matplotlibの3次元プロットを回転するアニメーションで保存する

matplotlobで3次元のグラフを作る時、jupyter notebookではグリグリと動かしていろんな角度から確認することができます。
それをそのままこのブログに埋め込みたくて方法を探していたのですが良いのが見つからなかったので代用としてgifアニメーションを作ることにしました。
今回の記事では、Z軸を中心にぐるっと一周回転させてみます。

以前、 matplotlib.animation.ArtistAnimation を使ったgifの作り方は紹介したことがあるので、
今回は matplotlib.animation.FuncAnimation
を使う別の方法を紹介します。

参考記事: matplotlibでgif動画生成

(ちなみにFuncAnimation自体は、かなり柔軟に動画を作ることができ、
当然3Dプロットを回す以外の使い方もできます。)

可視化の対象は前回の記事のサッカーボールです。
変数Gには、前回の記事と同じグラフが格納されているものとしてください。
無駄に長いコードなので重複部分は今回のコードに入れていません。

さて、 FuncAnimation の使い方の紹介です。

この関数は、
fig, func, frames の3つの引数を渡して使います。
figはグラフを描写するfigureオブジェクトです。
framesにはリスト等を渡します。整数値を渡すとrange()と同じ動きになり、0からその整数値-1までの値を渡したのと同じになります。
この、framesに渡したリストの値を順番にfuncに渡して関数が実行され、それぞれの実行結果をつなげたものがアニメーションになります。

今回は少し工夫して、init_func　という引数も使います。
これは、最初に一回だけ実行する関数を渡します。

1. init_func で 3次元にグラフをplotする
2. func で少しづつ回転する

という流れで、func では回転以外の操作をしないようにして少しだけ効率的にしました。


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

# G に サッカーボルー型のグラフデータを格納する処理は略

# ノードの座標を固定
pos = nx.spring_layout(G, dim=3)
# 辞書型から配列型に変換
pos_ary = np.array([pos[n] for n in G])

# plot する figureと、 Axesを準備する
fig = plt.figure(figsize=(10, 10), facecolor="w")
ax = fig.add_subplot(111, projection="3d")


# Axes にGraph をプロットする関数を準備
def plot_graph():
    ax.scatter(
        pos_ary[:, 0],
        pos_ary[:, 1],
        pos_ary[:, 2],
        s=200,
    )

    # ノードにラベルを表示する
    for n in G.nodes:
        ax.text(*pos[n], n)

    # エッジの表示
    for e in G.edges:
        node0_pos = pos[e[0]]
        node1_pos = pos[e[1]]
        xx = [node0_pos[0], node1_pos[0]]
        yy = [node0_pos[1], node1_pos[1]]
        zz = [node0_pos[2], node1_pos[2]]
        ax.plot(xx, yy, zz, c="#aaaaaa")


# 引数を受け取って図を回転させる関数を準備
def plt_graph3d(angle):
    ax.view_init(azim=angle*5)


# アニメーションを作成
ani = FuncAnimation(
    fig,
    func=plt_graph3d,
    frames=72,
    init_func=plot_graph,
    interval=300
)

# imagemagickで作成したアニメーションをGIFで書き出す
ani.save("rolling.gif", writer="pillow")

出力結果がこちらのgifです。

もともと対称性の高い図形なので、回転させるありがたみが薄かったかもしれないですね。

図形を回転させるところでは、
view_init
という関数を使いました。
elev と azim という二つの引数をとりますが、回転の向きが違います。
使うのは二つ目の azim の方なので注意が必要です。

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