matplotlib.animation

FuncAnimation

Внутренняя работа FuncAnimation примерно такова:

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

с деталями для обработки «блиттинга» (чтобы значительно улучшить производительность в реальном времени), чтобы быть неблокирующим, не повторять запуск/остановку цикла обработки событий GUI, обрабатывать повторы, несколько осей анимации и легко сохранять анимацию в файл видео.

«Блиттинг» — это стандартная техника в компьютерной графике. Суть в том, чтобы взять существующий битмап (в нашем случае — в основном растрированную фигуру) и затем «блитнуть» на него ещё один элемент. Таким образом, управляя сохранённым «чистым» битмапом, мы можем перерисовать только те немногие элементы, которые изменяются в каждом кадре, и, возможно, сэкономить значительное количество времени. 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)

Это, конечно, опускает много деталей (например, обновление фона при изменении размера или полном перерисовании фигуры). Однако, надеюсь, этот минимальный пример даёт представление о том, как init_func и func используются внутри FuncAnimation и о теории работы «блиттинга».

Ожидаемая сигнатура для func и init_func очень проста, чтобы избавить FuncAnimation от вашей логики ведения записей и построения графиков, но это означает, что вызываемые объекты, которые вы передаёте, должны знать, за какими элементами им нужно следить. Есть несколько подходов к решению этой задачи, различающихся по сложности и инкапсуляции. Самый простой подход, который работает довольно хорошо в случае скрипта, заключается в определении элемента на глобальном уровне и предоставлении Python возможности разобраться со всем.

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

fig, ax = plt.subplots()
xdata, ydata = [], []
ln, = plt.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 «связывания» элементов с функцией. Третий метод — использование замыканий для создания необходимых элементов и функций. Четвёртый — создание класса.

ArtistAnimation

Примеры

• Захват кадров

Базовые классы анимации

Регистр записи

Предоставлен модульный реестр для сопоставления имени записи с классом, что позволяет передать строку в Animation.save вместо экземпляра записи.

Базовые классы записи

Для сокращения дублирования кода предоставлены базовые классы

и миксины

предоставлены.

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