Python通過matplotlib包和gif包生成gif動畫

使用

matplotlib

生成gif動畫的方法有很多，一般正常使用

matplotlib

的

animation

子產品的

FuncAnimation

函數實作。在

matplotlib

官網看到了第三方動畫包

gif

的介紹。

`gif` 包概述

gif

包是支援

Altair

matplotlib

和

Plotly

的動畫擴充。

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）

構成的，一幀就是一幅靜止的畫面，連續的幀就形成動畫。我們通常說幀數，簡單地說，就是在1秒鐘時間裡傳輸的圖檔的幀數，也可以了解為圖形處理器每秒鐘能夠重新整理幾次，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，隻有一個單獨的檔案

gif.py

，檔案主要包含

options

類、

frames

和

save

兩個函數。

`options` 類

提供精簡版的

Altair

matplotlib

和

Plotly

的儲存或輸出設定。以

matplotlib

為例，提供以下設定。

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

設定方法：

gif.options.matplotlib["dpi"] = 300

原理：

options

在構造函數中建立

matplotlib

字典儲存配置，随後傳遞給底層的

matplotlib

包。

`frames` 函數

裝飾器函數，通過對應包編寫自定義繪圖函數生成單幀圖像。

`save` 函數

根據幀序列生成動畫。

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

@gif.frame

裝飾的繪圖函數生成的幀的序列，此處根據需要自定義。

duration

即持續時間，由機關

unit

和模式

between

決定，預設為

frames

為幀間的時間間隔。

unit

即持續時間機關，支援毫秒和秒，預設為毫秒。

between

即持續時間計算模式，預設

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—整個動畫的持續時間。

`gif` 包生成gif動畫實踐

import random
from matplotlib import pyplot as plt
import gif

# 構造資料
x = [random.randint(0, 100) for _ in range(100)]
y = [random.randint(0, 100) for _ in range(100)]
# 設定選項
gif.options.matplotlib["dpi"] = 300


# 使用gif.frame裝飾器構造繪圖函數，即如何生成靜态的幀
@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))


# 構造幀序列frames，即把生成動畫的所有幀按順序放在清單中
frames = []
for i in range(10):
    frame = plot(i)
    frames.append(frame)
# 根據幀序列frames,動畫持續時間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` 子產品實作動畫的差異

from matplotlib import pyplot as plt
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)
fig = plt.figure(figsize=(5, 3), dpi=100)
plt.scatter(x, y)
plt.show()

心形曲線繪制

from matplotlib import pyplot as pltimport numpy as np
t = np.linspace(0, 6, 100)x = 16 * np.sin(t) ** 3y = 13 * np.cos(t) - 5 * np.cos(2 * t) - 2 * np.cos(3 * t) - np.cos(4 * t)fig = plt.figure(figsize=(5, 3), dpi=100)plt.scatter(x, y)plt.show()

`gif` 包的實作方式

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)

import numpy as npimport giffrom matplotlib import pyplot as plt
t = np.linspace(0, 6, 100)x = 16 * np.sin(t) ** 3y = 13 * np.cos(t) - 5 * np.cos(2 * t) - 2 * np.cos(3 * t) - np.cos(4 * t)
@gif.framedef 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", duratinotallow=80)

`matplotlib` 正常 `FuncAnimation` 函數實作方式

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` 類實作方式

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, "love21.gif", dpi=100):
    for i in range(1, len(x)):
        plot_love(x[i], y[i])
        writer.grab_frame()

from matplotlib import pyplot as pltimport matplotlib.animation as animationimport numpy as np
t = np.linspace(0, 6, 100)x = 16 * np.sin(t) ** 3y = 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, "love21.gif", dpi=100):    for i in range(1, len(x)):        plot_love(x[i], y[i])        writer.grab_frame()

Python通過matplotlib包和gif包生成gif動畫

`gif` 包概述

動畫原理

`gif` 包解讀

`options` 類

`frames` 函數

`save` 函數

`gif` 包生成gif動畫實踐

以心形曲線為例比較 `gif` 包和 `animation` 子產品實作動畫的差異

`gif` 包的實作方式

`matplotlib` 正常 `FuncAnimation` 函數實作方式

`matplotlib` 底層 `PillowWriter` 類實作方式

通過比較可知 `gif` 包的實作方式和 `matplotlib` 中利用 `PillowWriter` 實作方式類似，更偏底層一些，這樣遇到比較複雜的繪圖時更靈活。

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Python通過matplotlib包和gif包生成gif動畫

​ ​gif​ ​包概述

動畫原理

​ ​gif​ ​包解讀

​ ​options​ ​類

​ ​frames​ ​函數

​ ​save​ ​函數

​ ​gif​ ​包生成gif動畫實踐

以心形曲線為例比較​ ​gif​ ​​包和​ ​animation​ ​子產品實作動畫的差異

​ ​gif​ ​包的實作方式

​ ​matplotlib​ ​​ 正常​ ​FuncAnimation​ ​函數實作方式

​ ​matplotlib​ ​​底層​ ​PillowWriter​ ​類實作方式

通過比較可知​ ​gif​ ​包的實作方式和​ ​matplotlib​ ​中利用​ ​PillowWriter​ ​實作方式類似，更偏底層一些，這樣遇到比較複雜的繪圖時更靈活。

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`gif` 包概述

`gif` 包解讀

`options` 類

`frames` 函數

`save` 函數

`gif` 包生成gif動畫實踐

以心形曲線為例比較 `gif` 包和 `animation` 子產品實作動畫的差異

`gif` 包的實作方式

`matplotlib` 正常 `FuncAnimation` 函數實作方式

`matplotlib` 底層 `PillowWriter` 類實作方式

通過比較可知 `gif` 包的實作方式和 `matplotlib` 中利用 `PillowWriter` 實作方式類似，更偏底層一些，這樣遇到比較複雜的繪圖時更靈活。