Camera 基类与扩展¶

前面所有场景类本质上都是在 Scene 上换不同的摄像机：ThreeDScene 换 ThreeDCamera，MovingCameraScene 换 MovingCamera，ZoomedScene 换 MultiCamera。本节解剖这个公共基类 Camera，以及三个较少用但值得知道的扩展。

Camera¶

Camera(background_image=None, frame_center=array([0., 0., 0.]), image_mode='RGBA', n_channels=4, pixel_array_dtype='uint8', cairo_line_width_multiple=0.01, use_z_index=True, background=None, pixel_height=None, pixel_width=None, frame_height=None, frame_width=None, frame_rate=None, background_color=None, background_opacity=None, **kwargs) 官方文档 ↗

Camera 负责两件事：定义取景范围（帧坐标系）与像素网格（像素坐标系）的对应关系，以及把 mobject 渲染进像素数组。

Camera(
    background_image: str | None = None,
    frame_center: Point3D = ORIGIN,
    image_mode: str = "RGBA",
    n_channels: int = 4,
    pixel_array_dtype: str = "uint8",
    cairo_line_width_multiple: float = 0.01,
    use_z_index: bool = True,
    background: PixelArray | None = None,
    pixel_height: int | None = None,
    pixel_width: int | None = None,
    frame_height: float | None = None,
    frame_width: float | None = None,
    frame_rate: float | None = None,
    background_color: ParsableManimColor | None = None,
    background_opacity: float | None = None,
    **kwargs,
)

name	type	default	desc
`frame_center`	Point3D	ORIGIN	帧坐标系原点对准的空间点
`frame_height` / `frame_width`	float \| None	None	取景范围（画面单位），None 时取 `config`（默认 8 × 14.22）
`pixel_height` / `pixel_width`	int \| None	None	输出像素尺寸，None 时取 `config`（`-qm` 为 720×1280）
`pixel_array_dtype`	str	uint8	像素数组数据类型
`use_z_index`	bool	True	是否按 z_index 排序渲染

帧坐标系与像素坐标系¶

摄像机用两组尺寸把“画面单位”换算成“像素”：

帧坐标系：以 frame_center 为中心，frame_height/frame_width 为可见范围（默认 16:9 时高 8、宽 8×16/9≈14.22）
像素坐标系：pixel_height×pixel_width 的数组；像素 y 轴向下增长（数组行号），而帧坐标 y 轴向上增长

换算关系：空间点 p 的像素横坐标 = (p.x - center.x) / frame_width * pixel_width + pixel_width/2，纵坐标方向相反。Camera 提供的换算工具：

points_to_subpixel_coords(mobject, points) —— 空间点 → 亚像素坐标（float）
points_to_pixel_coords(mobject, points) —— 空间点 → 整数像素坐标（(N, 2) 数组）
get_coords_of_all_pixels() —— 全部像素对应的帧坐标
is_in_frame(mobject_or_point) / on_screen_pixels(...) —— 可见性判断
reset_pixel_shape(pixel_height, pixel_width) / resize_frame_shape(fixed_dimension) —— 改变像素尺寸时保持比例

三个点旁边的标注是 points_to_pixel_coords 换算出的像素坐标：ORIGIN 对应画面正中心 (640, 360)，y 向上会让像素行号变小。

查看源码 camera_pixel_coords.py

from manim import *


class PixelCoords(Scene):
    def construct(self):
        dots = VGroup(Dot(ORIGIN), Dot(RIGHT * 3 + UP * 2), Dot(LEFT * 4 + DOWN * 2.5))
        labels = VGroup()
        for d in dots:
            x, y = self.camera.points_to_pixel_coords(d, [d.get_center()])[0]
            labels.add(Text(f"({x:.0f}, {y:.0f})", font_size=20).next_to(d, UP))
        self.add(dots, labels)
        self.wait(0.5)

convert_pixel_array¶

convert_pixel_array(pixel_array) 把 0–1 浮点像素数组转成 0–255 的 uint8 RGB 值（乘以 rgb_max_val 后按 pixel_array_dtype 取整），是渲染输出前的最后一步。

版本说明

v0.21.0 破坏性变更：Camera.convert_pixel_array() 的 convert_from_floats 参数已移除（本机核实当前签名为 convert_pixel_array(pixel_array)，函数体无条件做浮点→整数转换）。旧代码若写 convert_pixel_array(arr, convert_from_floats=True/False) 需删掉第二个参数；不再需要转换时改为直接使用原数组。

get_image¶

get_image(pixel_array=None) -> PIL.Image 把像素数组转成 PIL 图像，便于截图、后处理或保存自定义背景。

MappingCamera¶

MappingCamera(mapping_func=<function MappingCame…, min_num_curves=50, allow_object_intrusion=False, **kwargs) 官方文档 ↗

MappingCamera 在渲染前对所有点应用一个自定义映射函数，可做出局部扭曲、放大、反演等特效。

MappingCamera(
    mapping_func=<恒等映射>,
    min_num_curves=50,
    allow_object_intrusion=False,
    **kwargs,
)

name	type	default	desc
`mapping_func`	Callable	恒等	对显示点施加的映射 `(x, y, z) -> (x', y', z')`
`min_num_curves`	int	50	映射前把曲线细分的最小段数，保证弯曲效果平滑
`allow_object_intrusion`	bool	False	是否允许物体侵入被映射区域

class WarpScene(Scene):
    def __init__(self, **kwargs):
        super().__init__(
            camera_class=lambda **kw: MappingCamera(
                mapping_func=lambda p: p * np.exp(-np.linalg.norm(p) ** 2 / 8),
                **kw,
            ),
            **kwargs,
        )

提示

自定义 camera_class 时若需要额外构造参数，用 lambda **kw: MyCamera(..., **kw) 包装，因为渲染器只会以关键字形式传入 camera_config。

SplitScreenCamera¶

SplitScreenCamera(left_camera, right_camera, **kwargs) 官方文档 ↗

把两台摄像机左右拼接成一块画面（左相机占左半、右相机占右半）。

SplitScreenCamera(left_camera, right_camera, **kwargs)

典型用途：同一 mobject 列表用两种不同视角/映射同时展示。注意左右两台相机需要预先自行构造。

OldMultiCamera¶

OldMultiCamera(*cameras_with_start_positions, **kwargs) 官方文档 ↗

SplitScreenCamera 的父类，接受任意多台摄像机及各自的起始位置，是更通用的“多机位”基类。名字里的 “Old” 是历史遗留——它仍受支持，但新代码若只需画中画，优先用 MultiCamera（见上一节）。

OldMultiCamera(*cameras_with_start_positions, **kwargs)

常见错误与建议¶

常见错误

像素坐标不是“中心为原点、向上为正”。像素数组的 (0, 0) 在左上角且 y 向下；做像素级计算时务必用 points_to_pixel_coords 换算，不要手推公式后忘记翻转 y。

常见错误

Camera 的 frame_width 默认按 16:9 由 frame_height 推出；用自定义分辨率（如 -r 1000,1000 方形）时，如需精确控制取景范围，请显式传 frame_width 与 frame_height，不要假设宽是高的 16/9。

版本说明

本节签名与 convert_pixel_array 参数移除均基于 manim 0.21.0 本机 inspect 核实。

自测¶

下一步¶

摄像机决定“怎么看”，渲染器决定“怎么画”。最后一节对比 Cairo 与 OpenGL 两个渲染器：能力差异、性能特征与选型建议。