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, которые обрабатывают «блиттинг» (для существенного повышения производительности в реальном времени), неблокирующийся режим, предотвращение многократного запуска/остановки цикла событий GUI, обработку повторов, нескольких анимированных осей и лёгкого сохранения анимации в файл фильма.

«Блиттинг» — это стандартная техника в компьютерной графике. Суть в том, чтобы взять существующую растровую карту (в нашем случае, в основном растрированную фигуру) и затем наложить на неё ещё один элемент. Таким образом, управляя сохранённой «чистой» растровой картой, мы можем перерисовать только те элементы, которые меняются в каждом кадре, и, возможно, существенно сэкономить время. Если 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 многие детали (например, обновление фона при изменении размера фигуры или полном перерисовке). Однако, этот, надеюсь, минималистичный пример даёт представление о том, как init_func и func используются внутри FuncAnimation и о теории работы «блиттинга».

Ожидаемая сигнатура функций func и init_func очень проста, чтобы FuncAnimation не занималась вашей логикой работы с данными и построения графиков, но это означает, что вызываемые вами объекты должны знать, за какими элементами они должны следить. Есть несколько подходов к решению этой задачи, разной сложности и степени инкапсуляции. Самый простой подход, который отлично работает в случае скрипта, заключается в определении элементов 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, = 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 — использовать 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 — использовать замыкания для создания необходимых элементов и функций. Четвёртый метод — создать класс.

ArtistAnimation

Примеры

• Захват кадров

Базовые классы анимации

Регистр писателей

Для сопоставления имени писателя с классом предоставляется регистр на уровне модуля, что позволяет передать строку в Animation.save вместо экземпляра писателя.

Базовые классы писателей

Для сокращения дублирования кода предоставляются базовые классы

и миксины

См. исходный код для простого внедрения новых MovieWriter классов.