MatplotlibのアニメーションでX軸の範囲を動的に更新する方法

Matplotlibのアニメーション機能を使うと、グラフを描画しながらX軸の表示範囲（xlim）をフレームごとに動的に変更できます。本記事では、FuncAnimationを活用してX軸の値を更新する具体的な手順とサンプルコードを紹介します。

実装の手順

X軸の値をMatplotlibアニメーションで更新するには、以下の手順に従います。

• 図のサイズを設定し、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。
• plt.subplots()を使って、図（figure）とサブプロット（axes）を作成します。
• NumPyを使用して、xデータとyデータの点を生成します。
• 軸オブジェクト（ax）のplot()メソッドでx・yのデータをプロットします。
• フレームごとに呼び出される関数animateを定義し、その中でset_xlim()によりX軸の範囲を更新します。この関数を繰り返し呼び出すことでアニメーションを実現します。
• show()メソッドを使って図を表示します。

サンプルコード

import matplotlib.pylab as plt
import matplotlib.animation as animation
import numpy as np

# 図のサイズとレイアウトの自動調整を設定
plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.50, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True

fig, ax = plt.subplots()
x = np.linspace(0, 15, 100)
y = np.sin(x)

ax.plot(x, y, lw=7)

def animate(frame):
   # フレーム番号に応じてX軸の右端を更新
   ax.set_xlim(left=0, right=frame)

ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, frames=10)

plt.show()

コードの解説

このサンプルでは、0から15までの範囲で100個の等間隔な点を生成し、その正弦波（sinカーブ）を太い線で描画しています。

ポイントとなるのはanimate(frame)関数です。FuncAnimationは引数frames=10に従って0から9までのフレーム番号を順番に生成し、各フレームでanimate関数を呼び出します。関数内のax.set_xlim(left=0, right=frame)により、X軸の右端がフレーム番号に合わせて0→1→2…と拡大していきます。その結果、正弦波のグラフが左から右へ徐々に「開いていく」ようなアニメーション効果が得られます。

なお、アニメーションをGIFやMP4として保存したい場合は、ani.save("animation.gif", writer="pillow")のようにsave()メソッドを利用すると便利です。

実行結果

上記のコードを実行すると、X軸の表示範囲がフレームごとに広がっていくアニメーションが表示されます。