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首先#xff0c;通过导入必要的库#xff0c;包括NumPy用于数学运算和Matplotlib库用于数据可视化。随后#xff0c;创建图形和轴#xff0c;初始化点的位置#xff0c;以及编写初始化函数和更新函数。
初始化函… 文章目录 概要生成背景图添加点动画添加文本显示小结 概要
首先通过导入必要的库包括NumPy用于数学运算和Matplotlib库用于数据可视化。随后创建图形和轴初始化点的位置以及编写初始化函数和更新函数。
初始化函数负责设置图形的初始状态包括坐标轴的范围等。更新函数则定义了动画每一帧的变化这里以cos函数为例计算点的新坐标位置。
通过FuncAnimation类设置动画的帧数、初始化函数、更新函数等参数最后调用plt.show()显示动画。
生成背景图
在绘制动画之前首先需要生成cos函数的背景图。这个步骤非常简单与通常使用Matplotlib进行绘图的方法相似。
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as pltdef generate_background():x np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)y np.cos(x)# 创建图形并绘制cos函数fig plt.figure()plt.plot(x, y)# 添加网格线plt.grid(ls--)# 保存生成的背景图plt.savefig(cos_background.png)# 显示图形可选plt.show()# 调用函数生成背景图
generate_background() 添加点动画
这一步使用animation库,往代码里添加动画点。
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animationdef update_points(num):point_ani.set_data(x[num], y[num])return point_ani,def add_animation_points():global point_ani, x, yx np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)y np.cos(x)# 创建图形并绘制cos函数fig plt.figure()plt.plot(x, y)# 初始化动画点point_ani, plt.plot(x[0], y[0], ro)# 添加网格线plt.grid(ls--)# 创建动画ani animation.FuncAnimation(fig, update_points, np.arange(0, 100), interval100, blitTrue)# 保存动画为gif文件ani.save(cos_animation.gif, writerimagemagick, fps10)# 显示动画可选plt.show()# 调用函数添加动画点
add_animation_points() 解释
在以上代码中首先定义了一个名为 update_points 的函数该函数用于更新绘制图像中的数据点。函数的输入参数 num 代表当前动画的第几帧函数的返回值即为我们需要更新的对象。
接下来将该函数传入 FuncAnimation 函数中其主要参数介绍如下
fig: 当前绘图对象
update_points: 更新动画的函数
np.arange(0, 100): 动画帧数这里需要是一个可以迭代的对象
interval: 动画的时间间隔
blit: 是否开启动画渲染最后保存动画为 GIF 文件并可以选择显示动画效果。
添加文本显示
上述代码已经实现了简单的点动画效果。
可以对上述代码进行少量修改以支持文本的显示并在不同条件下展示不同的点样式。
在 update_points 函数中添加一些额外的代码逻辑即可实现上述效果。 def update_points_v3(num):point_ani.set_data(x[num], y[num])if num % 5 0:point_ani.set_marker(*)point_ani.set_markersize(12)else:point_ani.set_marker(o)point_ani.set_markersize(8)text_pt.set_position((x[num], y[num]))text_pt.set_text(x%.2f, y%.2f % (x[num], y[num]))return point_ani, text_pt,
完整代码
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animationdef update_points(num):point_ani.set_data(x[num], y[num])text_pt.set_position((x[num], y[num]))text_pt.set_text(x%.2f, y%.2f % (x[num], y[num]))return point_ani, text_ptdef update_points_v2(num):# 每隔5帧改变点的样式if num % 5 0:point_ani.set_marker(*)point_ani.set_markersize(12)else:point_ani.set_marker(o)point_ani.set_markersize(8)# 更新动画点和文本显示point_ani.set_data(x[num], y[num])text_pt.set_position((x[num], y[num]))text_pt.set_text(x%.2f, y%.2f % (x[num], y[num]))return point_ani, text_ptdef add_animation_points():global point_ani, text_pt, x, yx np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)y np.cos(x)# 创建图形并绘制cos函数fig plt.figure()plt.plot(x, y)# 初始化动画点和文本point_ani, plt.plot(x[0], y[0], ro)text_pt plt.text(x[0], y[0], x%.2f, y%.2f % (x[0], y[0]), haright, vabottom)# 添加网格线plt.grid(ls--)# 创建动画ani animation.FuncAnimation(fig, update_points_v2, np.arange(0, 100), interval100, blitTrue)# 保存动画为gif文件ani.save(cos_animation.gif, writerimagemagick, fps10)# 显示动画可选plt.show()# 调用函数添加动画点
add_animation_points()
结果
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation# 定义常量
g 9.8 # 重力加速度
length 1.0 # 钟摆长度
theta0 np.pi / 4.0 # 初始摆角
time_interval 0.05 # 时间间隔# 计算角速度
omega0 0.0
omega omega0# 初始化时间和角度
t 0.0
theta theta0# 创建画布和子图
fig, ax plt.subplots()
ax.set_xlim(-1.5, 1.5)
ax.set_ylim(-1.5, 1.5)# 初始化绘制的对象
line, ax.plot([], [], o-, lw2)
time_template time %.1fs
time_text ax.text(0.05, 0.9, , transformax.transAxes)# 更新函数用于每一帧的绘制
def update(frame):global theta, omega, t# 计算新的角度和角速度alpha -g / length * np.sin(theta)omega alpha * time_intervaltheta omega * time_interval# 更新绘制的数据x [0, length * np.sin(theta)]y [0, -length * np.cos(theta)]line.set_data(x, y)# 更新时间文本t time_intervaltime_text.set_text(time_template % t)return line, time_text# 创建动画
ani animation.FuncAnimation(fig, update, framesrange(0, 100), intervaltime_interval * 1000, blitTrue)# 显示动画
plt.show() 小结
cos函数为例进行讲解,一步一步地实现了点随cos曲线运动的动画效果 物理模型 使用了简单的物理模型描述了两根相互连接的钟摆系统。每根钟摆都受到重力的作用同时第一根钟摆的运动会传递给第二根钟摆。
数学建模 应用了简单的物理方程包括角速度、角度和牛顿的运动方程来模拟钟摆的运动。
Matplotlib的Animation类 利用Matplotlib的Animation类实现了每一帧钟摆位置的更新和绘制。通过定时更新我们得到了一个生动的钟摆摆动的动画效果。
交互式展示 使用Matplotlib的plt.show()函数动画可以在图形界面中实时展示方便用户观察钟摆的运动。
