Code2Video:新加坡国立大学开源的代码驱动式一键自动教育视频生成框架

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一、Code2Video是什么?

Code2Video是由新加坡国立大学Show Lab团队开发的开源教育视频生成框架。其核心定位是通过代码驱动的方式,自动化完成教育类视频的全流程生成,解决传统教育视频制作中“耗时久、专业门槛高、可视化难度大”的痛点,尤其聚焦于数学、计算机科学等需要复杂公式与逻辑可视化的学科领域。

从本质来看,Code2Video并非简单的“视频剪辑工具”,而是一套“从内容生成到视觉呈现的端到端解决方案”——它通过与大语言模型(如GPT、Gemini)交互获取学科知识内容,自动规划视频结构,下载整合外部资源(如公式图片、学科图标),优化画面布局,并最终输出可直接使用的教育视频。该项目以MIT许可证开放源代码,允许开发者自由使用、修改、二次开发及商业应用(需保留原始版权声明)。

为更清晰理解Code2Video的定位,可通过下表对比传统教育视频制作与Code2Video生成模式的差异:

对比维度 传统教育视频制作 Code2Video生成模式
制作周期 数天至数周(需脚本撰写、拍摄、剪辑) 数小时(自动化流程,仅需配置主题)
专业门槛 需掌握视频剪辑(如Pr)、设计(如PS)技能 仅需基础Python环境配置与主题定义能力
可视化能力 依赖人工制作公式/逻辑动画(难度高) 自动生成公式图片、逻辑流程图(支持LaTeX)
批量制作效率 单视频独立制作,效率低 支持多主题批量生成,效率提升10倍以上
内容迭代成本 修改内容需重新拍摄/剪辑,成本高 修改代码或配置后重新运行,即时迭代
适用人群 专业视频制作人员或资深教育工作者 普通教师、学生、培训机构人员、科研人员

Code2Video:新加坡国立大学开源的代码驱动式一键自动教育视频生成框架

二、Code2Video的核心功能特色

Code2Video围绕“教育视频自动化生成”的核心目标,设计了多维度功能模块,其特色可概括为“全流程自动化、多场景适配性、高可扩展性”三大核心,具体功能如下:

1. 多阶段精细化视频生成流程

Code2Video采用“分阶段递进式”生成逻辑,从“内容规划”到“最终输出”拆解为5个核心阶段,每个阶段聚焦特定任务,确保视频内容准确性与视觉效果优化。各阶段的核心任务与关联模块如下表所示:

阶段编号 阶段名称 核心任务 关联模块/文件 输出结果
Stage 1 主题内容规划 基于输入主题,生成视频大纲、知识点拆分 prompts/stage1.py、gpt_request.py 视频章节列表(含每个章节核心内容)
Stage 2 内容细节生成 填充各章节知识点细节,生成文字脚本、公式 prompts/stage2.py、utils.py 带公式的章节文字脚本、LaTeX公式代码
Stage 3 视觉布局设计 规划每帧画面布局(文字位置、公式位置、资源占位) prompts/stage3.py、agent.py 画面布局配置文件(含坐标与尺寸)
Stage 4 外部资源整合 自动下载匹配知识点的图标、图片、公式图片 external_assets.py、requests库 本地资源库(按章节分类存储)
Stage 5 布局反馈与优化 检测布局冲突(如文字重叠),自动调整参数 prompts/stage5_feedback.py 优化后的最终布局配置、视频素材
最终阶段 视频合成 整合文字、资源、布局,生成完整视频 utils.py、视频合成依赖库 MP4格式教育视频

通过这种“分阶段校验”机制,Code2Video可避免单环节错误导致的整体失效——例如Stage 4资源下载失败时,系统会自动重试或替换资源,无需重新执行前3个阶段。

2. 跨学科主题支持与内容准确性保障

Code2Video针对教育场景的核心需求,内置了多学科高频主题模板,并通过“大语言模型+专业知识库”双重校验确保内容准确性。其支持的核心学科与典型主题如下表所示:

学科领域 典型支持主题 核心可视化需求解决
数学 欧拉公式推导、傅里叶级数分解、中心极限定理验证、贝叶斯定理应用 自动生成LaTeX公式图片、动态函数图像
计算机科学 神经网络反向传播、Transformer架构原理、排序算法动画、密码学哈希过程 生成算法流程图、神经网络结构示意图、代码执行动画
物理学 量子比特叠加态演示、电磁感应原理、热力学定律推导 生成物理模型示意图、动态过程动画
数据科学 数据分布可视化、回归分析过程、聚类算法效果对比 自动生成Matplotlib图表、数据热力图

为保障内容准确性,Code2Video在Stage 2内容生成环节会:1)调用专业领域大语言模型(如GPT-4o Academic)生成知识点;2)与内置的“学科知识库”(如数学公式库、算法库)比对;3)输出内容校验报告,标注可能存在歧义的表述(如“傅里叶级数仅适用于周期函数”的补充说明)。

3. 外部资源自动整合与灵活适配

传统教育视频制作中,“寻找匹配的图标、公式图片”往往耗费大量时间,Code2Video通过external_assets.py模块实现外部资源的“全自动获取-校验-整合”,具体支持的资源类型与处理逻辑如下表所示:

资源类型 获取来源 处理逻辑 适配场景
学科图标 Flaticon、Material Icons(API调用) 根据主题关键词搜索(如“神经网络”→神经元图标),自动过滤低分辨率资源(≥512px) 视频开头章节标识、知识点配图
公式图片 本地LaTeX渲染(如Matplotlib)、Overleaf API 将Stage 2生成的LaTeX代码渲染为PNG图片,支持深色/浅色背景切换 数学公式、物理公式展示
示意图/流程图 Mermaid API、Draw.io API 根据文字脚本生成流程图(如“算法步骤”→Mermaid流程图) 算法逻辑、实验步骤展示
背景素材 Unsplash、Pexels(无版权图片库) 匹配主题风格(如“量子计算”→科技感背景),自动裁剪为视频分辨率 视频背景、章节过渡画面

此外,用户可通过修改external_assets.py中的“资源优先级配置”自定义资源来源——例如优先使用本地已有的公式图片,避免重复下载;或指定特定图标库(如仅使用Flaticon资源)。

4. 批量视频生成与高效迭代

针对培训机构、学校等“多主题批量制作”场景,Code2Video提供了专门的批量运行脚本,支持一次性生成多个主题的视频,并可通过配置文件控制生成参数。其批量生成能力的核心优势如下:

  • 批量任务管理:通过run_agent.sh脚本,用户可在配置文件中列出多个主题(如“欧拉公式”“傅里叶级数”“贝叶斯定理”),系统会自动按顺序执行生成流程,无需人工干预。

  • 资源复用:若多个视频主题共享资源(如“神经网络”和“Transformer”均需“神经元图标”),系统会自动检测本地资源库,避免重复下载,节省带宽与时间。

  • 失败重试机制:批量生成中若某一主题失败(如API调用超时),系统会记录失败任务,待其他任务完成后自动重试,无需重新执行全部任务。

  • 进度可视化:运行过程中输出实时进度(如“当前生成:傅里叶级数(Stage 4/5),进度80%”),并在完成后生成“批量报告”(含成功数量、失败原因、总耗时)。

5. 布局反馈优化与个性化定制

为避免“自动生成的画面布局杂乱”问题,Code2Video设计了“布局反馈-自动优化”机制,并支持用户个性化调整布局参数:

  • 布局冲突检测:Stage 5环节会自动检测文字、公式、图片的位置重叠(如“公式覆盖文字”“图标超出画面边界”),生成冲突报告。

  • 智能调整策略:针对冲突场景,系统会采用预设策略优化——例如“文字与公式重叠”时,自动将公式移至画面右侧;“多图标拥挤”时,按主题相关性排序并分布在画面底部。

  • 个性化配置:用户可通过修改agent.py中的“布局参数”(如文字字体大小、公式占比、图标间距),自定义视频风格——例如面向小学生的视频可增大字体、使用卡通图标;面向大学生的视频可缩小字体、增加公式密度。

三、Code2Video的技术细节

Code2Video基于Python技术栈构建,核心围绕“大语言模型交互+资源处理+视频合成”三大技术方向,其技术架构清晰、模块解耦,便于开发者二次开发。以下从“核心模块”“技术栈”“关键技术逻辑”三方面展开说明:

1. 核心模块解析

Code2Video的核心代码集中在根目录下的4个核心Python文件与prompts目录(分阶段提示词脚本),各模块的功能、关联资源与作用场景如下表所示:

核心模块文件 核心功能 关联依赖/API 作用场景
agent.py 定义视频生成的核心数据结构(如Section、Layout);管理分阶段任务流程 自定义类(Section、Layout)、utils.py 全流程任务调度、数据结构存储
gpt_request.py 封装大语言模型API调用(GPT、Gemini、Claude);处理模型响应格式 openai库、google-generativeai库、requests库 Stage 1-2内容生成、Stage 5反馈优化
external_assets.py 实现外部资源(图标、图片、公式)的下载、校验、存储;管理本地资源库 requests库、Pillow库、LaTeX渲染工具 Stage 4资源整合、资源复用管理
utils.py 提供辅助功能:代码保存、日志记录、视频合成、格式转换 logging库、moviepy库、json库 全流程日志跟踪、最终视频输出
prompts/目录 存储分阶段提示词脚本(stage1.py至stage5_feedback.py);定义提示词模板 字符串模板、大语言模型提示词工程 控制大语言模型生成内容的方向与格式

agent.py中的核心数据结构Section为例,其定义了单个视频章节的所有关键信息,代码逻辑简化如下(便于理解):

class Section:
  def __init__(self, topic_name, chapter_num):
    self.topic_name = topic_name # 章节主题(如“傅里叶级数定义”)
    self.chapter_num = chapter_num # 章节序号(如1、2)
    self.content = "" # Stage 2生成的文字脚本
    self.formulas = [] # 章节包含的公式(LaTeX代码+图片路径)
    self.assets = [] # 章节使用的外部资源(图标/图片路径+位置坐标)
    self.layout = Layout() # 章节布局配置(文字/公式/资源的位置与尺寸)
    self.status = "pending" # 章节生成状态(pending/processing/success/failed)

  def update_status(self, new_status):
    self.status = new_status
    logging.info(f"Chapter {self.chapter_num} ({self.topic_name}) status: {new_status}")

该结构确保了各阶段生成的数据可被统一管理,避免数据混乱。

2. 技术栈与依赖环境

Code2Video的技术栈以“轻量、易部署”为原则,核心依赖均为Python生态中成熟的库,无需复杂的硬件配置(普通PC即可运行)。其核心技术栈与依赖环境要求如下表所示:

技术类别 核心组件/库 版本要求(推荐) 作用
编程语言 Python 3.8+(兼容3.9/3.10) 核心代码开发、模块调度
大语言模型交互 openai(GPT)、google-generativeai(Gemini) openai≥0.28.0、google-generativeai≥0.3.1 调用模型生成内容、反馈优化
资源处理 requests(下载)、Pillow(图片处理) requests≥2.31.0、Pillow≥10.0.0 外部资源下载、图片裁剪/格式转换
公式渲染 matplotlib(LaTeX)、sympy(符号计算) matplotlib≥3.7.0、sympy≥1.12 LaTeX公式渲染为图片、数学符号计算
视频合成 moviepy(视频编辑) moviepy≥1.0.3 整合文字、图片、资源为MP4视频
配置管理 json(配置文件)、python-dotenv(环境变量) 内置模块(json)、python-dotenv≥1.0.0 存储API密钥、生成参数配置
运行脚本 Shell(Linux/macOS)、Batch(Windows) 系统自带(Linux/macOS终端、Windows cmd) 批量运行、单主题运行脚本执行

环境部署的核心要求:1)Python 3.8+;2)网络连接(需访问大语言模型API、外部资源库);3)足够的本地存储空间(批量生成时,每个视频约占用50-200MB,取决于时长与分辨率)。

3. 关键技术逻辑:从“代码”到“视频”的流转

Code2Video的核心技术逻辑是“以代码驱动数据流转,以大语言模型保障内容质量,以模块化处理实现自动化”,其从“用户输入主题”到“输出视频”的关键流转步骤如下:

  1. 输入触发:用户通过Shell脚本(如run_agent_single.sh)输入目标主题(如“Transformer架构原理”),并指定大语言模型(如“GPT-4”)。

  2. 任务初始化agent.py创建Section对象,初始化章节信息,调用gpt_request.py加载prompts/stage1.py中的提示词模板,向大语言模型发送“主题内容规划”请求。

  3. 内容生成:大语言模型返回视频大纲与知识点拆分,agent.py更新Section.content;随后调用prompts/stage2.py,生成带公式的详细脚本,external_assets.py同步将LaTeX公式渲染为图片并存储。

  4. 布局设计agent.py调用prompts/stage3.py,大语言模型根据内容生成初始布局(如“文字左30%区域,公式右70%区域”),Section.layout记录坐标与尺寸。

  5. 资源整合external_assets.py根据Section.content中的关键词(如“注意力机制”)调用图标/图片API,下载资源并校验分辨率,更新Section.assets;若资源下载失败,自动替换关键词重试(如“注意力机制”→“Transformer注意力”)。

  6. 布局优化gpt_request.py调用prompts/stage5_feedback.py,大语言模型检测Section.layoutSection.assets的冲突(如“图标超出画面”),返回优化建议,agent.py更新布局参数。

  7. 视频合成utils.py调用moviepy库,按Section.layout的配置,将文字(渲染为图片)、公式图片、外部资源整合为连续帧,设置帧速率(默认24fps)与时长(每章节默认30秒),生成MP4视频。

  8. 结果输出:视频文件保存至output/目录(按主题命名,如“Transformer架构原理.mp4”),utils.py生成“生成报告”(含耗时、资源列表、模型信息),存储至logs/目录。

整个流程中,所有模块通过agent.pySection对象实现数据交互,避免了“模块间数据孤岛”问题,同时每个步骤均有日志记录(存储于logs/目录),便于问题排查(如某环节失败时,可通过日志定位是API调用错误还是资源下载错误)。

Code2Video:新加坡国立大学开源的代码驱动式一键自动教育视频生成框架

四、Code2Video的应用场景

Code2Video的应用场景围绕“教育视频自动化生成”展开,覆盖“教、学、研、训”四大领域,不同用户群体可根据需求灵活使用其功能。以下按“用户类型+应用场景+使用方式”展开说明,部分场景辅以表格示例:

1. 教育工作者(中小学/高校教师):课程视频快速制作

教育工作者的核心需求是“降低视频制作成本,聚焦教学内容设计”,Code2Video可帮助其在1-2小时内完成原本需数天的课程视频制作,典型应用场景如下表所示:

教师类型 典型应用场景 核心使用方式 价值体现
高中数学教师 制作“导数的几何意义”“数列求和公式推导”微课视频 1. 输入主题;2. 调整公式渲染风格(深色背景);3. 生成后添加配音 避免手工绘制公式,1小时生成5个微课视频
大学计算机教师 制作“排序算法动画演示”“SQL查询原理”课程视频 1. 输入主题;2. 配置算法流程图样式;3. 批量生成系列视频 无需学习动画制作工具,直观展示抽象逻辑
职业教育教师 制作“Excel函数应用”“CAD基础操作”实操视频 1. 输入主题;2. 添加本地实操截图;3. 生成视频 快速整合实操资源,提升视频制作效率

例如,某高校计算机教师需为“数据结构”课程制作10个算法视频(冒泡排序、快速排序、二叉树遍历等),使用Code2Video的操作流程为:1)在配置文件中列出10个主题;2)指定“GPT-4”为模型,设置“算法流程图为蓝色风格”;3)运行run_agent.sh批量生成;4)生成后仅需为每个视频添加5分钟配音,即可上传至课程平台,总耗时从传统的2周缩短至1天。

2. 学生群体(中小学/高校学生):自主学习辅助工具

学生的核心需求是“将抽象知识点转化为可视化内容,加深理解与记忆”,Code2Video可帮助其生成个性化学习视频,用于课前预习、课后复习或作业辅助。典型应用场景如下:

  • 课前预习:高中学生在学习“傅里叶级数”前,输入主题生成视频,通过可视化的“周期函数分解为正弦波”动画,提前理解核心概念,降低课堂学习难度。

  • 课后复习:大学生在复习“神经网络反向传播”时,生成视频并自定义“每步梯度计算标注详细公式”,通过反复观看视频,理清复杂的计算逻辑。

  • 作业辅助:研究生在撰写“量子计算”相关作业时,生成“量子比特叠加态演示”视频,插入作业文档中,使论证更直观,提升作业质量。

例如,某计算机专业本科生在复习“Transformer注意力机制”时,发现课堂笔记中的公式难以理解,使用Code2Video的流程为:1)输入主题“Transformer自注意力机制详细推导”;2)在prompts/stage2.py中添加提示词“每步公式需标注变量含义(如Q=查询矩阵)”;3)生成视频后,重点观看“注意力分数计算”章节,结合视频中的公式动画,1小时内理清了原本需3小时理解的逻辑。

3. 培训机构:标准化教学素材批量生成

培训机构的核心需求是“快速生成标准化、高质量的教学素材,适配不同课程体系”,Code2Video的批量生成与主题定制功能可显著提升素材制作效率,典型应用场景如下:

培训机构类型 典型应用场景 核心使用方式 效率提升
K12教育机构 生成“小学数学应用题解题步骤”“初中物理实验演示”系列视频 1. 按年级划分主题列表;2. 配置“卡通风格图标+大字体”;3. 批量生成 传统10人团队1周制作50个视频,现1人1天完成
IT培训机构 生成“Python基础语法”“Web前端开发”“AI模型部署”课程素材 1. 按课程章节设计主题;2. 添加代码片段渲染功能;3. 生成带代码高亮的视频 避免手工录制代码演示,减少错误返工
职业技能培训机构 生成“会计分录实操”“人力资源数据分析”教学视频 1. 输入行业术语主题;2. 整合行业规范图片;3. 生成视频 确保素材标准化,降低讲师培训成本

例如,某IT培训机构需为“Python零基础课程”制作20个课时的视频素材(从“变量定义”到“面向对象编程”),使用Code2Video的流程为:1)在config.json中按课程顺序列出20个主题;2)配置“代码片段使用Python语法高亮,背景为浅灰色”;3)运行批量脚本,12小时生成20个视频;4)讲师仅需对每个视频进行10分钟的内容校验,即可投入使用,相比传统“讲师录制+后期剪辑”的模式,效率提升8倍以上。

4. 科研人员:学术内容可视化与成果展示

科研人员的核心需求是“将复杂的学术成果(如公式推导、实验过程)转化为可视化视频,用于学术报告或成果推广”,Code2Video可帮助其快速生成专业的学术可视化内容,典型应用场景如下:

  • 学术报告辅助:数学领域科研人员在准备“偏微分方程数值解法”学术报告时,生成“有限元方法求解过程”视频,通过动画展示网格划分、误差计算等步骤,使听众更易理解。

  • 成果推广:AI领域科研人员在发布新的“图像分割模型”时,生成“模型推理过程”视频,展示从“输入图像”到“分割结果”的每一步特征变化,便于同行快速了解模型优势。

  • 论文补充材料:物理学领域科研人员在撰写“量子纠缠实验”论文时,生成“实验装置示意图+数据可视化”视频,作为补充材料上传至论文平台,增强论文说服力。

例如,某AI科研团队在研发“基于Transformer的文本分类模型”后,需制作成果展示视频,使用Code2Video的流程为:1)输入主题“Transformer文本分类模型推理过程”;2)在external_assets.py中添加“模型结构图(本地SVG文件)”;3)生成视频时,设置“每步特征提取环节标注注意力热力图”;4)视频用于学术会议报告,帮助听众快速理解模型的核心工作机制。

Code2Video:新加坡国立大学开源的代码驱动式一键自动教育视频生成框架

五、Code2Video的使用方法

Code2Video的使用流程分为“环境准备-配置API-运行生成-结果查看”四大步骤,支持Linux、macOS、Windows(需WSL或Git Bash)系统,以下为详细操作指南,包含具体命令与配置示例:

1. 步骤1:环境准备(10-15分钟)

1.1 安装Python环境

  • 下载并安装Python 3.8+:从Python官网下载对应系统版本(Windows建议勾选“Add Python to PATH”)。

  • 验证安装:打开终端(Linux/macOS)或Git Bash(Windows),输入python --version(或python3 --version),若显示“Python 3.8.x”及以上,说明安装成功。

1.2 克隆GitHub仓库

  • 安装Git(若未安装):从Git官网下载并安装。

  • 克隆仓库:在终端中输入以下命令,将Code2Video仓库克隆到本地(以“~/Code2Video”目录为例):

 git clone https://github.com/showlab/Code2Video.git
 cd Code2Video # 进入仓库目录

1.3 安装依赖库

  • 仓库根目录下提供requirements.txt文件(若未提供,可手动创建),包含所有依赖库,输入以下命令安装:

 # 创建虚拟环境(可选,推荐)
 python -m venv venv
 # 激活虚拟环境
 # Linux/macOS:
 source venv/bin/activate
 # Windows(Git Bash):
 source venv/Scripts/activate
 # 安装依赖
 pip install -r requirements.txt
  • 若手动创建requirements.txt,内容如下(涵盖核心依赖):

 openai>=0.28.0
 google-generativeai>=0.3.1
 requests>=2.31.0
 Pillow>=10.0.0
 matplotlib>=3.7.0
 sympy>=1.12
 moviepy>=1.0.3
 python-dotenv>=1.0.0

2. 步骤2:配置API密钥(5-10分钟)

Code2Video需调用大语言模型API(如GPT、Gemini)与外部资源API(如Flaticon),需在配置文件中填写API密钥,具体操作如下:

2.1 获取API密钥

  • GPT API密钥:登录OpenAI官网,进入“API keys”页面,创建并复制密钥。

  • Gemini API密钥:登录Google AI Studio,进入“API keys”页面,创建并复制密钥。

  • Flaticon API密钥(可选):登录Flaticon Developer Portal,申请API密钥(用于图标下载,若无密钥,系统会使用默认免费资源库)。

2.2 配置api_config.json

  • 仓库根目录下有api_config.json文件,打开并填写API密钥,示例格式如下:

 {
  "llm": {
   "openai": {
    "api_key": "sk-你的OpenAI密钥",
    "model": "gpt-4",
    "temperature": 0.3 # 内容生成随机性(0-1,越低越准确)
   },
   "gemini": {
    "api_key": "你的Gemini密钥",
    "model": "gemini-pro",
    "temperature": 0.3
   },
   "default_llm": "openai" # 默认使用的大语言模型
  },
  "assets": {
   "flaticon": {
    "api_key": "你的Flaticon密钥(可选)"
   },
   "unsplash": {
    "access_key": "你的Unsplash密钥(可选)"
   }
  }
 }
  • 注意事项:1)API密钥需妥善保管,避免泄露;2)若仅使用某一种大语言模型,可仅填写对应密钥(如仅用GPT,可删除Gemini相关配置);3)temperature建议设置为0.2-0.4(教育内容需准确性,随机性不宜过高)。

3. 步骤3:运行生成(单主题/批量生成)

Code2Video提供两种运行方式:单主题生成(适合测试)、批量生成(适合多主题制作),均通过Shell脚本执行,具体操作如下:

3.1 单主题生成(run_agent_single.sh

  • 适用场景:测试某一主题的生成效果(如“欧拉公式”)。

  • 操作步骤:

  1. 打开终端,进入仓库目录并激活虚拟环境。

  2. 输入以下命令,指定主题与大语言模型: bash # 格式:bash run_agent_single.sh "主题名称" "llm类型(openai/gemini)" bash run_agent_single.sh "欧拉公式推导与应用" "openai"

  3. 运行过程中,终端会输出实时进度(如“Stage 1: 内容规划完成”“Stage 4: 资源下载完成”)。

  4. 生成完成后,终端会提示“Video generated successfully! Path: output/欧拉公式推导与应用.mp4”。

3.2 批量生成(run_agent.sh

  • 适用场景:生成多个主题的视频(如“数学公式系列”“算法系列”)。

  • 操作步骤:

  1. 打开仓库根目录下的topics.txt文件,按行列出需生成的主题,示例: txt 傅里叶级数分解 中心极限定理验证 神经网络反向传播 Transformer架构原理 贝叶斯定理应用

  2. 输入以下命令,批量运行生成: bash # 格式:bash run_agent.sh "topics.txt路径" "llm类型" bash run_agent.sh "topics.txt" "openai"

  3. 批量生成过程中,系统会按顺序处理每个主题,若某一主题失败,会记录在logs/batch_error.log中,继续处理下一个主题。

  4. 全部完成后,终端会输出批量报告(如“Total topics: 5, Success: 4, Failed: 1, Total time: 2h 15min”)。

4. 步骤4:结果查看与个性化调整

4.1 查看输出结果

  • 视频文件:存储于output/目录,按主题名称命名(如“欧拉公式推导与应用.mp4”),默认格式为MP4,分辨率为1920x1080(1080P),帧速率24fps。

  • 生成日志:存储于logs/目录,按生成时间命名(如“20240520_1430.log”),包含各阶段耗时、API调用记录、错误信息(便于问题排查)。

  • 资源文件:下载的图标、图片存储于assets/目录,按主题分类(如“欧拉公式推导与应用/图标/神经元.png”),可复用至其他视频。

4.2 个性化调整(可选)

若对生成的视频不满意(如布局杂乱、字体过小),可通过以下方式调整:

  • 调整布局参数:打开agent.py,修改Layout类中的默认参数(如文字字体大小、公式占比):

 class Layout:
   def __init__(self):
     self.text_font_size = 24 # 文字字体大小(默认24,可改为28)
     self.formula_ratio = 0.6 # 公式区域占比(默认60%,可改为50%)
     self.asset_spacing = 20 # 图标间距(默认20px,可改为15px)
  • 修改视频分辨率:打开utils.py,找到视频合成相关代码,修改分辨率参数:

 # 原代码
 video = VideoFileClip(output_path).resize((1920, 1080)) # 1080P
 # 修改为720P
 video = VideoFileClip(output_path).resize((1280, 720))
  • 自定义提示词:打开prompts/stage2.py,修改提示词模板(如增加“每步公式需配文字解释”):

 # 原提示词
 prompt_template = "生成{topic}的详细内容,包含公式。"
 # 修改后
 prompt_template = "生成{topic}的详细内容,包含公式,每步公式需配1-2句文字解释(说明变量含义)。"

调整后,重新运行生成脚本即可得到个性化视频。

5. 步骤5:常见操作问题处理

在使用过程中,若遇到运行错误,可参考下表进行排查:

常见错误现象 可能原因 解决方法
终端提示“API key not found”api_config.json中未填写API密钥或路径错误 1. 检查api_config.json是否存在;2. 确认API密钥已填写;3. 确保运行脚本时在仓库根目录
资源下载失败(“Asset download failed”) 网络问题或API密钥无效 1. 检查网络连接;2. 验证Flaticon/Unsplash密钥有效性;3. 等待5分钟后重试(避免API限流)
视频合成失败(“MoviePy error”) moviepy依赖缺失或本地存储空间不足 1. 重新安装moviepy(pip install --upgrade moviepy);2. 检查output/目录所在磁盘是否有足够空间(至少500MB)
大语言模型无响应(“LLM timeout”) API限流或网络延迟 1. 查看OpenAI/Google AI控制台,确认API调用额度充足;2. 降低api_config.jsontemperature(减少模型计算量);3. 更换网络环境

六、常见问题解答(FAQ)

Q1:Code2Video支持生成带配音的视频吗?

A1:当前版本(截至2025年10月)的Code2Video核心聚焦于“可视化内容生成”,默认不包含音频合成功能。若需添加配音,可通过以下方式实现:1)生成视频后,使用第三方工具(如剪映、Audacity)手动添加配音;2)二次开发:在utils.py中集成TTS(文本转语音)API(如OpenAI TTS、Google Text-to-Speech),将文字脚本转为音频并与视频合成。

Q2:Code2Video支持中文主题与中文视频生成吗?

A2:支持。需在配置中调整提示词语言与内容生成语言:1)在prompts/目录下的各阶段脚本中,将提示词改为中文(如stage1.py中的提示词改为“基于主题{topic},生成中文视频大纲,包含3-5个章节”);2)在api_config.jsonllm配置中,添加"language": "zh"(如OpenAI模型需在请求中指定"messages": [{"role": "user", "content": prompt, "language": "zh"}])。实际测试中,中文主题生成的内容准确性与英文一致,可满足中文教育场景需求。

Q3:生成的视频时长可以自定义吗?

A3:可以。视频时长由“章节数量”与“每章节时长”决定,可通过以下两种方式调整:1)在agent.py中修改Section类的default_duration参数(如self.default_duration = 45,单位:秒,默认30秒/章节);2)在run_agent_single.shrun_agent.sh中添加时长参数(如bash run_agent_single.sh "主题" "openai" 45,指定每章节45秒)。若需生成固定时长的视频(如5分钟),可计算章节数量(5分钟=300秒,若每章节30秒,需10个章节),在内容规划阶段指定章节数量。

Q4:Code2Video需要GPU支持吗?普通PC可以运行吗?

A4:不需要GPU支持,普通PC(CPU为i5/i7、内存8GB+、存储空间50GB+)即可运行。Code2Video的核心计算(如内容生成、资源处理、视频合成)均为CPU密集型任务,无需GPU加速。仅在“公式渲染”(如复杂3D数学模型)或“高清视频合成”(4K分辨率)场景下,GPU可提升效率,但非必需——普通PC生成1080P视频的速度约为“每章节3-5分钟”(取决于主题复杂度)。

Q5:Code2Video的代码可以二次开发吗?如何修改生成的视频风格?

A5:可以二次开发(MIT许可证允许修改与二次分发)。修改视频风格需调整“视觉元素配置”,核心步骤如下:1)修改external_assets.py中的资源风格参数(如图标风格改为“扁平化”“卡通化”,通过API请求参数指定,如Flaticon API支持"style_id": "1"(扁平化));2)在utils.py的视频合成代码中,修改背景色、文字颜色、字体(如将背景色改为“#F5F5F5”(浅灰色),文字颜色改为“#333333”(深灰色),字体改为“SimHei”(中文)或“Arial”(英文));3)调整agent.py中的布局参数(如文字占比、图标间距),实现“紧凑风格”或“宽松风格”。

Q6:API调用费用高吗?如何降低成本?

A6:API调用费用取决于“大语言模型选择”与“生成内容长度”,可通过以下方式控制成本:1)选择低成本模型(如GPT-3.5-turbo替代GPT-4,成本降低约10倍;Gemini Pro免费额度可满足测试需求);2)优化提示词长度(删除冗余描述,仅保留核心需求);3)复用生成结果(若多个主题共享内容,可将已生成的Section数据存储为JSON,下次直接调用,无需重新请求API);4)使用API限流(在gpt_request.py中添加“每小时最大调用次数”限制,避免超额)。实际测试中,生成1个10分钟的视频(约5000字内容),使用GPT-3.5-turbo的费用约为0.1-0.3美元,成本较低。

Q7:生成的视频可以导出为其他格式吗(如AVI、MOV)?

A7:可以。默认生成MP4格式(兼容性强),若需导出为AVI、MOV等格式,可修改utils.py中的视频合成代码:1)找到write_videofile函数调用(如clip.write_videofile(output_path, codec="libx264"));2)修改codec参数与文件后缀:

  • AVI格式:clip.write_videofile("output.avi", codec="mpeg4")

  • MOV格式:clip.write_videofile("output.mov", codec="libx264") 注意:不同格式需对应不同的编码器(codec),若编码器缺失,需安装对应依赖(如ffmpeg,moviepy会自动调用ffmpeg进行编码)。

Q8:如何解决“生成的内容与预期不符”的问题?

A8:可通过“优化提示词”与“校验内容”两步解决:1)优化提示词:在prompts/目录下的对应阶段脚本中,添加更具体的约束(如“生成‘冒泡排序’视频,需包含代码演示(Python)、动画步骤(每步交换元素标注)、时间复杂度分析”,而非仅“生成冒泡排序视频”);2)增加内容校验环节:在Stage 2内容生成后,系统会输出content_check.txt文件,打开文件检查内容准确性,若不符,可手动修改content字段后,跳过Stage 1-2,直接执行Stage 3-5(修改agent.py中的skip_stages参数为[1,2])。

Q9:Windows系统下无法运行Shell脚本怎么办?

A9:Windows系统需通过“Git Bash”或“WSL(Windows Subsystem for Linux)”运行Shell脚本,具体解决方法如下:1)安装Git Bash:从Git官网下载,安装时勾选“Use Git and optional Unix tools from the Command Prompt”;2)打开Git Bash,进入仓库目录,按Linux/macOS的命令运行脚本;3)若使用WSL,需在WSL中安装Python与依赖,再克隆仓库运行(步骤与Linux一致)。此外,也可将Shell脚本转为Batch脚本(.bat),示例Batch脚本(run_agent_single.bat):

  @echo off
  set topic=%1
  set llm=%2
  python agent.py --topic "%topic%" --llm "%llm%"
  pause

运行命令:run_agent_single.bat "欧拉公式" "openai"

Q10:使用Code2Video生成的视频有版权限制吗?可以用于商业用途吗?

A10:需分两部分判断:1)Code2Video框架本身采用MIT许可证,用户使用、修改、二次开发均无版权限制;2)生成的视频内容版权:若使用的外部资源(如图标、图片)来自免费无版权库(如Unsplash、Flaticon免费版),且内容为原创(非抄袭),则视频可用于商业用途(如培训机构课程、付费内容);若使用的资源有版权限制(如Flaticon付费图标),需获得资源方授权。建议在生成视频前,检查external_assets.py中的资源来源配置,优先选择无版权资源库,并在视频结尾标注资源来源(如“图标来自Flaticon”)。

七、相关链接

八、总结

Code2Video是新加坡国立大学Show Lab开发的开源代码驱动教育视频生成框架,其以“降低教育视频制作门槛、提升内容可视化质量”为核心目标,通过多阶段生成流程(内容规划-布局设计-资源整合-反馈优化)、跨学科主题支持(数学/计算机科学等)、外部资源自动整合、批量生成等功能,实现了教育视频的端到端自动化生成。技术层面,该框架基于Python栈构建,通过模块化设计(agent.py、gpt_request.py等)实现解耦,支持GPT/Gemini等大语言模型交互,采用MIT许可证保障开源可扩展性。在应用场景上,其可满足教育工作者课程制作、学生自主学习、培训机构素材批量生成、科研人员学术可视化等多类需求,普通PC即可部署使用,API调用成本低且操作流程清晰。整体而言,Code2Video为教育领域提供了“技术赋能内容创作”的创新解决方案,有效解决了传统教育视频制作中“耗时、专业门槛高、可视化难”的痛点,具备较高的实用价值与推广潜力。

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