[matplotlib animation] 66. 3次元ランダムウォークアニメーション

matplotlib Animation

はじめに

matplotlibのFuncAnimationで3次元のランダムウォークアニメーションを表示する。

コード

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解説

モジュールのインポート

3Dグラフなので from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D とする。

データの生成

3次元のx,y,zデータを極座標系で媒介変数によって生成する。このデータ生成方法は下記でも用いた。

[matplotlib 3D] 18. 3D surfaceプロットで球を表示
matplotlibのmplot3dをつかって、3Dグラフ上にsurface plotで球を表示する方法について解説する。

x,y,zをvstackでひとまとめにし、.Tによって転置する。
np.linalg.norm()でaxis=1とすることで各行における要素のノルムを求める。
求めたノルムで各要素をわることで各行の要素を規格化する。
np.vstack(([[0,0,0]],xyz))によりスタート地点を[0,0,0]とした。
positionは下記の1Dランダムウォーク、2Dランダムウォークの例と同様にnp.cumsum()により、累積和とすることで順次変化するランダムウォークの位置を取得した。

[matplotlib animation] 64. 1次元ランダムウォークアニメーション
matplotlibのFuncAnimationで1次元のランダムウォークアニメーションを表示する。
[matplotlib animation] 65. 2次元ランダムウォークアニメーション
matplotlibのFuncAnimationで2次元のランダムウォークアニメーションを表示する。

3次元のランダムウォークデータの表示

上記で作成したデータを表示すると以下のようになる。

上の図のx軸、y軸、z軸の表示範囲をax.get_xlim(), ax.get_ylim(), ax.get_zlim()で取得する。

アニメーションの表示

p1,で空のプロットを作成して、データを流し込んでいく。
x,yデータのセットには、set_dataを用いる。zデータのセットには、set_3d_propertiesを用いる。
x軸, y軸、z軸の表示範囲は、ax.set(xlim=xlim, ylim=ylim, zlim=zlim)のようにして先程取得したものを用いる。

ani = animation.FuncAnimationとし、このaniをHTML(ani.to_html5_video())とすることでjupyter lab(notebookも)上でアニメーションを表示できる。

参考

Animated 3D random walk — Matplotlib 3.1.2 documentation
numpy.random.choice — NumPy v1.15 Manual
numpy.cumsum — NumPy v1.19 Manual

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