LS-DYNA中如何设置SET中的NODE_LIST：Python Matplotlib画图教程（3）——如何绘制动图

上一篇我们说好了，要给出整套源码，为了不占正文的篇幅，我会在文末贴出。放心，不是让你去关注公众号。因为，我并没有。。

之前我们聊了怎么画圆以及直线，我还是建议你能抽出10分钟把前面的文章先看了，因为这是个连续剧，如果你打开电视机看到的就是依萍在大雨中哭泣，那你肯定无法想象她竟然有一个司令爸爸。

这次咱们主要来聊一聊，怎么让matplotlib绘制的图形动起来，一定程度上来说，一个跳动的图片总归会让人更有兴趣看下去，当然丑的除外。（阿多么痛的领悟）

不过为了体现出我对你们是真爱，我先拿一个丑的动图开场，后面我们再做一个有趣的。（一定要坚持看下去哦）

如果你已经熟读并背诵了上一期的内容，应该已经了解如何绘制出这样一个错综复杂的“蜘蛛网”图。

现在你可能会说，“呵，tui！请把你80年代的Disco灯关掉，我眼晕。”

别急，咱们一起来学习一下如何让平凡的图片动起来。

对于动图，或者视频而言，有几个非常重要的因素

1. 这段动画是多少帧
2. 一共有多少幅图

如果你是个男孩子（老男孩也是男孩子啊），玩游戏的时候对于帧数的要求一定会非常高，因为这一指标代表着是否会出现卡顿的现象。比如吃鸡，cs之类的游戏，0.1秒的卡顿也会决定鹿死谁手。而这个卡顿，就是因为在这一刻帧数低了（俗称掉帧）。

帧也就是FPS(frames per second，不是first person shooting)，代表每秒钟会播放多少张图。以电影来说，我国一般的标准是25帧，别觉得不可思议，即使是25帧的电影，也会让你觉得非常流畅，丝毫不卡。甚至对于有些影视作品，如果使用了50帧，60帧来制作，你会觉得太过流畅了，不像是电影。

但是如果一个游戏25帧，那么给人的感受就会非常差，卡顿感十足。（如果有兴趣，我可以写一篇相关的科普。）

所以当我们在制作动图的时候，如果需要表达一个连续性的动态效果，则需要50或者60帧，会有一个比较理想的结果。因为如果更高，比如90帧或120帧，从视觉而言，几乎没有变化，但是动图文件大小会翻倍。（因为画面多了一倍啊）

如果你需要表达的是一些不连贯的效果，比如上方的Disco灯，其实只有2帧。

那么如何理解一共需要多少张图片呢？简单来说，就是如下的数学公式

对于这样的表达式应该没有什么必要去进行解释了，为了不侮辱各位的智商，咱们继续往后进行。

matplotlib中同样也给出了制作动图的方法，使用起来非常方便。不信？咱们一起试试。

首先，请确保你已经了解了如何绘制出一个全连接图，也就是上一篇的内容。（实在写不出再去翻看答案。）

对比于文章开头那个丑丑的动图，其实只是动态的修改了圆的颜色，其他啥都没变。

既然目标比较明确，那么我们首先去浏览一下官方的文档，看看能不能找到一些有用的东西。matplotlib.animation - Matplotlib 3.1.0 documentation​matplotlib.org
 

不知道你是何种感觉，我对于官方文档只想说，“花Q！”晦涩难懂就不说了，还没有点效果支持，差评！

当然对于学习而言，尤其是编码，如何在网上找答案显得格外重要。比如stackoverflow上的内容质量还是不错的，不过你得能接受全英文的环境。Matplotlib animation of a step​stackoverflow.com
 

比如上方的问题，虽然和我们当前要做的事情毫不沾边，但是整体的思路是类似的。

如果需要制作动图需要两个重要的步骤

1. 设置起始状态。
2. 设置每一步如何更新/变动当前的画布。

简言之，我们需要定义两个方法，init以及animate来实现整个的动态效果。别急，咱们来看代码。

def init():    ax1.set_xlim(0, 10)    ax1.set_ylim(0, 10)    ax1.set_aspect('equal') #变成方形画布    ax1.axis('off') #将xy轴隐藏    draw_line(each_level) #画线算法    draw_level(each_level) #画圆算法

初始化的内容里比较简单，我们定义了整个画布的范围，属性，以及画出了首帧图片。（也就是上一次那个不会动的图）

之后我们需要定义出，每一次图片更新时，都需要做些什么。从当前的效果而言，就是每次更新，随机变换圆形的颜色。

color_list=['r','g','b','c','y'] #随机颜色列表 def animate(i):    circles=ax1.patches #获取到所有的圆    for item in circles:        index = random.randint(0, len(color_list) - 1)        item.set_facecolor(color_list[ index])        item.set_edgecolor(color_list[ index])

这里我们会预先设定一个颜色列表，每次通过random函数来找出随机值，并通过set_facecolor以及set_edgecolor进行替换颜色。

如果觉得没看懂，并没有关系，这只是一个思想，首先需要想清楚，自己想要的动画效果是什么，以及每次的变动都在做什么。

import matplotlib.animation as animation anim=animation.FuncAnimation(fig, animate,                               init_func=init,                               frames=100,                               interval=600,                               blit=False)anim.save('a.gif',writer='pillow')

最后通过调用animation库中的生成方法，来合成一张动态图。注意看！重点都在下面呢！

1. frames代表了总共有多少幅画面
2. interval代表了图与图的间隔时间有多久，说白了就是
      
3. init_func 和animate方法千变万化，随时根据自己的需求进行调整。
4. anim.save('a.gif',writer='pillow')，如果储存的结果是gif格式，writer选择为pillow或ImageMagick（根据自己的实际配置选择）。如果是mp4格式，writer选择为‘ffmpeg’（一个你可能没听过但是每天都在用的东西。）

对，就是经过这一系列的操作，就可以绘制出动态更改颜色的动图了。看懵了？等下可以复制源码自己跑跑试试。

我们怎么可能就画这么一个Low图就结束了呢？前面的内容，最多只能算作是一场热身啦~因为接下来，我们要画出来雨滴图（那是个啥？）。国际惯例，先给你看看成品。

我们还是仅仅应用绘制圆和做动图的方法，来实现这一过程。（多了我也不会啊。）

简单的分析一波。整体来说，就是一张画布上，随机分布了一些圆，这些圆从半径是0开始慢慢扩大，直到达到某个数字时消失。为了体现出水波的减弱，我们用圆的颜色越来越浅来代表这一过程。

难么？难的。。

首先，对于雨滴而言，不会在同一刻全都砸在水面上。即使是同一时间砸在水面的两滴雨滴，也不在同一时刻波纹消失。为了不给自己挖坑，咱们就不考虑波纹叠加之类的问题了。

通过这一波看似严谨的逻辑分析，我们把整个算法分为几个步骤

1. 同一时刻画布上最多50个雨点。
2. 半径是0的时候代表刚落在水面，半径超过1.5则认为这个雨点击出的水花消失。
3. 对于水花的增长度也是随机变量，我们认为在接近1秒（0.8~1.2秒）的时间内，一个水花完全消失。
4. 对于一个水花，随着半径的增大，颜色逐渐变浅，从纯黑到纯白。
5. 为了显得不那么卡顿，我们使用50帧

分析的头头是道的，但是如何进行实践呢？现在只差一个码农了。

等一下，我不就是的么？开码！

class drop():    def __init__(self,orig_point,cur_radius,max_radius,rate,index):        self.orig_point = orig_point        self.cur_radius = cur_radius        self.max_radius = max_radius        self.rate = rate        self.index=index    def draw_circle(self):        light=int((self.cur_radius/self.max_radius)*255)        color=str( '%x'%(light)).zfill(2)        cir=Circle(xy=(self.orig_point),radius=self.cur_radius ,ec ='#'+color*3,fc='w',zorder=self.index)        ax.add_patch(cir)

首先我们定义了一个class（类型），代表了一滴雨滴。对于原点，当前半径，最大半径，增大速率，以及index进行了设置，至于Index有啥意义，咱们后面看。

代码难度并不大，尝试用心去了解。至于Circle如何定义一个圆，上一篇我们也讲过啦，不会记得翻回去看哟~

插一句，我们如何挑选出代表了当前半径的灰色RGB值。

如果你懂RGB的色度值计算方法应该知道，一个颜色被分为了3个通道，每个通道都有0到255这样的256个选择，全是0即‘#000000’表示黑色，‘#FFFFFF’全是F则表示了白色。

那么灰色的色度值是什么呢？其实就是在RGB三个值都一样的时候，就代表了灰色（由浅到深），也是我们在代码中使用的方法。值得注意的是，这时候需要把10进制改为16进制。

fig=plt.figure()ax=fig.add_subplot(111)ax.set_aspect(1)ax.set_xlim(0,10)ax.set_ylim(0,10)ax.axis('off')points=list() fps=50 #帧数start_count=5 #最初有多少雨滴start_rand=3 #最初雨滴的随机变量total=50 #最多雨滴术rate_low=1.8 #一个雨滴从有到无的速率，可以调整到自己喜欢的速度rate_range=0.3max_radius=1.5 #最大半径 def init():    global rate_low,rate_range    count=start_count+np.random.randint(0,start_rand+1)    for i in range(count):        rate=(rate_low+random.random()*rate_range)/fps        orig_x=random.random()*10        orig_y = random.random() * 10        point=drop((orig_x,orig_y),0,max_radius,rate,i)        points.append(point)        point.draw_circle() def animate(i):    plt.cla()    ax.set_aspect(1)    ax.set_xlim(0, 10)    ax.set_ylim(0, 10)    ax.axis('off')    for i,point in enumerate(points):        if(point.cur_radius<point.max_radius):            point.cur_radius+=point.rate            point.cur_radius=point.cur_radius if point.cur_radius<point.max_radius else point.max_radius            point.draw_circle()        else:            points.remove(point)     count=len(points)    diff=total-count    new_count=1 if diff>=1 else diff    for i in range(new_count):        rate = (rate_low + random.random() * rate_range)/fps        orig_x = random.random() * 10        orig_y = random.random() * 10        point = drop((orig_x, orig_y), 0, max_radius, rate, i)        points.append(point)        point.draw_circle()

上方代码代表了如何设置init方法以及每次动画在做什么，我们先卖个关子，各位有兴趣可以自己调整一下相关的参数或算法，自己动手远比我在这叨叨给你听效果好得多。

当然究其原因，其实是我写累了。哈哈哈哈。

末尾贴出上一篇的源码，收！

import numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltfrom matplotlib.patches import Circlefrom matplotlib.pyplot import Line2Dimport randomimport matplotlib.animation as animation  color_list=['r','g','b','c','y']def draw_level(each_level):    ylim=ax1.get_ylim()[1]    xlim=ax1.get_xlim()[1]    each_level=np.array(each_level)    each_col=xlim/((len(each_level)))    each_row=ylim/np.amax(each_level)    radius=0.4*each_row    for i,item in enumerate(each_level):        start_point=ylim-(ylim-item*each_row)/2        for j in range(item):            light=int(random.random()*255)            color =str( '%x' % light).zfill(2)            # if i==0 :            #     cir=Circle(xy=((i+0.5)*each_col,start_point-(j+0.5)*each_row),radius=radius,color='#'+color+color+color,zorder=999)            # else:            #     cir=Circle(xy=((i+0.5)*each_col,start_point-(j+0.5)*each_row),radius=radius,color='#000000',zorder=999)            index=random.randint(0,len(color_list)-1)            cir = Circle(xy=((i + 0.5) * each_col, start_point - (j + 0.5) * each_row), radius=radius,                         color=color_list[ index], zorder=999)            ax1.add_patch(cir) def draw_line(each_level):    ylim = ax1.get_ylim()[1]    xlim = ax1.get_xlim()[1]    each_level = np.array(each_level)    each_col = xlim / ((len(each_level)) )    each_row = ylim / np.amax(each_level)    result=list()    for i, item in enumerate(each_level):        start_point = ylim - (ylim - item * each_row) / 2        a = list()        for j in range(item):            a.append(start_point - (j + 0.5) * each_row)        result.append(a)    p1=result[0][1]    # for i_next in result[1]:    #         line=Line2D([(0.5)*each_col,(1.5)*each_col],[p1,i_next])    #         ax1.add_line(line)       for i in range(len(each_level)-1):        for item in result[i]:            for i_next in result[i+1]:                line=Line2D([(i+0.5)*each_col,(i+1.5)*each_col],[item,i_next])                ax1.add_line(line) def init():    ax1.set_xlim(0, 10)    ax1.set_ylim(0, 10)    ax1.set_aspect('equal')    ax1.axis('off')    draw_line(each_level)    draw_level(each_level) def animate(i):    circles=ax1.patches    for item in circles:        # light = int(random.random() * 255)        # color =str( '%x' % light).zfill(2)        # item.set_facecolor('#'+color+color+color)        index = random.randint(0, len(color_list) - 1)        item.set_facecolor(color_list[ index])        item.set_edgecolor(color_list[ index]) fig=plt.figure() ax1=fig.add_subplot(111) each_level=[3,5,6] # fig.savefig('t13.png')anim=animation.FuncAnimation(fig, animate,                               init_func=init,                               frames=100,                               interval=600,                               blit=False)anim.save('demo_6.gif',writer='pillow')

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