在Matplotlib动画模块中管理动态绘图。

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我想要一个可以迭代绘制图形的图表,允许跳到下一帧、停止并返回到上一帧。
我已经查看了 matplotlib 动画模块,如果有一种实现上一帧功能的方法(例如在按下键时向后运行动画几帧),那就完美了。
最好能做到像这样:
def update_frame(i, data):
    fig.set_data(data[i])

但是希望我可以明确地控制迭代器 i 是增加还是减少。

在 matplotlib 中有方法能够实现这个吗? 或者我应该寻找另一个 Python 模块呢?

2个回答

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FuncAnimation类允许将生成器函数提供frames参数。预期该函数会产生一个值,该值会在动画的每一步中被提供给更新函数。

FuncAnimation文档中指出:

frames:可迭代对象、整数、生成器函数或None,可选项
[..]
如果是生成器函数,则必须具有签名
def gen_function() -> obj:
在所有这些情况下,frames中的值只是简单地通过到用户提供的func,因此可以是任何类型。

我们现在可以创建一个生成器函数,它可以产生正向或反向的整数,以便动画可以正向enter image description here或反向enter image description here运行。为了控制动画,我们可以使用matplotlib.widgets.Button并创建一步前进enter image description here或后退enter image description here功能。这类似于我回答关于循环遍历一组图像的问题my answer
以下是一个名为Player的类,它是FuncAnimation的子类,并将所有内容合并在一起,允许启动和停止动画。它可以类似于FuncAnimation进行实例化。
ani = Player(fig, update, mini=0, maxi=10)

其中update是一个更新函数,需要一个整数作为输入,minimaxi表示函数可以使用的最小和最大数字。该类存储当前索引值的值(self.i),因此如果动画停止或恢复,它将从当前帧重新开始。

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()

enter image description here


注意:这篇文章并没有以允许blitting的方式编写。

谢谢您的解释。我并没有想到可以通过使用生成器来解决这个问题。 - LemurPwned
我尝试将生成器传递给FuncAnimationframes,并且该生成器已经成功地将数据流式传输到我的动画制作器中,直到最后一次迭代,在.../site-packages/matplotlib/animation.py",第1750行的_init_draw函数内部,我收到了一个StopIteration`回溯。 - crypdick
@importanceofbeingernest 我也尝试过设置 repeat=Falseinterval=1 - crypdick
谢谢!这应该是一个matplotlib的例子。 - etiennedm
如果我没有在这个帖子的正确位置发布这个评论,我很抱歉。我尝试过实验,但我不知道如何修改它,使得当图形打开时,绘图不会立即运行。(我相信只需修改一行代码即可完成。) - fishbacp

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如果要使用动画模块得到正确的答案,请参见 ImportanceOfBeingErnest的答案

我对您的预期功能有多个问题。动画的进度如何与反向播放配合工作?会有一个视频,但按下按钮会开始回放吗?还是应该有单独的帧步骤?我不确定我理解动画如何与这个反转特性耦合; 我认为 matplotlib 动画本质上就是电影。

我的另一个问题是技术问题:我不确定 matplotlib 动画能否完成此操作。 文档说明 FuncAnimation 表面上执行的操作。

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

其中frames本质上是一个可迭代对象。在动画期间动态调整frames似乎对我来说不是很直观,所以这是一个技术障碍。

实际上,你描述的功能在我的想法中更适合基于小部件的方法。 按钮可以传播“动画”,或者您可以使用复选框修改下一步是向前还是向后。这是我所说的简单概念证明:

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不是很有经验,因此不要期望上述内容符合该主题的最佳实践。我还添加了一些其他参数以便传递,因为我不喜欢使用全局名称,但在这种情况下可能有点迷信;老实说,我无法确定。此外,如果您在类或函数内定义这些对象,请确保保留对小部件的引用,否则它们可能会在意外垃圾回收时变得无响应。
生成的图形具有用于绘制散点图的轴线,并且有两个按钮以增加切片索引。数据的形状为(ndat,100,2),其中尾随索引在2d空间中定义了100个点。一个特定的状态:

example result

(这不一定要那么丑,我只是不想纠结于设计。)

我甚至可以想象一个设置,其中一个计时器自动更新图表,并且更新的方向可以使用小部件设置。我不确定如何正确地完成此操作,但我会尝试追求这种可视化类型的路径。

还请注意,上述方法完全缺少 blitting 和其他优化,FuncAnimation 会执行这些,但这不会影响您的可视化效果。


你说:“在动画期间动态调整帧似乎对我来说并不简单。” 你可以查看我的答案 来了解如何实现。主要的观点是frames可以被赋予一个生成器函数。 - ImportanceOfBeingErnest
@ImportanceOfBeingErnest 谢谢,我也说过我是GUI新手;) 我看到了生成器函数选项,但它让我觉得在回调之间操纵函数没有简单的方法。干得好! - Andras Deak -- Слава Україні
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谢谢,这个答案真的很有帮助。 - LemurPwned
抱歉!我会将我的建议移动到讨论中更合适的位置。谢谢。 - fishbacp
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@fishbacp 不用担心。但这是2017年的答案,可能是我唯一看过mpl动画的时候:) 如果我能帮到你,请告诉我。但Ernest的答案可能更适合你的目的。 - Andras Deak -- Слава Україні

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