在matplotlib中管理动态绘图Animation模块

nr7wwzry  于 2023-05-01  发布在  其他
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我想有一个迭代绘制的图形,允许跳到下一帧,停止它,并返回到前一帧。
我已经看过matplotlib动画模块,如果有一种方法来实现前一帧的功能(比如在按下一个键时向后运行动画几帧),它将是完美的
这样的东西会很好:

def update_frame(i, data):
    fig.set_data(data[i])

但是我可以显式地管理i迭代器是增加还是减少。
在matplotlib中有办法做到这一点吗?我应该寻找一个不同的python模块吗?

kd3sttzy

kd3sttzy1#

FuncAnimation类允许supply a generator functionframes参数。该函数将被期望产生一个值,该值被提供给动画的每个步骤的更新函数。
FuncAnimation doc声明:
frames:iterable,int,generator function,or None,optional [..]
如果是一个生成器函数,那么必须有签名
def gen_function() -> obj:
在所有这些情况下,帧中的值只是简单地传递给用户提供的func,因此可以是任何类型。
现在我们可以创建一个生成器函数,它可以向前或向后生成整数,这样动画就向前运行

或向后运行

。为了控制动画,我们可以使用matplotlib.widgets.Button s,并创建一个向前一步的

或向后一步的

功能。这类似于my answer关于循环通过一组图像的问题。
下面是一个名为Player的类,它是FuncAnimation的子类,并包含了所有这些,允许启动和停止动画。它可以类似于FuncAnimation进行示例化。

ani = Player(fig, update, mini=0, maxi=10)

其中update是一个更新函数,期望输入一个整数,minimaxi表示函数可以使用的最小和最大数字。该类存储当前索引的值(self.i),这样,如果动画停止或恢复,它将在当前帧重新开始。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.animation import FuncAnimation
import mpl_toolkits.axes_grid1
import matplotlib.widgets

class Player(FuncAnimation):
    def __init__(self, fig, func, frames=None, init_func=None, fargs=None,
                 save_count=None, mini=0, maxi=100, pos=(0.125, 0.92), **kwargs):
        self.i = 0
        self.min=mini
        self.max=maxi
        self.runs = True
        self.forwards = True
        self.fig = fig
        self.func = func
        self.setup(pos)
        FuncAnimation.__init__(self,self.fig, self.func, frames=self.play(), 
                                           init_func=init_func, fargs=fargs,
                                           save_count=save_count, **kwargs )    

    def play(self):
        while self.runs:
            self.i = self.i+self.forwards-(not self.forwards)
            if self.i > self.min and self.i < self.max:
                yield self.i
            else:
                self.stop()
                yield self.i

    def start(self):
        self.runs=True
        self.event_source.start()

    def stop(self, event=None):
        self.runs = False
        self.event_source.stop()

    def forward(self, event=None):
        self.forwards = True
        self.start()
    def backward(self, event=None):
        self.forwards = False
        self.start()
    def oneforward(self, event=None):
        self.forwards = True
        self.onestep()
    def onebackward(self, event=None):
        self.forwards = False
        self.onestep()

    def onestep(self):
        if self.i > self.min and self.i < self.max:
            self.i = self.i+self.forwards-(not self.forwards)
        elif self.i == self.min and self.forwards:
            self.i+=1
        elif self.i == self.max and not self.forwards:
            self.i-=1
        self.func(self.i)
        self.fig.canvas.draw_idle()

    def setup(self, pos):
        playerax = self.fig.add_axes([pos[0],pos[1], 0.22, 0.04])
        divider = mpl_toolkits.axes_grid1.make_axes_locatable(playerax)
        bax = divider.append_axes("right", size="80%", pad=0.05)
        sax = divider.append_axes("right", size="80%", pad=0.05)
        fax = divider.append_axes("right", size="80%", pad=0.05)
        ofax = divider.append_axes("right", size="100%", pad=0.05)
        self.button_oneback = matplotlib.widgets.Button(playerax, label=ur'$\u29CF$')
        self.button_back = matplotlib.widgets.Button(bax, label=u'$\u25C0$')
        self.button_stop = matplotlib.widgets.Button(sax, label=u'$\u25A0$')
        self.button_forward = matplotlib.widgets.Button(fax, label=u'$\u25B6$')
        self.button_oneforward = matplotlib.widgets.Button(ofax, label=u'$\u29D0$')
        self.button_oneback.on_clicked(self.onebackward)
        self.button_back.on_clicked(self.backward)
        self.button_stop.on_clicked(self.stop)
        self.button_forward.on_clicked(self.forward)
        self.button_oneforward.on_clicked(self.oneforward)

### using this class is as easy as using FuncAnimation:            

fig, ax = plt.subplots()
x = np.linspace(0,6*np.pi, num=100)
y = np.sin(x)

ax.plot(x,y)
point, = ax.plot([],[], marker="o", color="crimson", ms=15)

def update(i):
    point.set_data(x[i],y[i])

ani = Player(fig, update, maxi=len(y)-1)

plt.show()

注意:这并没有以允许blitting的方式编写。

acruukt9

acruukt92#

有关动画模块的正确工作答案,请参见the answer of ImportanceOfBeingErnest

我对您的预期功能有多个问题。动画的进度如何与反转一起工作?会不会有一个视频,但按下一个按钮就开始播放?还是应该有单独的框架步骤?我不确定我理解如何动画可以耦合到这个反转功能;我认为matplotlib动画本质上是电影。
我的另一个问题是技术性的:我不确定这可以用matplotlib动画来完成。文档解释说FuncAnimation表面上执行

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

其中frames本质上是可迭代的。在动画中动态调整frames对我来说并不简单,所以这是一个技术障碍。
实际上,您所描述的功能在我的脑海中以基于小部件的方式运行得更好。按钮可以传播“动画”,或者您可以有一个检查按钮来修改下一步是前进还是后退。这里有一个简单的概念证明我的意思:

import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.widgets import Button
import numpy as np # just for dummy data generation

# generate dummy data
ndat = 20
x = np.linspace(0,1,ndat)
phi = np.linspace(0,2*np.pi,100,endpoint=False)
dat = np.transpose([x[:,None]*np.cos(phi),x[:,None]*np.sin(phi)],(1,2,0))

# create figure and axes
fig = plt.figure()
ax_pl = plt.subplot2grid((5,5),(0,0),colspan=5,rowspan=3)  # axes_plot
ax_bl = plt.subplot2grid((5,5),(4,0),colspan=2,rowspan=1)  # axes_button_left
ax_br = plt.subplot2grid((5,5),(4,3),colspan=2,rowspan=1)  # axes_button_right

# create forward/backward buttons
butt_l = Button(ax_bl, '\N{leftwards arrow}') # or u'' on python 2
butt_r = Button(ax_br, '\N{rightwards arrow}') # or u'' on python 2

# create initial plot
# store index of data and handle to plot as axes property because why not
ax_pl.idat = 0
hplot = ax_pl.scatter(*dat[ax_pl.idat].T)
ax_pl.hpl = hplot
ax_pl.axis('scaled')
ax_pl.axis([dat[...,0].min(),dat[...,0].max(),
            dat[...,1].min(),dat[...,1].max()])
ax_pl.set_autoscale_on(False)
ax_pl.set_title('{}/{}'.format(ax_pl.idat,dat.shape[0]-1))

# define and hook callback for buttons
def replot_data(ax_pl,dat):
    '''replot data after button push, assumes constant data shape'''
    ax_pl.hpl.set_offsets(dat[ax_pl.idat])
    ax_pl.set_title('{}/{}'.format(ax_pl.idat,dat.shape[0]-1))
    ax_pl.get_figure().canvas.draw()

def left_onclicked(event,ax=ax_pl,dat=dat):
    '''try to decrement data index, replot if success'''
    if ax.idat > 0:
        ax.idat -= 1
        replot_data(ax,dat)

def right_onclicked(event,ax=ax_pl,dat=dat):
    '''try to increment data index, replot if success'''
    if ax.idat < dat.shape[0]-1:
        ax.idat += 1
        replot_data(ax,dat)

butt_l.on_clicked(left_onclicked)
butt_r.on_clicked(right_onclicked)

plt.show()

请注意,我对matplotlib小部件或GUI并不熟悉,所以不要期望上面的内容符合本主题的最佳实践。我还添加了一些额外的参数,在这里和那里传递,因为我不喜欢使用全局名称,但这在本文中可能有些迷信;我真的看不出来。另外,如果您在类或函数中定义这些对象,请确保保留对小部件的引用,否则当意外垃圾收集时,它们可能会变得无响应。
生成的图形具有用于绘制散点图的轴,并且有两个按钮用于递增切片索引。数据的形状为(ndat,100,2),其中尾部索引定义了2d空间中的100个点。特定状态:

(It不需要这么难看,我只是不想乱改设计。)
我甚至可以想象一个定时器自动更新绘图的设置,并且可以使用小部件设置更新的方向。我不知道如何才能正确地完成这一点,但我会努力追求这条道路,以获得你似乎所追求的那种可视化。
还要注意的是,上面的方法完全没有FuncAnimation可以做的blitting和其他优化,但希望这不会影响您的可视化。

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