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第一部分 热身运动3

第1章 解析iTunes播放列表3

1.1 iTunes播放列表文件剖析3

1.2 所需模块5

1.3 代码5

1.3.1 查找重复5

1.3.2 提取重复6

1.3.3 查找多个播放列表中共同的音轨7

1.3.4 收集统计信息8

1.3.5 绘制数据8

1.3.6 命令行选项9

1.4 完整代码10

1.5 运行程序13

1.6 小结14

1.7 实验14

第2章 万花尺15

2.1 参数方程16

2.1.1 万花尺方程17

2.1.2 海龟画图19

2.2 所需模块20

2.3 代码20

2.3.1 Spiro构造函数20

2.3.2 设置函数21

2.3.3 restart（）方法21

2.3.4 draw（）方法22

2.3.5 创建动画22

2.3.6 SpiroAnimator类23

2.3.7 genRandomParams（）方法24

2.3.8 重新启动程序24

2.3.9 update（）方法25

2.3.10 显示或隐藏光标25

2.3.11 保存曲线25

2.3.12 解析命令行参数和初始化26

2.4 完整代码27

2.5 运行万花尺动画32

2.6 小结33

2.7 实验33

第二部分 模拟生命37

第3章 Conway生命游戏37

3.1 工作原理38

3.2 所需模块39

3.3 代码40

3.3.1 表示网格40

3.3.2 初始条件41

3.3.3 边界条件41

3.3.4 实现规则42

3.3.5 向程序发送命令行参数43

3.3.6 初始化模拟43

3.4 完整代码44

3.5 运行模拟人生的游戏46

3.6 小结47

3.7 实验47

第4章 用Karplus-Strong算法产生音乐泛音49

4.1 工作原理51

4.1.1 模拟51

4.1.2 创建WAV文件52

4.1.3 小调五声音阶53

4.2 所需模块54

4.3 代码54

4.3.1 用deque实现环形缓冲区54

4.3.2 实现Karplus-Strong算法55

4.3.3 写WAV文件56

4.3.4 用pygame播放WAV文件56

4.3.5 main（）方法57

4.4 完整代码58

4.5 运行拨弦模拟61

4.6 小结62

4.7 实验62

第5章 类鸟群：仿真鸟群63

5.1 工作原理64

5.2 所需模块64

5.3 代码64

5.3.1 计算类鸟群的位置和速度65

5.3.2 设置边界条件66

5.3.3 绘制类鸟群67

5.3.4 应用类鸟群规则68

5.3.5 添加个体70

5.3.6 驱散类鸟群71

5.3.7 命令行参数71

5.3.8 Boids类71

5.4 完整代码72

5.5 运行类鸟群模拟75

5.6 小结76

5.7 实验76

第三部分 图片之乐79

第6章 ASCII文本图形79

6.1 工作原理80

6.2 所需模块81

6.3 代码81

6.3.1 定义灰度等级和网格82

6.3.2 计算平均亮度82

6.3.3 从图像生成ASCII内容83

6.3.4 命令行选项84

6.3.5 将ASCII文本图形字符串写入文本文件84

6.4 完整代码85

6.5 运行ASCII文本图形生成程序87

6.6 小结87

6.7 实验88

第7章 照片马赛克89

7.1 工作原理90

7.1.1 分割目标图像90

7.1.2 平均颜色值91

7.1.3 匹配图像91

7.2 所需模块92

7.3 代码92

7.3.1 读入小块图像92

7.3.2 计算输入图像的平均颜色值93

7.3.3 将目标图像分割成网格93

7.3.4 寻找小块的最佳匹配94

7.3.5 创建图像网格95

7.3.6 创建照片马赛克96

7.3.7 添加命令行选项97

7.3.8 控制照片马赛克的大小97

7.4 完整代码98

7.5 运行照片马赛克生成程序102

7.6 小结103

7.7 实验103

第8章 三维立体画105

8.1 工作原理106

8.1.1 感知三维立体画中的深度106

8.1.2 深度图108

8.2 所需模块109

8.3 代码109

8.3.1 重复给定的平铺图像109

8.3.2 从随机圆创建平铺图像110

8.3.3 创建三维立体画111

8.3.4 命令行选项112

8.4 完整代码113

8.5 运行三维立体画生成程序115

8.6 小结117

8.7 实验117

第四部分 走进三维121

第9章 理解OpenGL121

9.1 老式OpenGL122

9.2 现代OpenGL：三维图形管线124

9.2.1 几何图元124

9.2.2 三维变换125

9.2.3 着色器127

9.2.4 顶点缓冲区128

9.2.5 纹理贴图129

9.2.6 显示OpenGL129

9.3 所需模块130

9.4 代码130

9.4.1 创建OpenGL窗口130

9.4.2 设置回调131

9.4.3 Scene类133

9.5 完整代码137

9.6 运行OpenGL应用程序142

9.7 小结143

9.8 实验143

第10章 粒子系统145

10.1 工作原理146

10.1.1 为粒子运动建模147

10.1.2 设置最大范围147

10.1.3 渲染粒子149

10.1.4 利用OpenGL混合来创建更逼真火花149

10.1.5 使用公告板150

10.1.6 生成火花动画151

10.2 所需模块151

10.3 粒子系统的代码151

10.3.1 定义粒子的几何形状152

10.3.2 为粒子定义时间延迟数组153

10.3.3 设置粒子初始速度153

10.3.4 创建顶点着色器154

10.3.5 创建片段着色器156

10.3.6 渲染156

10.3.7 Camera类158

10.4 粒子系统完整代码158

10.5 盒子代码164

10.6 主程序代码166

10.6.1 每步更新这些粒子167

10.6.2 键盘处理程序168

10.6.3 管理主程序循环168

10.7 完整主程序代码169

10.8 运行程序172

10.9 小结172

10.10 实验172

第11章 体渲染173

11.1 工作原理174

11.1.1 数据格式174

11.1.2 生成光线175

11.1.3 显示OpenGL窗口177

11.2 所需模块178

11.3 项目代码概述178

11.4 生成三维纹理178

11.5 完整的三维纹理代码180

11.6 生成光线181

11.6.1 定义颜色立方体的几何形状182

11.6.2 创建帧缓冲区对象184

11.6.3 渲染立方体的背面185

11.6.4 渲染立方体的正面185

11.6.5 渲染整个立方体186

11.6.6 调整大小处理程序187

11.7 完整的光线生成代码187

11.8 体光线投射192

11.8.1 顶点着色器194

11.8.2 片段着色器194

11.9 完整的体光线投射代码196

11.10 二维切片199

11.10.1 顶点着色器201

11.10.2 片段着色器202

11.10.3 针对二维切片的用户界面202

11.11 完整的二维切片代码203

11.12 代码整合206

11.13 完整的主文件代码207

11.14 运行程序209

11.15 小结210

11.16 实验210

第五部分 玩转硬件215

第12章 Arduino简介215

12.1 Arduino216

12.2 Arduino生态系统217

12.2.1 语言218

12.2.2 IDE218

12.2.3 社区218

12.2.4 外设219

12.3 所需模块219

12.4 搭建感光电路219

12.4.1 电路工作原理219

12.4.2 Arduino程序220

12.4.3 创建实时图表221

12.5 Python代码222

12.6 完整的Python代码224

12.7 运行程序226

12.8 小结227

12.9 实验227

第13章 激光音乐秀229

13.1 用激光产生图案230

13.1.1 电机控制230

13.1.2 快速傅里叶变换232

13.2 所需模块233

13.2.1 搭建激光秀234

13.2.2 连接电机驱动器236

13.3 Arduino程序237

13.3.1 配置Arduino数字输出引脚238

13.3.2 主循环238

13.3.3 停止电机240

13.4 Python代码240

13.4.1 选择音频设备241

13.4.2 从输入设备读取数据241

13.4.3 计算数据流的FFT242

13.4.4 从FFT值提取频率信息243

13.4.5 将频率转换为电机速度和方向243

13.4.6 测试电机设置244

13.4.7 命令行选项245

13.4.8 手动测试245

13.5 完整的Python代码246

13.6 运行程序249

13.7 小结250

13.8 实验250

第14章 基于树莓派的天气监控器253

14.1 硬件254

14.1.1 DHT11温湿度传感器254

14.1.2 树莓派255

14.1.3 设置树莓派255

14.2 安装和配置软件256

14.2.1 操作系统257

14.2.2 初始配置257

14.2.3 Wi-Fi设置257

14.2.4 设置编程环境258

14.2.5 通过SSH连接259

14.2.6 Web框架Bottle259

14.2.7 用fLot绘制260

14.2.8 关闭树莓派261

14.3 搭建硬件262

14.4 代码263

14.4.1 处理传感器数据请求264

14.4.2 绘制数据264

14.4.3 update（）方法267

14.4.4 用于LED的JavaScript处理程序267

14.4.5 添加交互性268

14.5 完整代码269

14.6 运行程序272

14.7 小结273

14.8 实验273

附录A 软件安装275

附录B 基础实用电子学281

附录C 树莓派的建议和技巧289