6.5 绘制酷炫的gif动态图

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6.5.1 准备工作

在 Jupyter Notebook 里要对动态图进行保存，需要 ImageMagick 这个超强大的图形处理软件的支持。

所以在往下学习之前，你需要先安装这个工具。安装方法请自行搜索引擎解决哈。

安装完成后，请打开 CMD 终端，检验一下是否成功安装，如果执行没有报错，则已成功安装。

magick --version

6.5.2 绘制原理

首先，我们要清楚的是，matplotlib 只能对静态图进行绘制展示。那么动态图是如何实现的？动态图和视频一样，都是由一帧一帧的画面组合而成。将这些画面拼接起来的工作，就是由 ImageMagick 来完成的。

问题又来了，如何在程序里可以生成这些一帧一帧的画面呢？

matplotlib 给我们提供了一个函数，animation.FuncAnimation 用它我们就可以很轻松的完成这些画面展示。最后才能交由 ImageMagick 来处理。

接下来，来看看绘制的整体代码框架（伪代码）。

# 导入相关模块
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from IPython.display import Image
from matplotlib.animation import FuncAnimation

# 生成数据（用于传入updata函数）
def data_gen():
    pass

# 初始化图像（譬如 坐标范围）
def init():
    pass

# 将最新数据添加到图像中
def update(data):
    pass

# 核心方法入口
ani = FuncAnimation()

# 保存 gif 动态图
ani.save('ming.gif',writer=writer)

# 将 gif 图展示在页面上
Image(url='./ming.gif')

6.5.3方法参数

本节最重要的知识点，其实就一个函数（FuncAnimation），他可以接收很多参数。要使用它，必须得先知道这些参数都有什么用途。

  • fig：进行动画绘制的figure

  • init_func：自定义开始帧，即传入刚定义的函数init

  • interval：更新频率，以ms计。

  • blit：选择更新所有点，还是仅更新产生变化的点。应选择True。

  • func：接收来自 frames 函数传来的 frame 值，作为更新图像最新数据。

  • frames：可接收对象有 iterable, int, generator function, or None。用途生成数据传递给func函数

6.5.4 实战讲解

经过我的一番尝试，发现在 Notebook 无法直接使用ImageMagick。

我们必须显式地指定其路径，并生成一个 ImageMagickFileWriter 实例，用于后面保存图像使用。

import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams['animation.convert_path'] = \
             'E:\Program Files\ImageMagick-7.0.8-Q16\magick.exe'

from matplotlib.animation import ImageMagickFileWriter
writer = ImageMagickFileWriter()

具体绘制代码如下。

# 导入相关模块
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from IPython.display import Image
from matplotlib.animation import FuncAnimation

fig, ax = plt.subplots()
xdata, ydata = [], []
# 注意这边的 "," 不能省
ln, = ax.plot([], [], 'r-', animated=False)

# 初始化图像（譬如 坐标范围）
def init():
    ax.set_xlim(0, 2*np.pi)
    ax.set_ylim(-1.1, 1.1)
    # 注意这边的 "," 也不能省
    return ln,

# 将最新数据添加到图像中
def update(frame):
    xdata.append(frame)
    ydata.append(np.sin(frame))
    ln.set_data(xdata, ydata)
    # 注意这边的 "," 也不能省
    return ln,

# 核心方法入口
ani = FuncAnimation(fig,
                    update,
                    frames=np.linspace(0, 2*np.pi, 50),
                    interval=5,
                    init_func=init,
                    blit=True)

# 保存 gif 动态图
ani.save('ming.gif',writer=writer)

# 将 gif 图展示在页面上
Image(url='./ming.gif')

绘制出来的结果如下： image1

image2