如何用Python的turtle模块绘制阴阳图？

Question

如何使用Python的turtle模块绘制一个标准的阴阳太极图？在实现过程中，常遇到图形比例失调、黑白区域填充不完整、鱼眼位置偏移或颜色填充异常等问题。特别是当利用circle()方法绘制半圆时，若未精确控制起始角度和填充逻辑，会导致阴阳图案不对称。此外，初学者容易忽略penup()与pendown()的切换，造成多余线条。如何通过合理设置坐标、方向和填充色，确保阴阳图流畅对称且符合传统样式？

Answer 1

如何使用Python的turtle模块绘制标准阴阳太极图

1. 基础结构与turtle模块核心方法解析

在开始绘制前，需理解turtle模块的基本绘图机制。turtle通过“海龟”在坐标系中移动来绘制图形，关键方法包括：

• turtle.forward(d)：向前移动d像素
• turtle.right(angle)：右转angle度
• turtle.circle(radius, extent=None)：以当前点为切点画圆弧，radius为半径，extent为角度范围
• turtle.fillcolor(color)：设置填充色
• turtle.begin_fill() 和 turtle.end_fill()：定义填充区域
• turtle.penup() 与 turtle.pendown()：控制是否绘制轨迹

这些是构建复杂图形的基础，尤其circle()方法在太极图中用于绘制半圆“鱼身”。

2. 太极图的几何构成分析

传统太极图由以下元素构成：

元素	描述	比例关系
外圆	整体轮廓	直径设为400
阴阳分界线	S形曲线，由两个半圆组成	对称分布于垂直轴两侧
黑区（阴）	下半部顺时针半圆填充黑色	占左半圆上部
白区（阳）	上半部逆时针半圆填充白色	占右半圆下部
鱼眼	黑中有白眼，白中有黑眼	直径为外圆1/10，即40

若比例失调，常因未按标准比例设定半径或起始角度偏差所致。

3. 常见问题与调试策略

在实际编码中，开发者常遇到以下典型问题：

1. 图形不对称：因circle()起始方向错误，未重置海龟朝向
2. 填充不完整：未正确调用begin_fill()和end_fill()
3. 多余线条：忘记使用penup()/pendown()切换
4. fillcolor未生效：颜色设置顺序错误，应在begin_fill()前设定
5. 鱼眼偏移：坐标计算未基于主圆半径的1/4位置

这些问题可通过精确坐标控制和逻辑分块解决。

4. 完整实现代码示例

import turtle

def draw_yinyang():
    t = turtle.Turtle()
    t.speed(5)
    t.width(2)
    
    # 绘制外圆
    t.penup()
    t.goto(0, -200)
    t.pendown()
    t.fillcolor('white')
    t.begin_fill()
    t.circle(200)
    t.end_fill()

    # 左侧黑色上半鱼
    t.penup()
    t.goto(0, 0)
    t.setheading(90)
    t.pendown()
    t.fillcolor('black')
    t.begin_fill()
    t.circle(100, 180)
    t.circle(-100, 180)
    t.end_fill()

    # 右侧白色下半鱼（留空，通过黑色覆盖实现）
    t.penup()
    t.goto(0, 0)
    t.setheading(-90)
    t.pendown()
    t.fillcolor('white')
    t.begin_fill()
    t.circle(100, 180)
    t.circle(-100, 180)
    t.end_fill()

    # 黑鱼中的白眼
    t.penup()
    t.goto(0, 160)
    t.pendown()
    t.fillcolor('white')
    t.begin_fill()
    t.circle(20)
    t.end_fill()

    # 白鱼中的黑眼
    t.penup()
    t.goto(0, -160)
    t.pendown()
    t.fillcolor('black')
    t.begin_fill()
    t.circle(20)
    t.end_fill()

    t.hideturtle()

# 启动绘制
screen = turtle.Screen()
screen.setup(500, 500)
draw_yinyang()
turtle.done()

该代码确保了对称性、填充完整性及鱼眼精准定位。

5. 流程图：太极图绘制逻辑分解

graph TD
    A[初始化海龟与画布] --> B[绘制外圆并填充白色]
    B --> C[定位至中心，绘制左侧黑色“鱼”]
    C --> D[使用两个半圆形成S形边界]
    D --> E[填充黑色区域]
    E --> F[绘制右侧白色“鱼”反向填充]
    F --> G[绘制黑鱼中的白眼]
    G --> H[绘制白鱼中的黑眼]
    H --> I[隐藏海龟，完成]

流程图清晰展示了各步骤间的依赖与执行顺序。

6. 高级优化建议

为提升可维护性与扩展性，可引入以下改进：

• 将半径设为参数变量，便于缩放
• 封装“画鱼”函数，复用左右部分逻辑
• 使用setheading()明确方向，避免累积旋转误差
• 在关键节点插入print(t.pos(), t.heading())辅助调试
• 考虑使用turtle.tracer(0)关闭动画，提升绘制效率

例如，可重构为：

def draw_half_fish(t, radius, color, eye_offset):
    t.setheading(90 if eye_offset > 0 else -90)
    t.fillcolor(color)
    t.begin_fill()
    t.circle(radius, 180)
    t.circle(-radius, 180)
    t.end_fill()