1 引言

利用Python的Matplotlib-Animation库可以制作酷炫的数学公式动画,官方教程可访问链接.
本文为了清晰说明如何利用Animation类来实现动画效果,这里采用介绍一个点沿cos函数运动的例子来进行详细说明,其他复杂的动画效果也可据此原理进行类比扩展.

cos函数点运动示例

二阶钟摆示例

2 动画实现

这里主要以讲述上面的cos函数点运动的动画实现.

2.1 准备背景

在绘制动画前,我们需要将cos函数的背景图绘制出来. 这一步很简单,与我们平常使用matplotlib绘图一样.

def test1():x = np.linspace(0,2*np.pi,100)y = np.cos(x)fig = plt.figure()plt.plot(x,y)plt.grid(ls='--')plt.savefig("cos_test1.png")plt.show()

结果如下:

2.2 往背景中添加动画点

这一步我们使用animation库,往代码里添加动画点,我们先看代码,然后进行解释:

def update_points(num):point_ani.set_data(x[num], y[num])return point_ani,def test2():global point_ani,x,yx = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)y = np.cos(x)fig = plt.figure()plt.plot(x, y)point_ani, = plt.plot(x[0], y[0], "ro")plt.grid(ls="--")ani = animation.FuncAnimation(fig, update_points, np.arange(0, 100), interval=100, blit=True)ani.save('cos_test2.gif', writer='imagemagick', fps=10)plt.show()

结果如下:

[解释]
上述代码中,首先定义了一个函数 update_points ,该函数主要用于更新绘制图像中的数据点. 此函数的输入参数 num 代表当前动画的第几帧,函数的返回,即为我们需要更新的对象.接下来就是将该函数传入到FuncAnimation函数中,其主要参数介绍如下:

fig: 当前我们绘图对象
update_points: 更新动画的函数
np.arange(0,100): 动画帧数,这里需要是一个可以迭代的对象
interval: 动画的时间间隔
bit: 是否开启动画渲染

2.3 往背景中添加动画样式

上面代码所实现的动画效果相对来说比较单一，查阅官方文档后,我们可以继续往其中添加一些文本显示，或者在不同的条件下改变点样式。
想要达到上述效果也非常容易，只需在update_points函数中添加一些额外的代码控制逻辑即可。

def update_points_v2(num):if num % 5 == 0:point_ani.set_marker("*")point_ani.set_markersize(12)else:point_ani.set_marker("o")point_ani.set_markersize(8)point_ani.set_data(x[num], y[num])text_pt.set_text("x=%.2f, y=%.2f" % (x[num], y[num]))return point_ani, text_pt,def test3():global x,y,point_ani,text_ptx = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)y = np.cos(x)fig = plt.figure()plt.plot(x, y)point_ani, = plt.plot(x[0], y[0], "ro")plt.grid(ls="--")text_pt = plt.text(4, 0.8, '', fontsize=16)ani = animation.FuncAnimation(fig, update_points_v2, np.arange(0, 100), interval=100, blit=True)ani.save('cos_test3.gif', writer='imagemagick', fps=10)plt.show()

在函数update_points_v2中,我们添加了文本显示,显示移动点(x,y)的坐标值,同时我们实现了每隔5个点,我们将显示点的形状由圆点修改为五角星形状.结果如下:

观察上面的图像,我们希望显示的文本可以随着点的移动而移动,此时我们只需将更新动画函数修改成如下形式即可:

def update_points_v3(num):point_ani.set_data(x[num], y[num])if num % 5 == 0:point_ani.set_marker("*")point_ani.set_markersize(12)else:point_ani.set_marker("o")point_ani.set_markersize(8)text_pt.set_position((x[num], y[num]))text_pt.set_text("x=%.2f, y=%.2f" % (x[num], y[num]))return point_ani, text_pt,

最终效果展示如下:

3 总结

本文以cos函数为例进行讲解,一步一步地实现了点随cos曲线运动的动画效果,方便童鞋们熟悉Matplotlib的Animation类的基本使用方法,了解Python制作动画效果的背后原理.

您学废了嘛?

4 参考

参考链接一
参考链接二

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