Python?matplotlib包和gif包生成gif動畫實戰(zhàn)對比

更新時間：2022年05月07日 11:57:07 作者：mighty13

使用matplotlib生成gif動畫的方法相信大家應該都看到過,下面這篇文章主要給大家介紹了關于Python?matplotlib包和gif包生成gif動畫對比的相關資料,文中通過實例代碼介紹的非常詳細,需要的朋友可以參考下

前言

使用matplotlib生成gif動畫的方法有很多，一般常規(guī)使用matplotlib的animation模塊的FuncAnimation函數(shù)實現(xiàn)。

在matplotlib官網(wǎng)看到了第三方動畫包gif的介紹。

gif包概述

gif包是支持 Altair, matplotlib和Plotly的動畫擴展。

gif依賴PIL，即pillow，要求Pillow>=7.1.2。

安裝gif包，pip install gif

動畫原理

所有動畫都是由幀（frame）構(gòu)成的，一幀就是一幅靜止的畫面，連續(xù)的幀就形成動畫。我們通常說幀數(shù)，簡單地說，就是在1秒鐘時間里傳輸?shù)膱D片的幀數(shù)，也可以理解為圖形處理器每秒鐘能夠刷新幾次，通常用fps（Frames Per Second）表示。

制作動畫的關鍵：如何生成幀，每秒多少幀。

gif包解讀

gif包非常簡潔，只有一個單獨的文件gif.py，文件主要包含options類、frames和save兩個函數(shù)。

options類

提供精簡版的Altair, matplotlib和Plotly的保存或輸出設置。以matplotlib為例，提供以下設置。

dpi (int): The resolution in dots per inch
facecolor (colorspec): The facecolor of the figure
edgecolor (colorspec): The edgecolor of the figure
transparent (bool): If True, the axes patches will all be transparent

設置方法：gif.options.matplotlib["dpi"] = 300

原理：options在構(gòu)造函數(shù)中創(chuàng)建matplotlib字典保存配置，隨后傳遞給底層的matplotlib包。

frames函數(shù)

裝飾器函數(shù)，通過對應包編寫自定義繪圖函數(shù)生成單幀圖像。

save函數(shù)

根據(jù)幀序列生成動畫。

def save(frames, path, duration=100, unit="milliseconds", between="frames", loop=True):
    """Save decorated frames to an animated gif.
    - frames (list): collection of frames built with the gif.frame decorator
    - path (str): filename with relative/absolute path
    - duration (int/float): time (with reference to unit and between)
    - unit {"ms" or "milliseconds", "s" or "seconds"}: time unit value
    - between {"frames", "startend"}: duration between "frames" or the entire gif ("startend")
    - loop (bool): infinitely loop the animation

frames即根據(jù)@gif.frame裝飾的繪圖函數(shù)生成的幀的序列，此處根據(jù)需要自定義。

duration即持續(xù)時間，由單位unit和模式between決定，默認為frames為幀間的時間間隔。

unit即持續(xù)時間單位，支持毫秒和秒，默認為毫秒。

between即持續(xù)時間計算模式，默認frames即duration為幀之間的時間間隔，startend模式時duration=duration /len(frames)，即duration為所有幀—整個動畫的持續(xù)時間。

gif包生成gif動畫實踐

import random
from matplotlib import pyplot as plt
import gif

# 構(gòu)造數(shù)據(jù)
x = [random.randint(0, 100) for _ in range(100)]
y = [random.randint(0, 100) for _ in range(100)]
#設置選項
gif.options.matplotlib["dpi"] = 300
#使用gif.frame裝飾器構(gòu)造繪圖函數(shù)，即如何生成靜態(tài)的幀
@gif.frame
def plot(i):
    xi = x[i*10:(i+1)*10]
    yi = y[i*10:(i+1)*10]
    plt.scatter(xi, yi)
    plt.xlim((0, 100))
    plt.ylim((0, 100))
# 構(gòu)造幀序列frames，即把生成動畫的所有幀按順序放在列表中
frames = []
for i in range(10):
    frame = plot(i)
    frames.append(frame)
# 根據(jù)幀序列frames,動畫持續(xù)時間duration，生成gif動畫
gif.save(frames, 'example.gif', duration=3.5, unit="s", between="startend")

以心形曲線為例比較gif包和animation模塊實現(xiàn)動畫的差異

gif包的實現(xiàn)方式

import numpy as np
import gif
from matplotlib import pyplot as plt

t = np.linspace(0, 6, 100)
x = 16 * np.sin(t) ** 3
y = 13 * np.cos(t) - 5 * np.cos(2 * t) - 2 * np.cos(3 * t) - np.cos(4 * t)

@gif.frame
def plot_love(x, y):
    plt.figure(figsize=(5, 3), dpi=100)
    plt.scatter(x, y, 60, c="r", alpha=0.7, marker=r"$\heartsuit$")
    plt.axis("off")
    
frames = []
for i in range(1, len(x)):
    of = plot_love(x[:i], y[:i])
    frames.append(of)

gif.save(frames, "love.gif", duration=80)

matplotlib 常規(guī)FuncAnimation函數(shù)實現(xiàn)方式

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

t = np.linspace(0, 6, 100)
x = 16 * np.sin(t) ** 3
y = 13 * np.cos(t) - 5 * np.cos(2 * t) - 2 * np.cos(3 * t) - np.cos(4 * t)
data=[i for i in zip(x,y)]

def plot_love(data):
    x, y = data
    plt.scatter(x, y, 60, c="r", alpha=0.7, marker=r"$\heartsuit$")

fig=plt.figure(figsize=(5, 3), dpi=100)
plt.axis("off")
animator = animation.FuncAnimation(fig, plot_love, frames=data, interval=80)
animator.save("love.gif", writer='pillow')

matplotlib底層PillowWriter類實現(xiàn)方式

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

t = np.linspace(0, 6, 100)
x = 16 * np.sin(t) ** 3
y = 13 * np.cos(t) - 5 * np.cos(2 * t) - 2 * np.cos(3 * t) - np.cos(4 * t)

def plot_love(x,y):
    plt.scatter(x, y, 60, c="r", alpha=0.7, marker=r"$\heartsuit$")

fig=plt.figure(figsize=(5, 3), dpi=100)
plt.axis("off")

writer = animation.PillowWriter(fps=15)
with writer.saving(fig, "love1.gif"):
    for i in range(1, len(x)):
        of = plot_love(x[i], y[i])
        writer.grab_frame()