news 2026/6/10 15:32:10

Manim进阶:用背景图片让你的数学视频脱颖而出

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张小明

前端开发工程师

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Manim进阶:用背景图片让你的数学视频脱颖而出

做Manim动画久了,你是否厌倦了那万年不变的黑色虚空?

很多初学者(甚至老手)都想给动画加个背景图,但往往会遇到两个问题:

怎么加? 是把图片放进去,还是设置相机?

看不清! 背景花里胡哨,前面的文字公式瞬间“隐身”了。

今天,我们就来揭开Manim动画中一个简单却强大的技巧--为动画添加背景。

通过几个小示例,分别演示两种完全不同的背景处理思路。

1. 舞台布景法

使用ImageMobject类,这是最直观、最常用的方法。

它的逻辑是:背景图片只是舞台上的一个普通演员,只是它长得特别大,而且站得特别靠后。

这种方式的特点是:

高度灵活:背景就是个对象(Mobject),所以它可以动!你可以让背景旋转、平移、缩放,甚至改变颜色。

层级管理:需要手动把它的 z_index 设低,或者最先添加它。

下面的第一个示例中,实现一个简单的动态背景,操作背景和操作一般的Mobject是一样的。

class Method1ImageMobject(Scene):

def construct(self):

# 1. 加载图片(确保这个图片是存在的)

bg = ImageMobject("./assets/紫色梦幻星空.jpg")

# 2. 核心操作:撑满屏幕并允许超出

# 我们把高度设为屏幕高度的 2 倍,这样才有移动的空间

bg.scale_to_fit_height(config.frame_height * 2)

# 3. 核心操作:放到最底层

bg.set_z_index(-100)

self.add(bg)

# 前景物体

text = Text("方法一:ImageMobject", font_size=40, color=WHITE)

sub = Text("背景可以动!", font_size=24, color=YELLOW).next_to(text, DOWN)

self.play(Write(text), FadeIn(sub))

# 4. 演示优势:让背景缓慢移动

self.play(bg.animate.shift(LEFT * 2), rate_func=linear)

self.play(bg.animate.shift(UP * 2), rate_func=linear)

self.play(bg.animate.shift(RIGHT * 2), rate_func=linear)

self.play(bg.animate.shift(DOWN * 2), rate_func=linear)

self.wait()

下面的示例也很简单,就是显示一段简单的公式。

不过,大家可以比较看看,相比于默认的黑色背景,加一个学校的黑板背景,是不是更有亲和力?

class Method2ImageMobject(Scene):

def construct(self):

# 1. 加载图片

bg = ImageMobject("./assets/黑板.jpg")

# 2. 调整大小铺满屏幕

bg.scale_to_fit_height(config.frame_height)

bg.scale_to_fit_width(config.frame_width)

# 3. 核心操作:放到最底层

bg.set_z_index(-100)

self.add(bg)

# 前景物体

math = MathTex(r"\int_0^\infty e^{-x^2} dx = \frac{\sqrt{\pi}}{2}")

self.play(Write(math))

2. 主角光环法

除了上面两种,还有一种比较特殊的方式,也就是BackgroundColoredVMobjectDisplayer类。

它是一个负责渲染的类,专门处理一种特殊情况:当物体拥有“背景色描边”时,如何遮挡住它背后的东西。

我们通过 set_background_stroke() 来调用这个机制。

严格来说不是 “设置全屏背景”,而是 “给物体加一个局部背景(Matte)”,这是在花哨背景下生存的必备技能。

它的特点是:

局部遮挡:在文字或公式周围生成一圈不透明的轮廓。

增强对比:专门用于解决“背景太花,文字看不清”的问题。

下面的示例故意构造了一个混乱的背景,然后比较看看,这两个一样的公式,是不是加了局部背景的公式更加清晰。

class ReadableFormulaOnImage(Scene):

def construct(self):

# 1. 先设置一个很花的背景(这里为了演示,我们用随机噪点模拟一张复杂的图)

# 实际使用中,请换成你的 image.jpg

noise = Rectangle(width=16, height=10)

noise.set_fill(color=[BLUE, RED, GREEN, YELLOW], opacity=0.5)

# 把它搞得乱一点

for _ in range(20):

line = Line(

start=[np.random.uniform(-7, 7), np.random.uniform(-4, 4), 0],

end=[np.random.uniform(-7, 7), np.random.uniform(-4, 4), 0],

color=random_color(),

stroke_width=5,

)

self.add(line)

self.add(noise)

# 2. 普通的文字(在花背景下很难看清)

bad_text = MathTex(r"\frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}")

bad_text.shift(UP)

# 3. 【核心技巧】使用 BackgroundColoredVMobject 机制

# set_background_stroke 会给文字加一层“描边”

# 这层描边是不透明的,会利用 Displayer 类遮挡住背景!

good_text = MathTex(r"\frac{-b \pm \sqrt{b^2 - 4ac}}{2a}")

good_text.set_background_stroke(color=BLACK, width=8) # 黑色描边,宽度设大一点

good_text.shift(DOWN)

# 动画演示对比

self.play(Write(bad_text))

self.play(Write(good_text)) # 清晰可见!

self.wait()

3. 两种方式比较

两种方式各有自己的应用场景,对比如下:

特性 舞台布景法 主角光环法

本质 场景中的一个巨大物体 物体自身的描边属性

主要用途 动态背景、视差滚动、多层背景 高亮主体、对抗花哨背景

动画能力 ⭐⭐⭐⭐⭐ (极强) ⭐⭐⭐ (跟随物体运动)

代码复杂度 中 (需手动调大小/层级) 低 (一行设置)

文档对应 Mobject类 BackgroundColoredVMobjectDisplayer

最佳场景 漂浮的云、移动的星空 字幕、复杂背景下的公式

4. 总结

简单来说,如果你想做一段电影感的片头,背景需要缓慢推移,请用 舞台布景法;

如果你发现文字看不清了,请使用 主角光环法 (set_background_stroke) 给文字加个 “光环”。

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