matplotlib.animation

FuncAnimation

В общих чертах FuncAnimation работает следующим образом:

for d in frames:
    artists = func(d, *fargs)
    fig.canvas.draw_idle()
    fig.canvas.start_event_loop(interval)

При этом учитываются детали, необходимые для «блиттинга» (значительно повышающего производительность анимации), неблокирующей работы, предотвращения многократного запуска и остановки цикла событий GUI, обработки повторов и нескольких анимированных осей, а также для удобного сохранения анимации в видеофайл.

«Блиттинг» — это стандартный метод компьютерной графики. В общих чертах, он заключается в том, чтобы взять существующую растровую карту (в нашем случае — преимущественно растеризованное изображение) и «наложить» на неё ещё один объект Artist. Таким образом, сохранив «чистую» растровую карту, можно перерисовывать только несколько изменяющихся объектов Artist в каждом кадре и, возможно, значительно сократить время обработки. При использовании блиттинга (передав blit=True) основной цикл FuncAnimation становится немного сложнее:

ax = fig.gca()

def update_blit(artists):
    fig.canvas.restore_region(bg_cache)
    for a in artists:
        a.axes.draw_artist(a)

    ax.figure.canvas.blit(ax.bbox)

artists = init_func()

for a in artists:
   a.set_animated(True)

fig.canvas.draw()
bg_cache = fig.canvas.copy_from_bbox(ax.bbox)

for f in frames:
    artists = func(f, *fargs)
    update_blit(artists)
    fig.canvas.start_event_loop(interval)

Разумеется, здесь опущены многие детали (например, обновление фона при изменении размера изображения или его полной перерисовке). Тем не менее этот минималистичный пример поможет понять, как init_func и func используются внутри FuncAnimation, а также объясняет принцип работы блиттинга.

Ожидаемая сигнатура func и init_func очень проста. Это позволяет не включать FuncAnimation в логику учёта объектов и построения графиков, но означает, что передаваемые вызываемые объекты должны знать, с какими объектами Artist им предстоит работать. Существует несколько способов решить эту задачу, различающихся по сложности и степени инкапсуляции. Самый простой способ, хорошо подходящий для скриптов, — определить объект Artist в глобальной области видимости и позволить Python самостоятельно разобраться с остальным. Например:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.animation import FuncAnimation

fig, ax = plt.subplots()
xdata, ydata = [], []
ln, = ax.plot([], [], 'ro')

def init():
    ax.set_xlim(0, 2*np.pi)
    ax.set_ylim(-1, 1)
    return ln,

def update(frame):
    xdata.append(frame)
    ydata.append(np.sin(frame))
    ln.set_data(xdata, ydata)
    return ln,

ani = FuncAnimation(fig, update, frames=np.linspace(0, 2*np.pi, 128),
                    init_func=init, blit=True)
plt.show()

Второй способ — использовать functools.partial, чтобы передавать функции аргументы:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.animation import FuncAnimation
from functools import partial

fig, ax = plt.subplots()
line1, = ax.plot([], [], 'ro')

def init():
    ax.set_xlim(0, 2*np.pi)
    ax.set_ylim(-1, 1)
    return line1,

def update(frame, ln, x, y):
    x.append(frame)
    y.append(np.sin(frame))
    ln.set_data(x, y)
    return ln,

ani = FuncAnimation(
    fig, partial(update, ln=line1, x=[], y=[]),
    frames=np.linspace(0, 2*np.pi, 128),
    init_func=init, blit=True)

plt.show()

Третий способ — использовать замыкания для создания нужных объектов Artist и функций. Четвёртый способ — создать класс.

ArtistAnimation

Примеры

• Захват кадров

Базовые классы анимации

Реестр средств записи

Для сопоставления имён средств записи с их классами предусмотрен реестр уровня модуля. Благодаря ему методу Animation.save можно передать строку вместо экземпляра средства записи.

Базовые классы средств записи

Для сокращения дублирования кода предусмотрены базовые классы

а также примеси

Также предусмотрены соответствующие классы.

О том, как легко реализовать новые классы MovieWriter, см. исходный код.