python - Matplotlib 3D 散点动画

Question

我正在绘制星团中的位置图，我的数据位于具有 x、y、z 位置以及时间索引的数据框中。

我能够制作 3d 散点图并尝试制作旋转图——我取得了一定的成功，但在动画 API 方面遇到了困难。

如果我的“update_graph”函数只返回一个新的 ax.scatter()，旧的将保持绘制状态，除非我重建整个图。这似乎效率低下。同样，我必须将我的间隔设置得相当高，否则我的动画每隔一帧“跳过”一次，所以它说我的表现相当糟糕。最后，我不得不使用“blit=False”，因为我无法获得 3d 散点图的迭代器。显然“graph.set_data()”不起作用，我可以使用“graph.set_3d_properties”，但这只允许我使用新的 z 坐标。

所以我拼凑了一条线索——(我使用的数据位于 https://www.kaggle.com/mariopasquato/star-cluster-simulations 滚动到底部)

另外我只绘制了 100 个点 (data=data[data.id<100])

我的(工作)代码如下:

def update_graph(num):
     ax = p3.Axes3D(fig)
     ax.set_xlim3d([-5.0, 5.0])
     ax.set_xlabel('X')
     ax.set_ylim3d([-5.0, 5.0])
     ax.set_ylabel('Y')
     ax.set_zlim3d([-5.0, 5.0])
     ax.set_zlabel('Z')
     title='3D Test, Time='+str(num*100)
     ax.set_title(title)
     sample=data0[data0['time']==num*100]
     x=sample.x
     y=sample.y
     z=sample.z
     graph=ax.scatter(x,y,z)
     return(graph)

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

# Setting the axes properties
ax.set_xlim3d([-5.0, 5.0])
ax.set_xlabel('X')
ax.set_ylim3d([-5.0, 5.0])
ax.set_ylabel('Y')
ax.set_zlim3d([-5.0, 5.0])
ax.set_zlabel('Z')
ax.set_title('3D Test')
data=data0[data0['time']==0]
x=data.x
y=data.y
z=data.z
graph=ax.scatter(x,y,z)

# Creating the Animation object
line_ani = animation.FuncAnimation(fig, update_graph, 19, 
                               interval=350, blit=False)
plt.show()

Answer 1

3D 中的散点图 是一个mpl_toolkits.mplot3d.art3d.Path3DCollection 对象。这提供了一个属性 _offsets3d，它包含一个元组 (x,y,z)，可用于更新散点的坐标。因此，最好不要在动画的每次迭代中都创建整个图，而是只更新它的点。

以下是有关如何执行此操作的工作示例。

import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import matplotlib.animation
import pandas as pd


a = np.random.rand(2000, 3)*10
t = np.array([np.ones(100)*i for i in range(20)]).flatten()
df = pd.DataFrame({"time": t ,"x" : a[:,0], "y" : a[:,1], "z" : a[:,2]})

def update_graph(num):
    data=df[df['time']==num]
    graph._offsets3d = (data.x, data.y, data.z)
    title.set_text('3D Test, time={}'.format(num))


fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
title = ax.set_title('3D Test')

data=df[df['time']==0]
graph = ax.scatter(data.x, data.y, data.z)

ani = matplotlib.animation.FuncAnimation(fig, update_graph, 19, 
                               interval=40, blit=False)

plt.show()

此解决方案不允许 blitting。但是，根据使用情况，可能根本不需要使用散点图；使用普通 plot 可能同样可行，这允许 blitting - 如以下示例所示。

import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import matplotlib.animation
import pandas as pd


a = np.random.rand(2000, 3)*10
t = np.array([np.ones(100)*i for i in range(20)]).flatten()
df = pd.DataFrame({"time": t ,"x" : a[:,0], "y" : a[:,1], "z" : a[:,2]})

def update_graph(num):
    data=df[df['time']==num]
    graph.set_data (data.x, data.y)
    graph.set_3d_properties(data.z)
    title.set_text('3D Test, time={}'.format(num))
    return title, graph, 


fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
title = ax.set_title('3D Test')

data=df[df['time']==0]
graph, = ax.plot(data.x, data.y, data.z, linestyle="", marker="o")

ani = matplotlib.animation.FuncAnimation(fig, update_graph, 19, 
                               interval=40, blit=True)

plt.show()