[matplotlib animation] 83.ロケットで斜方投射

matplotlib

はじめに

matplotlibのFuncAnimationで斜方投射のアニメーションをロケットの画像を用いて表示する。ロケットは常に進行方向を向くようにskimage.transform.rotateで回転させる。

コード

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解説

モジュールのインポートなど

バージョン

時間の設定

np.arangeで18 sまで0.05刻みで時間データを作成する。配列のサイズは360となる。
重力加速度は9.8 m/sとした。

初期位置と初速度の設定

初期位置を(0,0)とした場合、初速度を100として打ち上げる。
v_x、v_yで45°(π/4)で投射したときの横方向、縦方向の速度をそれぞれ求める。

位置の変化

x,yで横方向、縦方向の位置の変化をそれぞれ求める。

角度の計算

np.arctanで2点のなす角度を計算する。図示すると以下のようになる。

skimageのrotateに適用させるため、データを反転させる。図示すると以下のようになる。

地面に到着する時間

t0で地面に到着する時間を求める。
地面に到着する時間のインデックスもnp.argmin(np.abs(t-t0))で求める。

データのスライス

データの表示

画像の読み込み

plt.imread(image)で画像を読み込む。画像は下記サイトのものを用いた。

ロケットのイラスト
いらすとやは季節のイベント・動物・子供などのかわいいイラストが沢山見つかるフリー素材サイトです。

この画像は斜めに傾いたロケットなので、下記記事と同様に方法で画像を回転し、上を向いたロケットの画像を読み込んだ。

[scikit-image] 87. rotateで画像の中心を原点として回転する(skimage.transform. rotate)
skimage.transformのrotateで画像を中心を原点として回転させる方法について説明する。

プロットの表示

画像をOffsetImage(image, zoom=.1)でOffsetImageとし、AnnotationBboxで(x[0], y[0]+10)の位置に表示する。図に表示するためにax.add_artist(annotation)とする。

アニメーションで表示

transform.rotateで画像の角度を進行方向に向ける。回転した画像をOffsetImageで読み込み、annotation.xybox = (x[i],y[i]+10)で画像の位置を変化させる。
annotation.offsetbox = im_rrでannotationの画像を回転した画像に変更する。

FuncAnimationでアニメーションを表示する。frame数をt.shape[0]-1、intervalを20msとし、6秒弱のアニメーションとする。
HTML(ani.to_html5_video())により、jupyter notebook またはjupyter lab上にアニメーションを表示できる。

ani.save(‘ファイル名’, writer=”ffmpeg”,dpi=100)でアニメーションをMP4形式で保存することができる。

参考

[matplotlib animation] 1. プロットのマーカーを画像としてアニメーション表示
matplotlibのFuncAnimationとAnnotationBboxでタートルグラフィックスのようなアニメーション。
Module: transform — skimage v0.18.dev0 docs
matplotlib.offsetbox — Matplotlib 3.1.0 documentation

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