3D 火箭发射动画集（Python）

本工程按迭代顺序收录了 6 个版本的火箭发射动画脚本与对应渲染产物，覆盖 2D 动画、 matplotlib 3D 场景、pygame 点云渲染三种实现，全部可在无窗口环境下离线导出 GIF/MP4。

环境

• Python 3.11.4
• 虚拟环境：.venv
• 依赖：numpy、matplotlib、pillow、pygame

python -m venv .venv
.\.venv\Scripts\Activate.ps1
pip install -r requirements.txt

requirements.txt 初始为空，实际安装依赖： pip install numpy matplotlib pillow pygame

版本顺序

#	脚本	实现方式	产物	说明
1	rocket.py	matplotlib 2D	rocket_launch.gif	2D 星空 + 云层视差、倒计时、点火、烟雾、HUD，16s / 30fps
2	rocket3d.py	matplotlib 3D	rocket_launch_3d.gif	用 mplot3d 复刻 vpython 场景（发射台、塔架、星空、尾焰、烟雾），13s / 20fps
3	rocket3d_orbit.py	matplotlib 3D	rocket_launch_3d_orbit.gif	增加相机环绕、地面网格、加强筋、3D 烟雾；已知问题：画面主体偏小，视野受数据范围影响
4	rocket_cloud.py	pygame 点云	rocket_cloud.gif	6333 点云 + 透视投影 + 相机推拉（近景仰视 → 拉远俯视），12s / 24fps
5	rocket_cloud_launch.py	pygame 点云	rocket_cloud_launch.gif	4117 点云 + 相机环绕 0→3π + 背面剔除 + 点火发射，18s / 24fps
6	rocket_cloud_grid.py	pygame 点云	rocket_cloud_grid.gif	3757 点云 + 地面网格 + 双面尾翼 + 点火抖动 + 发射，13.5s / 24fps

运行

# 2D 动画
.\.venv\Scripts\python.exe rocket.py

# matplotlib 3D
.\.venv\Scripts\python.exe rocket3d.py
.\.venv\Scripts\python.exe rocket3d_orbit.py

# pygame 点云（无头渲染，自动导出 GIF）
.\.venv\Scripts\python.exe rocket_cloud.py
.\.venv\Scripts\python.exe rocket_cloud_launch.py
.\.venv\Scripts\python.exe rocket_cloud_grid.py

所有脚本自动将产物写入脚本所在目录：

• matplotlib 版本优先生成 MP4（需要 ffmpeg），缺少 ffmpeg 时回退 GIF
• pygame 版本通过 SDL_VIDEODRIVER=dummy 离屏渲染，逐帧截图后用 Pillow 合成 GIF
• rocket3d_orbit.py、rocket_cloud.py、rocket_cloud_launch.py、rocket_cloud_grid.py 会额外输出同名 *_preview.png 中间帧，便于快速检查构图

产物文件

文件	说明
rocket_launch.gif	版本 1 产物（2D）
rocket_launch_3d.gif	版本 2 产物（3D）
rocket_launch_3d_orbit.gif	版本 3 产物（3D 环绕）
rocket3d_orbit_preview.png	版本 3 中间帧
rocket_cloud.gif	版本 4 产物（点云）
rocket_cloud_preview.png	版本 4 中间帧
rocket_cloud_launch.gif	版本 5 产物（点云环绕发射）
rocket_cloud_launch_preview.png	版本 5 中间帧
rocket_cloud_grid.gif	版本 6 产物（点云网格发射）
rocket_cloud_grid_preview.png	版本 6 中间帧

技术要点

• 2D 版：FuncAnimation + PillowWriter/FFMpegWriter，世界坐标平移实现摄像机跟随
• matplotlib 3D 版：手工构造圆柱/圆锥/长方体网格顶点，用 Poly3DCollection 绘制； 每帧重建场景，cam 高度通过坐标平移实现跟随
• pygame 点云版：
  • 参数化生成火箭点云（圆柱、鼻锥、尾翼、喷口）及法向
  • 自写透视投影：视图矩阵（forward/right/up）+ 焦距缩放
  • 背面剔除：dot(normal, cam_pos - point) > threshold
  • 近大远小：点半径 clip(300 / depth, 1, 3)
  • 相机动画：smoothstep 插值位置、环绕角度、推拉距离

已知问题

• rocket3d_orbit.py 的构图受 mplot3d 数据范围影响，主体偏小，未完全修复
• 所有动画在火箭升空后使用固定或跟随不足的镜头，末段本体可能飞出画面

许可

仅用于演示与学习。