MatplotlibのFuncAnimationでアニメーションを作成する方法｜サブプロット活用の基本

Matplotlibでは、FuncAnimationクラスを利用することで、グラフを少しずつ更新しながら動的なアニメーションを簡単に作成できます。ここでは、サイン波を順次プロットしていくアニメーションを例に、その基本的な実装手順をわかりやすく解説します。

アニメーション作成の手順

• 図のサイズと余白の設定：figureサイズを指定し、サブプロット間および周囲のパディングを自動調整します。
• 図とサブプロットの作成：plt.subplots()でFigureとAxesを生成します。
• 初期化関数（init）の定義：各フレームの描画前に軸範囲などを設定するためのユーザー定義関数を用意します。
• FuncAnimationによるアニメーション生成：指定した関数をフレームごとに繰り返し呼び出すことでアニメーションを作成します。
• animate関数の定義：フレーム番号を受け取り、新しいデータ点を追加してラインオブジェクトを更新します。
• 表示：plt.show()メソッドでアニメーションを画面に表示します。

コード例

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.animation import FuncAnimation

plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.50, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True

fig, ax = plt.subplots()
xdata, ydata = [], []
ln, = plt.plot([], [], 'r*')

def init():
    ax.set_xlim(0, 100)
    ax.set_ylim(-1, 1)
    return ln,

def animate(frame):
    xdata.append(frame)
    ydata.append(np.sin(frame))
    ln.set_data(xdata, ydata)
    return ln,

ani = FuncAnimation(fig, animate, init_func=init, blit=True, frames=100)
plt.show()

コードのポイント

• init()関数：X軸を0〜100、Y軸を-1〜1に固定することで、フレームが切り替わっても軸スケールが変わりません。
• animate(frame)関数：引数frameには0から99までの整数が順に渡され、呼び出されるたびに座標(x, sin(x))がリストへ追加されます。
• blit=True：変更のあった部分のみを再描画するため、描画パフォーマンスが向上します。
• frames=100：アニメーションは合計100フレーム分生成されます。

実行結果

このコードを実行すると、赤い星形マーカー（r*）で描かれたサイン波が左から右へと徐々に描き進められるアニメーションが表示されます。なお、Jupyter Notebook上で確実に再生したい場合は、IPython.displayのHTML(ani.to_jshtml())を併用すると便利です。