matplotlib.animation

FuncAnimation

Внутренняя работа FuncAnimation выглядит примерно так:

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

с подробностями по обработке «блиттинга» (для существенного повышения производительности в режиме реального времени), чтобы она была асинхронной, не вызывала повторного запуска/остановки цикла событий GUI, обрабатывала повторы, несколько осей анимации и позволяла легко сохранять анимацию в файл видео.

«Блиттинг» — это стандартный метод в компьютерной графике. В общем случае он заключается в использовании существующей битовой карты (в нашем случае, в основном растрового изображения) и «блиттинга» ещё одного объекта поверх неё. Таким образом, управляя сохранённой «чистой» битовой картой, мы можем перерисовывать только те немногие объекты, которые изменяются в каждом кадре, что потенциально экономит значительное время. Когда мы используем блиттинг (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)

Конечно, это опускает множество деталей (например, обновление фона при изменении размера фигуры или полном перерисовке). Однако, надеемся, этот минимальный пример даёт представление о том, как init_func и func используются внутри FuncAnimation и о принципах работы «блиттинга».

Ожидаемая сигнатура для func и init_func очень проста, чтобы FuncAnimation не входила в ваш учёт и логику построения графиков. Однако это означает, что вызываемые объекты, которые вы передаёте, должны знать, на каких объектах они должны работать. Существует несколько подходов к этому с разной сложностью и инкапсуляцией. Самый простой подход, который работает довольно хорошо в случае сценария, заключается в определении объекта на глобальном уровне и предоставлении Python возможности решить эту задачу. 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 метод заключается в использовании functools.partial для передачи аргументов в функцию:

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 метод — использование замыканий для построения необходимых объектов и функций. Четвёртый метод — создание класса.

ArtistAnimation

Примеры

• Захват кадров

Базовые классы анимации

Регистр записи

Для сопоставления имени записи с классом предоставлен реестр на уровне модуля, чтобы разрешить передачу строки в Animation.save вместо экземпляра записи.

Базовые классы записи

Для сокращения дублирования кода предоставляются базовые классы

и миксины

предоставлены.

См. исходный код, чтобы узнать, как легко реализовать новые MovieWriter классы.