使用matplotlib创建3D动画

随着数据可视化越来越流行，3D动画呈现也逐渐成为主流，以有效的方式展示三维数据并增强数据可读性。Python能够使用matplotlib库轻松创建令人印象深刻的3D动画，本篇文章将通过以下步骤演示如何创建一个简单3D动画：

导入相关库
生成数据
创建动画

导入库

首先，需要导入所需的库。除了matplotlib外，还需要numpy将数据转换为可视化格式，以及animation进行动画制作。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import mpl_toolkits.mplot3d.axes3d as p3
from matplotlib import animation

生成数据

接下来，需要生成数据以便可视化。模拟一组在三维坐标系上运动的点。本例中的点将按一定的序列和频率运动，以便于观察3D动画的效果。

def gen_points(num_frames):
    t_x = np.linspace(-4*np.pi, 4*np.pi, num_frames)  # x变化的范围
    t_z = np.linspace(-2*np.pi, 2*np.pi, num_frames)  # z变化的范围
    x = np.sin(t_x)  # x的值根据时间变化
    y = np.zeros_like(t_x)  # 常数
    z = 0.5*np.sin(t_z)  # z的值根据时间变化
    return x, y, z

当执行这个函数时，假设指定的帧数为100，则生成三个长度为100的数组：x，y，z，分别存储运动点在X，Y和Z轴上的坐标。

创建动画

在matplotlib中创建3D动画可以使用FuncAnimation类。首先，要创建图形并准备好动画绘图坐标系，然后定义一个函数名update_points，该函数将更新运动点的位置，在每个帧之间进行动画效果的过渡。

num_frames = 100
fig = plt.figure()
ax = p3.Axes3D(fig)

def update_points(num, x, y, z, points):
    for point, xi, yi, zi in zip(points, x[:num], y[:num], z[:num]):
        point.set_data(np.array([xi, yi]))
        point.set_3d_properties(zi)
    return points

然后调用动画制作函数matplotlib.animation.FuncAnimation()来创建3D动画。其中最重要的参数在最后：frames表示总帧数，interval表示每一帧之间的间隔时间，以及fargs表示将被显示和更新的数据点。

# 生成运动的点
data = gen_points(num_frames)
points = [ax.plot(data[0, 0], data[1, 0], data[2, 0], 'ro')[0] for i in range(num_frames)]

# 创建动画
ani = animation.FuncAnimation(fig, update_points, num_frames, fargs=(data[0], data[1], data[2], points), interval=30)

最后显示动画即可：