{
"cells": [
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"# Анимация в matplotlib\n",
"\n",
"## Пример из руководства\n",
"\n",
"Коротко разберем, как можно осуществлять анимацию средствами matplotlib. Начнем с примера, приведенного в [руководстве](https://matplotlib.org/stable/api/animation_api.html).\n",
"\n",
"```python\n",
"import numpy as np\n",
"import matplotlib.pyplot as plt\n",
"from matplotlib.animation import FuncAnimation\n",
"\n",
"fig, ax = plt.subplots()\n",
"xdata, ydata = [], []\n",
"ln, = plt.plot([], [], 'ro')\n",
"\n",
"def init():\n",
" ax.set_xlim(0, 2*np.pi)\n",
" ax.set_ylim(-1, 1)\n",
" return ln,\n",
"\n",
"def update(frame):\n",
" xdata.append(frame)\n",
" ydata.append(np.sin(frame))\n",
" ln.set_data(xdata, ydata)\n",
" return ln,\n",
"\n",
"ani = FuncAnimation(fig, update, frames=np.linspace(0, 2*np.pi, 128),\n",
" init_func=init, blit=True)\n",
"plt.show()\n",
"```\n",
"\n",
"Запуск скрипта с таким содержимым создаст окно, на котором постепенно построится график синуса. Есть как минимум два подхода заставить этот пример работать в `jupyter notebook`:\n",
"\n",
"a) применить команду `%matplotlib notebook`, т.е. сделать что-то такое\n",
"```python\n",
"import numpy as np\n",
"import matplotlib.pyplot as plt\n",
"from matplotlib.animation import FuncAnimation\n",
"%matplotlib notebook\n",
"```\n",
"Эта команда встраивает окна, созданные `matplotlib`, в выход ячейки, сохраняя интерактивность.\n",
"\n",
"b) использовать специализированные средства `jupyter` ноутбуков для отображения анимации. Для этого надо заменить `plt.show()` на набор следующих команд\n",
"```python\n",
"from IPython.display import HTML, display\n",
"display(HTML(animation.to_jshtml()))\n",
"plt.close(fig)\n",
"```\n",
"Метод `to_jshtml` генерирует `html` код, соответствующий анимации, функция `HTML` из модуля `IPython.display` обрабатывает `html`, а функция `display` отображает его. Метод `plt.close` используется чтобы скрыть созданную фигуру, т.к. она отображается в `jupyter notebook` по умолчанию, несмотря на то, что метод `plt.show` не вызывается.\n",
" \n",
" \n",
"Т.к. первый способ не отображается на этом ресурсе (приблизительно по той же причине, что графики `plotly`), то везде ниже будет использоваться второй способ."
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 7,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/html": [
"\n",
"\n",
"\n",
"\n",
"\n",
"\n",
"
\n",
"\n",
"\n",
"\n"
],
"text/plain": [
""
]
},
"metadata": {},
"output_type": "display_data"
}
],
"source": [
"import numpy as np\n",
"import matplotlib.pyplot as plt\n",
"from matplotlib.animation import FuncAnimation\n",
"\n",
"\n",
"fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 6))\n",
"xdata, ydata = [], []\n",
"ln, = plt.plot([], [], 'ro')\n",
"\n",
"def init():\n",
" ax.set_xlim(0, 2*np.pi)\n",
" ax.set_ylim(-1, 1)\n",
" return ln,\n",
"\n",
"def update(frame):\n",
" xdata.append(frame)\n",
" ydata.append(np.sin(frame))\n",
" ln.set_data(xdata, ydata)\n",
" return ln,\n",
"\n",
"animation = FuncAnimation(fig, update, frames=np.linspace(0, 2*np.pi, 128),\n",
" init_func=init, blit=True)\n",
"\n",
"\n",
"from IPython.display import HTML, display\n",
"display(HTML(animation.to_jshtml()))\n",
"plt.close(fig)"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Вернемся к разбору этого примера. \n",
"\n",
"Для создания анимации используется функция `FuncAnimation` из подмодуля `matplotlib.animation`, основными аргументами которой являются `fig`, `blit`, `func`, `init_func`, `frames`. \n",
"\n",
"`fig` --- фигура, которая будет использоваться для анимации. Функция `FuncAnimation` будет периодически обновлять содержимое этой фигуры, при этом она способна делать это экономно. Если передать в качестве параметра `blit` значение `True`, то содержимое фигуры перерисовывается не полностью, а обновляются лишь те компоненты (линия синуса в данном примере), которые изменяются между кадрами. За перерисовку кадра отвечает второй параметр `func` функции `FuncAnimation`, в качестве которого передается функция `update` в этом примере. Также есть опциональный параметр `init_func` (функция `init` в примере), который используется для подготовки фигуры перед началом анимации. \n",
"\n",
"Рассмотрим подробнее последние два параметра `func` и `init_func`. \n",
"\n",
"- Если `blit==False`, то действие функции `FuncAnimation` грубо можно описать в виде \n",
"```python\n",
"...\n",
"init_func()\n",
"for f in frames:\n",
" func(f, *fargs)\n",
" ...\n",
"...\n",
"\n",
"```\n",
"Т.е. вначале вызывается функция `init_func`, после чего функция `func` вызывается с каждым значением из аргумента `frames` (`*fargs` можно передать в функцию `FuncAnimation` в качестве дополнительного параметра).\n",
"\n",
"- Если `blit==True`, действие функции `FuncAnimation` грубо можно описать в виде \n",
"```python\n",
"...\n",
"artists = init_func()\n",
"for f in frames:\n",
" artists = func(f, *fargs)\n",
" update_blit(artists)\n",
" ...\n",
"...\n",
"```\n",
"В данном случае функции `init_func` и `func` должны возвращать `artists` --- список (или любой другой итерируемый объект) элементов на графике, которые необходимо обновить. \n",
"\n",
"```python\n",
"fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 6))\n",
"xdata, ydata = [], []\n",
"ln, = plt.plot([], [], 'ro')\n",
"\n",
"def init():\n",
" ax.set_xlim(0, 2*np.pi)\n",
" ax.set_ylim(-1, 1)\n",
" return ln,\n",
"\n",
"def update(frame):\n",
" xdata.append(frame)\n",
" ydata.append(np.sin(frame))\n",
" ln.set_data(xdata, ydata)\n",
" return ln,\n",
"```\n",
"\n",
"В рассматриваемом примере функция `init` задаёт диапазоны для горизонтальной и вертикальной осей графика, а функция `update` принимает на вход значение `x`, обновляет списки `xdata` и `ydata`, а затем обновляет и содержимое нарисованной линии `ln` графика синуса. При этом обе этих функции возвращают объект линии `ln`, чтобы функция `FuncAnimation` перерисовала этот объект. \n",
"\n",
"Недостатком данного примера является тот факт, что функции `init` и `update` используют объекты из глобального пространства имен. Самый удобный способ избежать этого --- создать пользовательский класс, чтобы инкапсулировать всё необходимое в один объект. Ниже приведен пример того, как это можно осуществить."
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 49,
"metadata": {},
"outputs": [
{
"data": {
"text/html": [
"\n",
"\n",
"\n",
"\n",
"\n",
"\n",
"