

进入你保存它的目录，让它可执行，然后运行它:

chmod +x harmonograph.py
./harmonograph.py

效果图：