MatplotlibのアニメーションをTkinterフレームに埋め込む方法

Matplotlibで作成したアニメーションをTkinterのフレームに埋め込むことで、GUIアプリケーションの中で動的なグラフを表示できます。本記事では、FigureCanvasTkAggとFuncAnimationを使って、Tkinterウィンドウ内にアニメーションを組み込む具体的な手順とサンプルコードを解説します。

実装の手順

• 図（figure）のサイズを設定し、サブプロット間および周囲のパディングを調整します。
• アプリケーションのメインウィンドウとなるTkのToplevelウィジェットを作成します。
• ウィジェットのタイトルを設定します。
• 現在の図に軸（axes）を追加し、現在の軸として設定します。
• 新しい図を作成するか、既存の図をアクティブ化します。
• サブプロット配置の一部として、図にaxを追加します。
• linewidth=2を指定してダミーの折れ線グラフを作成します。
• 図をレンダリングするためのキャンバスを作成します。
• 操作対象となるFigureCanvasを生成します。
• Tkinterウィンドウを終了できるよう、キー押下（keypress）イベントを登録します。
• 関数animateを繰り返し呼び出すことでアニメーションを生成します。
• 図を表示するには、mainloop()メソッドを使用します。

サンプルコード

import tkinter
from matplotlib.backends.backend_tkagg import (
    FigureCanvasTkAgg, NavigationToolbar2Tk)
from matplotlib.backend_bases import key_press_handler
from matplotlib import pyplot as plt, animation
import numpy as np

plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.00, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True

root = tkinter.Tk()
root.wm_title("Embedding in Tk")

plt.axes(xlim=(0, 2), ylim=(-2, 2))
fig = plt.Figure(dpi=100)
ax = fig.add_subplot(xlim=(0, 2), ylim=(-1, 1))
line, = ax.plot([], [], lw=2)

canvas = FigureCanvasTkAgg(fig, master=root)
canvas.draw()

toolbar = NavigationToolbar2Tk(canvas, root, pack_toolbar=False)
toolbar.update()

canvas.mpl_connect(
    "key_press_event", lambda event: print(f"you pressed {event.key}"))
canvas.mpl_connect("key_press_event", key_press_handler)

button = tkinter.Button(master=root, text="Quit", command=root.quit)
button.pack(side=tkinter.BOTTOM)

toolbar.pack(side=tkinter.BOTTOM, fill=tkinter.X)
canvas.get_tk_widget().pack(side=tkinter.TOP, fill=tkinter.BOTH, expand=1)

def init():
    line.set_data([], [])
    return line,

def animate(i):
    x = np.linspace(0, 2, 1000)
    y = np.sin(2 * np.pi * (x - 0.01 * i))
    line.set_data(x, y)
    return line,

anim = animation.FuncAnimation(fig, animate, init_func=init,frames=200, interval=20, blit=True)

tkinter.mainloop()

コードのポイント

FigureCanvasTkAggは、Matplotlibの図をTkinterウィジェットとして描画するためのクラスです。これにより、通常のTkinterウィジェットと同じようにpack()などでレイアウトを制御できます。また、NavigationToolbar2Tkを追加すると、ズームやパンなどの操作ツールバーも利用可能になります。

アニメーションの本体はanimation.FuncAnimationです。animate(i)関数がフレームごとに呼び出され、正弦波の位相を少しずつずらすことで波形が動いて見えます。blit=Trueを指定することで、変化した部分だけを再描画し、描画パフォーマンスが向上します。

実行結果

上記のコードを実行すると、Tkinterウィンドウ内で正弦波が左から右へ流れるようなアニメーションが表示されます。