[matplotlib 3D] 33. マーカーによるアニメーション

はじめに
コード
解説
アニメーション中に3Dグラフの表示範囲を変化させる場合
パフォーマンスの最適化とヒント
まとめ
参考

はじめに

matplotlibのmplot3dモジュールとFuncAnimationクラスを組み合わせることで、3D空間内でマーカーが動くアニメーションを作成できます。この記事では、その詳細を解説します。

コード

解説

モジュールのインポート

バージョン

3D figureの作成

表示範囲の設定

xlim, ylim, zlimで表示範囲の設定をします。

データの生成

球のデータを生成します。3Dグラフにおける球の作成方法については以下で説明します。

[matplotlib 3D] 18. 3D surfaceプロットで球を表示

matplotlibのmplot3dを使用して3Dグラフ上にsurface plotで球体を表示する方法を解説します。球の方程式からメッシュグリッドを作成し、3次元空間に美しく球体を描画する手順を紹介します。

アニメーションの設定

plotデータとしてscat1とscat2を使用し、set_dataとset_3d_propertiesでデータを更新して順次表示することでアニメーションが作成できます。この際、「return scat1, scat2,」のようにプロットオブジェクトを返すことが必須となります。

アニメーションの表示

FuncAnimationをfigで実行します。frames=100は、animateメソッドの引数iが0から99まで変化することを意味します。また、interval=100は各フレーム間の間隔が100ミリ秒であることを示します。つまり、100ミリ秒×100フレームで、合計10秒のアニメーションになります。

アニメーション中に3Dグラフの表示範囲を変化させる場合

animate関数内で、ax.set(xlim=(x[:1+i,:].min(), x[:1+i,:].max()), ylim=(y[:1+i,:].min(), y[:1+i,:].max()))と設定すると、x軸とy軸が更新されるアニメーションになります。

コードをダウンロード(.pyファイル)

コードをダウンロード(.ipynbファイル)

パフォーマンスの最適化とヒント

ポイント数が多い場合は、blittingを有効にして描画パフォーマンスを向上させる
計算負荷の高い更新関数は、NumPyのベクトル化計算を活用して最適化する
アニメーションのスムーズさを保つには、フレーム数と間隔を適切に調整する
3D描画は2Dよりも計算負荷が高いため、処理能力に応じて複雑さを調整する

まとめ

matplotlibのmplot3dとFuncAnimationを組み合わせることで、3D空間内での様々なマーカーアニメーションを作成できます。基本的な動きから複雑な軌道追跡まで、目的に応じた表現が可能です。これらの技術を応用することで、データの時間的変化や空間的関係を直感的に理解しやすい形で可視化できます。