Python Turtle Graphics: Ein spielerischer Weg, die Grundlagen zu lernen

Turtle-Grafiken sind eine der unterhaltsamsten Methoden, um Python zu lernen. Es ist ein einfaches Python-Skript, mit dem du künstlerische Grafiken und Animationen erstellen kannst, indem du einer Schildkröte "befiehlst", sich auf dem Bildschirm zu bewegen. Die Turtle-Grafik, die ursprünglich dazu gedacht war, jüngeren Lernenden das Programmieren beizubringen, hat an Beliebtheit gewonnen, da sie Anfängern die Möglichkeit bietet, praktische Erfahrungen mit Programmierideen zu sammeln.

Mit Turtle kannst du von einfachen Formen bis hin zu anspruchsvollen geometrischen Mustern alles bauen und dabei die Grundlagen von Python wie Schleifen, Funktionen und Bedingungen lernen. Egal, ob du neu im Programmieren bist oder deine Fähigkeiten nutzen willst, um etwas Kreatives zu machen, turtle graphics ist hier, um dir zu helfen. 

In diesem Artikel stellen wir dir die Grundlagen der Schildkrötengrafik vor und zeigen dir, wie du einige spannende Projekte erstellst. Wir schaffen die Grundlage für komplexere Designs, von einfachen Quadraten bis hin zu komplizierten Spiralen. Neben dem Herumspielen mit Schildkrötengrafiken ist unser Kurs "Einführung in Python " eine gute Ergänzung, um deine Fähigkeiten weiter zu verbessern. 

Was ist Turtle Graphics in Python?

Turtle Graphics ist ein Python-Modul, mit dem du zeichnen und animieren kannst, indem du eine virtuelle "Schildkröte" auf dem Bildschirm steuerst. Es bietet eine intuitive und unterhaltsame Art, mit dem Code zu interagieren. Du kannst der Schildkröte Befehle wie "vorwärts gehen", "nach links gehen" oder "einen Kreis zeichnen" geben und ihre Antwort in Echtzeit sehen.

Die "Schildkröte" in Turtle Graphics ist ein Cursor oder Stift, der sich auf der Grundlage deiner Befehle über den Bildschirm bewegt. Wenn er vorankommt, kann er eine Spur hinterlassen und Linien, Formen oder kompliziertere Zeichnungen als Antwort auf deine Befehle erstellen. Die Idee dahinter ist, dass das visuelle Feedback das Erlernen grundlegender, aber wichtiger Programmierprinzipien erleichtert. Insbesondere kannst du etwas über Schleifen (um Formen zu wiederholen), Funktionen (um wiederverwendbaren Code zu erstellen) und Bedingungen (um zu entscheiden, was Turtle als nächstes tun soll) lernen. Wenn wir zum Beispiel einen Stern zeichnen wollen, könnten wir eine Schleife verwenden, um die Vorwärts- und Drehbewegungen der Schildkröte viermal zu wiederholen. Da turtle graphics Teil der Standard-Python-Bibliothek ist, sind keine zusätzlichen Installationen erforderlich.

import turtle 

star = Turtle.Turtle() 

star.right(75) 
star.forward(100) 

for i in range(4): 
	star.right(144) 
	star.forward(100) 
	
turtle.done() 

Zeichne einen Stern mit Schildkrötengrafik. Bild vom Autor

Typische Verwendungszwecke von Turtle Graphics

Das Zeichnen von Formen und Mustern mit Schildkrötengrafiken ist ziemlich unterhaltsam und hat viele praktische Anwendungsmöglichkeiten, besonders im Unterricht. Hier sind ein paar typische Anwendungen:

Einführende Programmierkonzepte unterrichten

Turtle-Grafiken sind ein beliebtes Werkzeug, um grundlegende Programmierkonzepte in Tutorien und im Unterricht zu vermitteln. Für Anfänger ist das Programmieren weniger beängstigend, da die Methode einfach und sichtbar ist. Im Folgenden werden wir uns einige ausführlichere Beispiele ansehen.

Zeichnungen und Animationen erstellen

Mit Schildkrötengrafiken kannst du komplizierte Muster und Animationen erstellen oder einfache Formen wie Quadrate und Kreise. Du kannst mit einfachen Designs beginnen und dich zu komplexeren Designs hocharbeiten. Du kannst auch die Bewegung der Schildkröte, die Richtung, die Strichstärke und die Farbe anpassen.

Spiele oder interaktive Projekte entwerfen

Schildkrötengrafiken können verwendet werden, um einfache interaktive Projekte oder Spiele zu erstellen. Du kannst einfache Spiele wie einen Irrgartenlöser oder ein einfaches Pong-Spiel erstellen, indem du Turtle-Befehle mit menschlichen Eingaben (wie Mausklicks oder Tastatureingaben) kombinierst.

Algorithmen visualisieren

Es mag überraschen, dass Schildkrötengrafiken tatsächlich gut für die Visualisierung von Algorithmen geeignet sind. Du kannst damit Sortieralgorithmen, Fraktale oder rekursive Muster demonstrieren.

Allgemeine Turtle Graphics Python-Befehle 

Machen wir uns mit einigen grundlegenden Schildkrötengrafik-Befehlen vertraut, damit du deine ersten Designs erstellen kannst. Wir beginnen mit den einfachsten Operationen, um die Bewegung und das Zeichnen der Schildkröte zu steuern.

1. Schildkröte importieren  

Bevor du zeichnen kannst, musst du das Turtle-Grafikmodul mit diesem Befehl importieren. Sie ermöglicht dir den Zugriff auf alle Schildkrötenfunktionen.

import turtle

2. turtle.forward()

Dieser Befehl bewegt die Schildkröte um eine bestimmte Anzahl von Einheiten vorwärts, in diesem Fall um 100 Einheiten. Die Schildkröte zieht eine Linie, während sie sich bewegt.

turtle.forward(100)

3. turtle.right()

Die Schildkröte dreht sich um 90 Grad nach rechts, bewegt sich aber nicht, was nützlich ist, um vor der nächsten Bewegung die Richtung zu ändern.

turtle.right(90)

4. Schildkröte. Kreis()

Dieser Befehl zeichnet einen Kreis mit einem Radius von 50 Einheiten. Du kannst den Radius ändern, um größere oder kleinere Kreise zu zeichnen.

turtle.circle(50)

5. turtle.penup()

Dadurch wird der Stift angehoben, sodass sich die Schildkröte bewegt, ohne etwas zu zeichnen. Es ist hilfreich, die Schildkröte neu zu positionieren, ohne eine Spur zu hinterlassen.

turtle.penup()

6. turtle.pendown()

Dadurch wird der Stift abgesenkt, sodass die Schildkröte nach einem penup() Befehl wieder mit dem Zeichnen beginnen kann.

turtle.pendown()

Beispiele für Turtle Graphics Python-Projekte

Kommen wir nun zu einigen echten Python-Schildkröten-Grafikbeispielen, die du selbst ausprobieren kannst. Kopiere einfach den mitgelieferten Code und füge ihn ein, um loszulegen, und passe ihn dann an deine eigene Ästhetik an.

Einfache Formen

Ich empfehle, mit einfachen Formen wie Quadraten und Dreiecken zu beginnen. Bei diesen Formen wird die Schildkröte vorwärts bewegt und in bestimmten Winkeln gedreht.

import turtle

t = turtle.Turtle()

for _ in range(4):
    t.forward(100)
    t.right(90)

turtle.done()

Zeichne ein Quadrat mit einer Schildkrötengrafik. Bild vom Autor

Geometrische Muster 

Geometrische Muster können durch die Wiederholung einfacher Formen mit Schleifen erstellt werden. Mit Schleifen und Funktionen kannst du Designs wie Spiralen oder Sterne erzeugen. Muster wie diese zeigen, wie Wiederholungen und Symmetrie aus Einfachheit Komplexität schaffen.

import turtle

t = turtle.Turtle()

for _ in range(36):
    for _ in range(5):
        t.forward(100)
        t.right(144)
    t.right(10)

turtle.done()

Zeichne ein spiralförmiges Sternenmuster mit Schildkrötengrafiken. Bild vom Autor

Der Schlüssel dazu ist, mit der Anzahl der Schleifen und den Winkeln zu experimentieren, um zu sehen, wie sich die Muster entwickeln. Wenn du die Parameter anpasst, kannst du endlose Variationen kreieren.

Fraktale und rekursive Muster  

Fraktale sind rekursive Muster, die sich in verschiedenen Maßstäben wiederholen. Sie sind eine selbstähnliche Form, was bedeutet, dass sie in jedem Maßstab gleich aussehen und einen unendlichen Umfang innerhalb einer endlichen Fläche haben können. Fraktale sind gut geeignet, um die Idee der Rekursion zu lernen. Ein berühmtes Fraktal in der Schildkrötengrafik ist das Sierpiński-Dreieckeine Reihe von kleineren Dreiecken, die ein größeres Dreieck bilden.

import turtle

def sierpinski(t, order, size):
    if order == 0:
        for _ in range(3):
            t.forward(size)
            t.left(120)
    else:
        sierpinski(t, order-1, size/2)
        t.forward(size/2)
        sierpinski(t, order-1, size/2)
        t.backward(size/2)
        t.left(60)
        t.forward(size/2)
        t.right(60)
        sierpinski(t, order-1, size/2)
        t.left(60)
        t.backward(size/2)
        t.right(60)

t = turtle.Turtle()
sierpinski(t, 3, 200)
turtle.done()

Zeichne ein Sierpinksi-Dreieck mit Schildkrötengrafik. Bild vom Autor

Interaktive Zeichnungen

Du kannst die Bewegungen der Schildkröte auch mit der Tastatur oder der Maus steuern, was für ein noch dynamischeres Erlebnis sorgt. Du kannst Projekte wie ein digitales Etch-A-Sketch erstellen, bei dem du die Schildkröte mit Pfeiltasten steuerst, um auf dem Bildschirm zu zeichnen. Du kannst den folgenden Code auch erweitern, indem du Optionen hinzufügst, um Farben zu ändern oder den Bildschirm zu löschen.

import turtle

t = turtle.Turtle()

def move_up():
    t.setheading(90)
    t.forward(10)

def move_down():
    t.setheading(270)
    t.forward(10)

def move_left():
    t.setheading(180)
    t.forward(10)

def move_right():
    t.setheading(0)
    t.forward(10)

screen = turtle.Screen()
screen.listen()
screen.onkey(move_up, "Up")
screen.onkey(move_down, "Down")
screen.onkey(move_left, "Left")
screen.onkey(move_right, "Right")
screen.mainloop()

Kreative Entwürfe

Schildkrötengrafiken sind nicht auf Formen und Muster beschränkt. Durch die Kombination von Schleifen, Rekursionen und Bedingungen können einzigartige und schöne Designs entstehen. Künstlerische Kreationen wie Mandalas oder abstrakte Formen sind mit etwas Übung machbar. In diesem Beispiel zeichnet die Schildkröte ein buntes Mandala-Muster, indem sie ständig die Richtung und die Farbe ändert.

import turtle

t = turtle.Turtle()
t.speed(0)

colors = ['red,' 'purple,' 'blue,' 'green,' 'orange,' 'yellow']

for x in range(360):
    t.pencolor(colors[x % 6])
    t.width(x // 100 + 1)
    t.forward(x)
    t.left(59)

turtle.done()

Zeichne ein Mandala mit einer Schildkrötengrafik. Bild vom Autor

Tipps für den Einstieg in die Schildkrötengrafik

Hier sind einige Tipps, wie du die Python-Schildkrötengrafik am effektivsten nutzen kannst:

• Beginne mit einfachen Formen: Zeichne Grundformen wie Quadrate und Kreise. Das hilft dir zu verstehen, wie Schildkrötenbewegungen funktionieren und gibt dir eine solide Grundlage für komplexere Designs.

• Experimentiere mit Farben und Stiftgröße: Mit der Schildkrötengrafik kannst du die Stiftgröße, die Geschwindigkeit und die Farbe der Schildkröte ändern. Verwende Turtle. pensize(), Turtle. Speed() und Turtle. Color(), um deine Zeichnungen interessanter zu gestalten.

• Verwende Schleifen und Funktionen: Schleifen werden verwendet, um effizient sich wiederholende Muster zu erstellen. Anstatt manuell Code zu schreiben, um dieselben Formen mehrmals zu zeichnen, kannst du Schleifen und Funktionen verwenden, um sich wiederholende Aktionen zu automatisieren und komplexe Designs mit weniger Codezeilen zu erstellen.

• Erkunde die Dokumentation: Das Schildkrötenmodul hat zahlreiche Befehle, die über die Grundbewegungen hinausgehen. Tauche in die Dokumentation ein, um Funktionen wie Formen, Stempel und fortgeschrittene Zeichentechniken zu entdecken. Du wirst überrascht sein, was du alles schaffen kannst!

Fazit

Neben den Formen, die wir in diesem Artikel erstellt haben - Quadrate, Sterne, Spiralen und das Sierpiński-Dreieck - kannst du mit Schildkrötengrafiken auch mit anderen Formen experimentieren, z. B. mit Fünfecken oder komplexen Blumenmustern. Wenn du an Selbstvertrauen gewinnst, wächst die Schildkrötengrafik mit dir und ermöglicht es dir, immer schwierigere Projekte in Angriff zu nehmen. Experimentiere weiter und probiere neue Ideen aus. Und vergiss nicht, den nächsten Schritt zu machen, indem du unseren Python-Einführungskurs ausprobierst, um deine Fähigkeiten weiter zu verbessern!