python - 表面动画和使用 matplotlib 保存

Question

我尝试做一个非常简单的动画并用 matplotlib 保存它，但没有成功。例如，我想看到一些振荡:这是我能做的最好的

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

#Define x,y vectors and meshgrid with function u on it

x = np.arange(0,10,0.1)
y = np.arange(0,10,0.1)
X,Y = np.meshgrid(x,y)
u = np.sin(X + Y)

#Create a figure and an axis object for the surface
#(which by the way is not initialized, because I don't know were to)

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111,projection='3d')

#Define a kind-of animation function, imitating what I saw many times

def animate(n):
    global u
    for n in (1,20):
        u = np.sin((X + Y)*n)
    return fig,     

#I'm missing many commands, I'm just putting what I know

anim = animation.FuncAnimation(fig,animate)
anim.save('A.mp4',fps=10)

我阅读了大量在线文档，包括官方文档，但我找不到表面随时间演变的明确示例。我还发现很难掌握使用 matplotlib 构建绘图背后的逻辑(我阅读了有关图形、关联的对象、轴、其他对象……我感到困惑)，但我也在自学它以备考试和我不是一个真正的技术人员，所以也许这就是我遇到这么多麻烦的原因；从根本上说，如果您回答并能多花两分钟更详细地描述您在做什么，您会让我非常高兴。非常感谢您的帮助。

Answer 1

首先，您必须设置表面的数学域，它对于每个动画帧都是恒定的，因此您可以在开始时这样做:

x = np.arange(0,10,0.1)
y = np.arange(0,10,0.1)
X,Y = np.meshgrid(x,y)

然后你可以初始化图:

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111,projection='3d')

这里是动画的东西，你必须定义一个函数来描述一个动画帧和下一帧之间的变化。首先你必须从图中清除你在前一帧中已经绘制的内容，这样你就可以使用 ax.cla()。
然后是数学部分:您必须定义您的函数以及它如何随时间变化。注意animate函数有一个参数，在你的例子中是n，每帧增加1，你可以用它来描述连续帧之间发生了什么变化。例如，如果我写 u = np.sin((X + Y) + n) 那么正弦曲面将在每次迭代中增加其相位，因此它将“向前移动”；您可以重新定义此等式，以便通过正确使用 n 参数来实现您的目标。
然后是使用 ax.plot_surface(X, Y, u) 绘制曲面的时候了。这不是强制性的，但我建议修复轴限制，以改进动画，使用 ax.set_zlim(-2, 2)。
这样，animate 函数定义为:

def animate(n):
    ax.cla()

    u = np.sin((X + Y) + n)

    ax.plot_surface(X, Y, u)
    ax.set_zlim(-2, 2)

    return fig,

最后，您必须使用您想要的参数设置 FuncAnimation 对象:

anim = FuncAnimation(fig = fig, func = animate, frames = 10, interval = 1, repeat = False)

完整代码

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


x = np.arange(0,10,0.1)
y = np.arange(0,10,0.1)
X,Y = np.meshgrid(x,y)


fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111,projection='3d')


def animate(n):
    ax.cla()

    u = np.sin((X + Y) + n)

    ax.plot_surface(X, Y, u)
    ax.set_zlim(-2, 2)

    return fig,


anim = FuncAnimation(fig = fig, func = animate, frames = 10, interval = 1, repeat = False)
anim.save('A.mp4',fps=10)

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另一个改变表面公式的例子，如果你使用:

u = np.sin(5/2/np.pi*n)*np.sin((X + Y))

在 animate 函数中，表面相位将保持不变，但正弦表面振幅将发生变化，遵循正弦函数，因此您将得到: