create-visualization

用途

该技能面向 STEM 教学场景，用于生成静态图表与动画，帮助解释物理、数学等概念。同时提供一套为 Excel/DAX/Power Query 函数生成解释性可视化图片的流程。

主要能力

1. 物理：受力分析图（Free Body Diagrams）

使用 Matplotlib，脚本位于 scripts/physics_fbd.py。

示例代码：

from scripts.physics_fbd import draw_inclined_plane_fbd, draw_two_blocks_rope

# 斜面与力的分解
draw_inclined_plane_fbd(mass=4, angle=30, show_components=True)

# 两物块由绳子连接
draw_two_blocks_rope(mass_A=2, mass_B=3, F_pull=10)

输出：PNG 文件，保存在 learning-notes/ 文件夹。

2. 数学：函数图与几何

使用 Matplotlib，脚本位于 scripts/math_plots.py。

示例代码：

from scripts.math_plots import plot_function, draw_unit_circle, draw_coordinate_plane
import numpy as np

# 函数图
plot_function(lambda x: np.sin(x), x_range=(-2*np.pi, 2*np.pi), title="sin(x)")

# 带角度的单位圆
draw_unit_circle(angles_deg=[0, 30, 45, 60, 90])

# 带向量的坐标平面
draw_coordinate_plane(
    vectors=[((0,0), (3,2), "a", "red"), ((0,0), (1,4), "b", "blue")]
)

3. 流程图

使用 Matplotlib，脚本位于 scripts/flowchart.py。

示例代码：

from scripts.flowchart import draw_simple_flowchart, draw_decision_flowchart

# 线性流程
draw_simple_flowchart([
    ("Start", "start"),
    ("Input x", "io"),
    ("Process", "process"),
    ("End", "end"),
])

# 分支判断
draw_decision_flowchart(
    before_decision=[("Start", "start")],
    decision_text="x > 0?",
    yes_branch=[("Positive", "process")],
    no_branch=[("Negative", "process")],
    after_merge=[("End", "end")]
)

4. 动画（Manim）

用于 3Blue1Brown 风格动画，完整指南见 references/manim-guide.md。

scripts/manim_physics.py 中可用的场景：

场景	说明
VectorAddition	首尾相接的向量加法
ForcesOnBox	带运动的受力分析图
NewtonThirdLaw	作用力与反作用力对
InclinedPlane	斜面上的力与方程
ProjectileMotion	抛物线轨迹与速度向量
CircularMotion	向心加速度
AtwoodIncline	滑轮系统（可自定义 m1、m2、θ）

渲染命令：

# 预览（低画质，快速）
manim -pql scripts/manim_physics.py VectorAddition

# GIF 输出
manim -ql --format=gif scripts/manim_physics.py VectorAddition

自定义动画示例：

from manim import *

class MyScene(Scene):
    def construct(self):
        circle = Circle(color=BLUE)
        self.play(Create(circle))
        self.play(circle.animate.shift(RIGHT * 2))

5. 函数解释可视化

用于生成解释 Excel/DAX/Power Query 函数工作方式的图片。

快速开始：

# 1. 生成可视化
python3 tools/visualize_function.py excel left 1

# 2. 上传到服务器（--mkdir 在需要时创建目录）
python3 tools/ftp_upload.py -f media/function-viz/excel/left-1.png -r wp-content/uploads/function-viz/excel/ --mkdir

# 3. 在 JSON 示例中添加 image_url，然后发布
python3 tools/smart_publish.py --slugs left --program excel --allow

输出：media/function-viz/{program}/{slug}-{example_number}.png 服务器路径：https://www.thepexcel.com/wp-content/uploads/function-viz/{program}/{slug}-{example}.png

支持的函数：

函数	说明
LEFT	从左侧提取字符
RIGHT	从右侧提取字符
MID	从中间提取字符
FIND	查找文本位置
SUBSTITUTE	替换文本

工作流：

生成 — python3 tools/visualize_function.py {program} {slug} {example_num}
上传 — python3 tools/ftp_upload.py -f {file} -r wp-content/uploads/function-viz/{program}/ --mkdir
更新 JSON — 在 example 中添加 "image_url": "https://..."
发布 — python3 tools/smart_publish.py --slugs {slug} --program {program} --allow

自定义可视化（嵌套函数）：对于复杂公式，例如 =LEFT(A1, FIND(" ", A1)-1)，需要单独编写脚本，示例见 media/function-viz/excel/left-5-custom.py。注意：主脚本仅支持包含字符串字面量的简单公式。

使用方式

选择工具 — 静态图用 Matplotlib，动画用 Manim。
运行脚本 — python3 scripts/physics_fbd.py 或 manim -pql ...
查看输出 — explorer.exe output.png 或使用图片查看器。

提示：查看器可使用 run_in_background=true，避免阻塞对话。

适用场景

物理教学中的受力分析、向量、运动学演示。
数学函数绘图、单位圆、坐标平面与向量。
算法或流程的流程图绘制。
需要动态演示的 STEM 概念动画。
Excel/DAX/Power Query 函数用法的可视化说明。

限制

函数解释可视化的主脚本仅支持包含字符串字面量的简单公式，嵌套函数需自行编写脚本。
其他限制暂未提供。

技能介绍

用途

主要能力

1. 物理：受力分析图（Free Body Diagrams）

2. 数学：函数图与几何

3. 流程图

4. 动画（Manim）

5. 函数解释可视化

使用方式

适用场景

限制

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