ランダムドットパターンの運動と奥行き知覚（PyGame）

平面上のランダムなドットパターンは、適切な運動を与えると奥行きのある立体に見える。例えば、図１に示されているランダムドットパターンは、リスト１のプログラムで与えられる運動により、円筒に貼りつけられたドットが運動しているように見える。

図１

リスト１のスクリプトファイルは、圧縮ファイルullman_files.zipとしているが、ダウンロード展開すれば自由に利用できる。図１の画面において、キーGを押せば、ドットパターンは運動するが、キーSを押すと停止する。停止したドットパターンは、平面上のランダムドットパターンに見えるが、キーGを押して、ドットパターンが運動を始めると、円筒に貼りつけられたドットパーンの運動に見える。

リスト１のスクリプトでは、モジュールPyGameを利用しているが、PyGameのインストールはこのウェブサイトで説明しているように簡単である。

ランダムドットパターンは、次のコードで設定している。

n = 200

x_polar = np.random.rand(n) * np.pi * 2 # 横軸角度座標

y = np.random.rand(n) * 260 # 縦軸座標

縦軸の座標値は、一様乱数で与えているが、横軸は角度座標で与え、次のコードで横軸座標に変換している。

x = np.cos(x_polar) * 100 # 角度座標ー＞X軸座標

ランダムドット(x[i], y[j])は、次のコードで、中央黒画面内にプロットしている。

for i in range(n):

pg.draw.circle(screen, (0,255,255), (400 + x[i], 70 + y[i]), 4)

画面の更新後、角度座標値の更新を次のコードで行っている。すなわち、値をx_stepだけ増やした後、2πで割った余りを求めることにより、更新値が０から2πの範囲に収まるようにしている。

x_polar = (x_polar + x_step) % (np.pi * 2) # 角度座標の更新

角度座標の更新後、次のコードでキー押しのチェックを行い、対応する処理を行っている。キー押しのチェック後、10msのウェイトを置いて処理速度の調整を行っている。

for e in pg.event.get():

if e.type == pg.KEYDOWN:

if e.key == pg.K_q: # 「キーJ」が押されたか？

ck0 = False # While文の終了

elif e.key == pg.K_s:

x_step = 0 # 角度座標の更新量を0にする

elif e.key == pg.K_g:

x_step = 0.015 # 角度座標の更新量を0.015にする

pg.time.wait(10)

リスト１　ドットパターンの運動（Ullman.py）

import numpy as np

import pygame as pg

from pygame import font

pg.init()

screen = pg.display.set_mode(size=(800, 500)) # 画面の大きさ

pg.display.set_caption('Ullman')

screen.fill((255, 255, 255)) # 白背景

pg.draw.rect(screen, (0,0,0), (200, 50, 400, 300)) # 黒画面

# 表示文字列の作成と表示

msg = 'G: Go, S: Stop, Q: Quit'

my_font = pg.font.SysFont(None, 48)

img_msg = my_font.render(msg, True, (0, 0, 200), (255, 255, 255))

rect_msg = img_msg.get_rect()

screen.blit(img_msg, (400 - rect_msg.width//2, 500 - rect_msg.height*2))

pg.display.flip() # 描画の表示

n = 200

x_polar = np.random.rand(n) * np.pi * 2 # 横軸角度座標

y = np.random.rand(n) * 260 # 縦軸座標

x_step = 0.015 # 角度座標値のステップ値

ck0 = True

while ck0:

pg.draw.rect(screen, (0,0,0), (200, 50, 400, 300)) # 中央黒画面

screen.blit(img_msg, (400 - rect_msg.width//2, # 文字列表示

500 - rect_msg.height*2))

# ドットの描画