matplotlibを使用して3Dアニメーションを作成する方法

matplotlibで3Dアニメーションを作成する手順

matplotlibを使って3Dアニメーションを作成するには、以下の手順に従います。

• 必要なパッケージをインポートします。3Dアニメーションでは、mpl_toolkits.mplot3dからAxes3Dを、matplotlib.animationモジュールをそれぞれインポートする必要があります。
• 図（figure）のサイズを設定し、サブプロット間および周囲の余白（パディング）を調整します。
• numpyを使用して、t、x、yおよびデータポイントを生成します。
• 新しい図を作成するか、既存の図をアクティブにします。
• 3D軸（Axes3D）のインスタンスを取得します。
• 軸を非表示にします（axis('off')）。
• データをもとに線をプロットします。
• animate関数を繰り返し呼び出すことでアニメーションを作成します。
• 図を表示するには、show()メソッドを使用します。

コード例

以下は、螺旋状の曲線が時間とともに描かれていく3Dアニメーションのサンプルコードです。フレームごとに線の色が変化し、透明度も設定されています。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

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

def animate(num, data, line):
    colors = ['#1f77b4', '#ff7f0e', '#2ca02c', '#d62728', '#9467bd', '#8c564b', '#e377c2', '#7f7f7f', '#bcbd22', '#17becf']
    line.set_color(colors[num % len(colors)])
    line.set_alpha(0.7)
    line.set_data(data[0:2, :num])
    line.set_3d_properties(data[2, :num])
    return line

t = np.arange(0, 20, 0.2)
x = np.cos(t) - 1
y = 1 / 2 * (np.cos(2 * t) - 1)
data = np.array([x, y, t])
N = len(t)
fig = plt.figure()
ax = Axes3D(fig)
ax.axis('off')

line, = plt.plot(data[0], data[1], data[2], lw=7, c='red')
line_ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, frames=N, fargs=(data, line), interval=50, blit=False)

plt.show()

実行結果

上記のコードを実行すると、以下のようなアニメーションが出力されます。cos関数を組み合わせた曲線が3D空間内で徐々に描画され、フレームの進行に合わせて線の色が変化していきます。

ポイント解説

• FuncAnimation：figに対してanimate関数をframes回（ここではN=100フレーム）繰り返し呼び出すことでアニメーションを実現します。interval=50は各フレーム間の間隔（ミリ秒）を指定しています。
• fargs引数：animate関数に渡す追加の引数（dataとline）を指定できます。
• set_3d_properties：3Dプロットにおいてz軸方向のデータを更新するために必須のメソッドです。