Pythonのグラフ描画ライブラリMatplotlibではアニメーションも作成できますが、初めての人には少し複雑です…。
そこで、今回は
Matplotlibでアニメーションを描きたいけど、よくわからない！- 試しにやってみたけど、アニメーションが動かない…。
という方のために、
Matplotlibでアニメーションを超簡単に作成・保存する方法- アニメーション作成用の超基本テンプレ
を画像・サンプルコード付きで紹介していきます！
今回は、初心者の方向けにArtistAnimationでサクッとアニメーションを作成する方法を紹介しています。
- Matplotlibでアニメーションを作成する２つの方法
- Jupyter Notebookの場合の注意点
- ArtistAnimationでアニメーション作成
- 【応用編】複数要素を同時にアニメーション化
- アニメーションの保存方法
- まとめ
Matplotlibでアニメーションを作成する２つの方法
Matplotlibでアニメーションを作成するには、matplotlib.animationモジュールのクラスを使用します。
ArtistAnimationクラスかFuncAnimationクラスを使いますが、それぞれ次のような特徴があります。
ArtistAnimationクラス：- 事前にグラフ要素を複数作成
- それらを組み合わせてアニメーションにする
FuncAnimationクラス：- 事前にグラフ更新用関数を作成
- 関数を実行しながらアニメーションにする
今回は、比較的簡単なArtistAnimationクラスの使い方を紹介します。
Jupyter Notebookの場合の注意点
Jupyter Notebookの場合、%matplotlib inlineでMatplotlibを読み込んでも、アニメーションは表示できません。
Jupyter Notebook上でアニメーションを表示するには、Matplotlib読み込み時に次のコードを実行します。
%matplotlib notebook
from matplotlib import pyplot as plt
%matplotlib notebookで読み込むと、Matplotlibのバックエンド（内部処理方法）が変更されて、動画を表示できるようになります。
%matplotlibについて、詳しく知りたい方は次の記事をチェックしてください。
ArtistAnimationでアニメーション作成
アニメーション作成では、
ArtistAnimationクラスのanimオブジェクトを作成すること
が一つ目のゴールになります。
from matplotlib.animation import ArtistAnimation
anim = ArtistAnimation(fig, artist)
ArtistAnimationの必須引数の意味は次の通りです。
| 引数名 | 解説 |
|---|---|
Fig |
アニメーションを描くfigure |
Artists |
アニメーション化するグラフ要素のリスト |
Matplotlibでは、グラフの要素はartistと名付けられているので、引数名もartistsとなっています。
ArtistAnimationでは、
- 事前にグラフ要素（
artist）を複数用意、リスト化（artists） artistsを組み合わせてアニメーションにする
と考えるとわかりやすいです。
図にすると次のようなイメージです。
ArtistAnimationの基本形
基本的には次の手順を踏みます。
- 必要なモジュールの読み込み
- グラフ領域の作成 ⇒
figの準備 - アニメーション用のグラフ要素リストの作成 ⇒
artistsの用意 - アニメーション化 ⇒
ArtistAnimationインスタンス作成
簡単なアニメーションを例に、手順を見ていきましょう。
# 1. 必要なモジュールの読み込み
%matplotlib notebook
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib.animation import ArtistAnimation
# 2.グラフ領域の作成
fig, ax = plt.subplots()
# 3. グラフ要素のリスト（artists）作成
artists = []
for i in range(100):
x = np.linspace(0, 4*np.pi)
y = np.sin(x - i/100 * 2*np.pi)
artist = ax.plot(x, y,"blue")
artists.append(artist)
# 4. アニメーション化
anim = ArtistAnimation(fig, artists)
plt.show()
これを実行すると次のようなアニメーションが出力されます。
ポイントは、3. アニメーション要素のリスト作成です。
i = 0~99で、for文を回しながら、グラフ要素（artist）を複数作成- 全
artistをリストartistsに追加
これで、アニメーション要素のリストartistsが作成されます。
最後に
ArtistAnimationクラスで、artistsをもとにしたanimオブジェクト作成plt.show()で表示
しています。
引数によるアニメーションの詳細設定
オプショナル引数で、アニメーションの作成方法の詳細設定が可能です。
| 引数名 | 解説 |
|---|---|
interval |
フレームの間隔 デフォルト： 200ミリ秒 |
repeat_delay |
動画を繰り返す場合、繰り返し間の待機時間 デフォルト： 0ミリ秒 |
repeat |
動画を繰り返すかどうかTrue or Falseデフォルト： True |
blit |
ブリッティングするかどうかTrue or Falseデフォルト： False |
ブリッティングとは、アニメーション作成時の処理手法です。ブリッティングした方が、処理が高速になります。
以下は、intervalを調整した例です。
anim = ArtistAnimation(fig, artists, interval=10, repeat_delay=1000)
plt.show()
フレームの間隔を短くしています。
【応用編】複数要素を同時にアニメーション化
ArtistAnimationの引数artistをリスト内リスト形式にして、複数の要素をアニメーション化するように設定できます。
次のように各フレームの要素を一つのリストとして、リスト内リストを作成します。
artists = [[frame1の要素1, frame1の要素2,...],
[frame2の要素1, frame2の要素2,...],
[frame3の要素1, frame3の要素2,...],...]
これを利用して、
- タイトルやテキストを更新するアニメーション
- 複数グラフのアニメーション
を作成する方法を紹介します。
【応用編①】タイトルやテキストを更新するアニメーション
plt.text()を利用して、タイトルとテキストを更新するアニメーションを作成してみます。
# 3. アニメーション要素のリスト
artists = []
for i in range(100):
x = np.linspace(0, 4*np.pi)
y = np.sin(x - i/100 * 2*np.pi)
# アニメーション化する要素の準備
my_line, = ax.plot(x, y,"blue")
my_text = ax.text(0, y[0], " ⇐ inlet", color="darkblue", size ="large")
my_title = ax.text( 4.5, 1.15, f"Count = {i}", size="xx-large")
# アニメーション化する要素をリスト化
artists.append([my_line, my_text, my_title])
# 4. アニメーション化
anim = ArtistAnimation(fig, artists, , interval=50)
plt.show()
次のようなアニメーションになります。
artists.append([my_line, my_text, my_title])で、各フレームの更新要素をリスト内リストにしている点がポイントです。
ax.title()はアニメーションに対応していないので、タイトルもax.text()で行います。
ax.text()について詳しく知りたい方は、次の記事をチェックしてください。
【応用編②】複数グラフのアニメーションを同時に表示
次のようにして、artistsを用意すると複数グラフのアニメーションを作成できます。
plt.subplots()で、サブプロット領域を複数用意- 各プロットを更新するように
artistsを用意
一つの図の中で、２つのプロットをアニメーション化する例を紹介します。
# 2.グラフ領域の作成
fig, axes = plt.subplots(1,2)
# 3. アニメーション要素のリスト
artists = []
for i in range(100):
x = np.linspace(0, 4*np.pi)
y = np.sin(x - i/100 * 2*np.pi)
my_line1, = axes[0].plot(x, y,"b")
my_line2, = axes[1].plot(y, x,"r")
# アニメーション化する要素をリスト化
artists.append([<a id="_Hlk60231885"></a>my_line1, my_line2])
# 4. アニメーション化
anim = ArtistAnimation(fig, artists, interval=10)
plt.show()
次のようなアニメーションになります。
artists.append([my_line1, my_line2])で、各フレームのグラフをリスト内リストにしている点がポイントです。
アニメーションの保存方法
保存には、作成したanimオブジェクトのsaveメソッドを使用します。
anim.save("ファイル名.拡張子")
ただし、保存形式によってそれぞれ必要な準備・設定があります。
ここでは、
- mp4形式
- gif形式
で保存する方法を紹介します。
mp4で保存
mp4で保存するためには、ffmpegという外部ライブラリを使用します。
使用環境に応じて、condaまたはpipでインストールする必要があります。
conda install ffmpeg
pip install ffmpeg-python
ffmpegをインストールできれば、
anim.save("ファイル名.mp4")
で保存可能です。
anim = ArtistAnimation(fig, artists)
anim.save("sin_anim.mp4")
# ⇒ カレントフォルダにmp4出力
ffmpegをインストールしておけば、比較的簡単に出力できますね。
gifで保存
アニメーションをgifで保存するためには、pillowという外部ライブラリを使用します。
インストールしていない場合は、condaまたはpipでインストールする必要があります。
conda install pillow
pip install Pillow
pillowをインストールしたら、
anim.save("ファイル名.gif", writer="pillow")
で保存可能です。
anim = ArtistAnimation(fig, artists)
anim.save("sin_anim.mp4")
# ⇒ カレントフォルダにgif出力
pillow以外にも、Imagemagickというものを使用する方法もありますが、pillowの方が簡単に設定できます。
まとめ
ArtistAnimationクラスで、アニメーションを作成する方法を紹介しました。
- 事前にグラフ要素（
artist）を複数用意、リスト化（artists） artistsを組み合わせてアニメーションにする
というところがポイントです！
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