[matplotlib animation] 3.球のz軸回転アニメーション

はじめに
コード
解説
まとめ
参考

はじめに

この記事はmatplotlibのmplot3dを使用して3D球体モデルをZ軸周りに回転させるアニメーションの作成方法を解説しています。Pythonを使った3Dアニメーションの実装について、基本から応用まで詳しく説明されています。

コード

解説

下記では、視点を回転させるアニメーションを作成しました。今回は、プロット自体を軸に対して回転するアニメーションを作成しました。

[matplotlib 3D] 14. 3Dグラフの回転アニメーション

matplotlibのmplot3dを使用して3Dグラフの回転アニメーションを作成する方法を解説します。動画として保存する手順や回転角度の制御など、3Dビジュアライゼーションを動的に表現するための基本テクニックを紹介します。

モジュールのインポート

3Dグラフにする設定

プロットするデータの生成

u, v は極座標でいうθとφとなります。極座標で球は以下の式で表せられます。

$$x=rcos\theta sin\phi, y=rsin\theta sin\phi, z=rcos\phi$$

プロットできるようにするために、meshgrid状のデータを作成します。
np.outer()は外積で、2つのデータの要素の全てを掛け合わせます。
np.size()は要素を返してくれるのでnp.size(u)は100となります。
np.ones(np.size(u))はnp.ones(100)となるので1が100個のデータができることになります。

軸の範囲、ラベルの設定

~~ax.set_aspect(‘equal’)は3dグラフでは使えません。~~

3D surfaceグラフの作成

plotは[]で囲んでリストにする必要があります。

アニメーションで表示するグラフの設定

このアニメーションは、plot[0]を随時更新することで実現します。

そのため、まず前のグラフをremove()メソッドで削除します。

次に、回転したデータを生成します。Z軸周りの回転角をγとすると、角度γ回転したときの式は次のようになります：

$$x’=xcos\gamma – ysin\gamma\\y’=xsin\gamma + ycos\gamma\\z=z$$

アニメーションの設定

FuncAnimationを使用してアニメーションを作成します。figオブジェクトにupdateアニメーションを描画し、フレーム数は100に設定します。intervalが100msであるため、アニメーション全体の長さは10秒になります。fargsパラメータにはupdate関数へ渡す引数（x、y、z、uおよびplot）を指定する必要があります。

また、.to_html5_video()メソッドを使用することで、アニメーションをHTML5形式で表示できます。

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