Python通过matplotlib包和gif包生成gif动画

使用

matplotlib

生成gif动画的方法有很多，一般常规使用

matplotlib

的

animation

模块的

FuncAnimation

函数实现。在

matplotlib

官网看到了第三方动画包

gif

的介绍。

`gif` 包概述

gif

包是支持

Altair

matplotlib

和

Plotly

的动画扩展。

gif

依赖

PIL

，即

pillow

，要求

Pillow>=7.1.2

。

安装

gif

包，

pip install gif

动画原理

所有

动画

都是由

帧（frame）

构成的，一帧就是一幅静止的画面，连续的帧就形成动画。我们通常说帧数，简单地说，就是在1秒钟时间里传输的图片的帧数，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次，通常用

fps（Frames Per Second）

表示。制作动画的关键：如何生成帧，每秒多少帧。

`gif` 包解读

gif

包非常简洁，只有一个单独的文件

gif.py

，文件主要包含

options

类、

frames

和

save

两个函数。

`options` 类

提供精简版的

Altair

matplotlib

和

Plotly

的保存或输出设置。以

matplotlib

为例，提供以下设置。

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

设置方法：

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

原理：

options

在构造函数中创建

matplotlib

字典保存配置，随后传递给底层的

matplotlib

包。

`frames` 函数

装饰器函数，通过对应包编写自定义绘图函数生成单帧图像。

`save` 函数

根据帧序列生成动画。

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

即根据

@gif.frame

装饰的绘图函数生成的帧的序列，此处根据需要自定义。

duration

即持续时间，由单位

unit

和模式

between

决定，默认为

frames

为帧间的时间间隔。

unit

即持续时间单位，支持毫秒和秒，默认为毫秒。

between

即持续时间计算模式，默认

frames

即

duration

为帧之间的时间间隔，

startend

模式时

duration=duration /len(frames)

，即

duration

为所有帧—整个动画的持续时间。

`gif` 包生成gif动画实践

import random
from matplotlib import pyplot as plt
import gif

# 构造数据
x = [random.randint(0, 100) for _ in range(100)]
y = [random.randint(0, 100) for _ in range(100)]
# 设置选项
gif.options.matplotlib["dpi"] = 300


# 使用gif.frame装饰器构造绘图函数，即如何生成静态的帧
@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))


# 构造帧序列frames，即把生成动画的所有帧按顺序放在列表中
frames = []
for i in range(10):
    frame = plot(i)
    frames.append(frame)
# 根据帧序列frames,动画持续时间duration，生成gif动画
gif.save(frames, 'example.gif', duration=3.5, unit="s", between="startend")

以心形曲线为例比较 `gif` 包和 `animation` 模块实现动画的差异

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()

心形曲线绘制

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` 包的实现方式

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` 常规 `FuncAnimation` 函数实现方式

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` 底层 `PillowWriter` 类实现方式

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通过matplotlib包和gif包生成gif动画

`gif` 包概述

动画原理

`gif` 包解读

`options` 类

`frames` 函数

`save` 函数

`gif` 包生成gif动画实践

以心形曲线为例比较 `gif` 包和 `animation` 模块实现动画的差异

`gif` 包的实现方式

`matplotlib` 常规 `FuncAnimation` 函数实现方式

`matplotlib` 底层 `PillowWriter` 类实现方式

通过比较可知 `gif` 包的实现方式和 `matplotlib` 中利用 `PillowWriter` 实现方式类似，更偏底层一些，这样遇到比较复杂的绘图时更灵活。

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Python通过matplotlib包和gif包生成gif动画

​ ​gif​ ​包概述

动画原理

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​ ​options​ ​类

​ ​frames​ ​函数

​ ​save​ ​函数

​ ​gif​ ​包生成gif动画实践

以心形曲线为例比较​ ​gif​ ​​包和​ ​animation​ ​模块实现动画的差异

​ ​gif​ ​包的实现方式

​ ​matplotlib​ ​​ 常规​ ​FuncAnimation​ ​函数实现方式

​ ​matplotlib​ ​​底层​ ​PillowWriter​ ​类实现方式

通过比较可知​ ​gif​ ​包的实现方式和​ ​matplotlib​ ​中利用​ ​PillowWriter​ ​实现方式类似，更偏底层一些，这样遇到比较复杂的绘图时更灵活。

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`gif` 包概述

`gif` 包解读

`options` 类

`frames` 函数

`save` 函数

`gif` 包生成gif动画实践

以心形曲线为例比较 `gif` 包和 `animation` 模块实现动画的差异

`gif` 包的实现方式

`matplotlib` 常规 `FuncAnimation` 函数实现方式

`matplotlib` 底层 `PillowWriter` 类实现方式

通过比较可知 `gif` 包的实现方式和 `matplotlib` 中利用 `PillowWriter` 实现方式类似，更偏底层一些，这样遇到比较复杂的绘图时更灵活。