[OpenCV イメージの実装: クールなアニメーション効果の生成]

概要

まず、数学演算用の NumPy やデータ視覚化用の Matplotlib ライブラリなど、必要なライブラリをインポートします。次に、グラフと軸を作成し、点の位置を初期化し、初期化関数と更新関数を作成します。

初期化関数は、座標軸の範囲などを含むグラフの初期状態を設定します。 update 関数はアニメーションの各フレームの変化を定義するもので、ここでは cos 関数を例としてポイントの新しい座標位置を計算します。

FuncAnimation クラスを通じて、アニメーションのフレーム番号、初期化関数、更新関数、その他のパラメーターを設定し、最後に plt.show() を呼び出してアニメーションを表示します。

背景画像の生成

アニメーションを描画する前に、まず cos 関数の背景画像を生成する必要があります。この手順は非常に簡単で、通常 Matplotlib を使用してプロットする方法と似ています。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt


def generate_background():
    x = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)
    y = np.cos(x)

    # 创建图形并绘制cos函数
    fig = plt.figure()
    plt.plot(x, y)

    # 添加网格线
    plt.grid(ls='--')

    # 保存生成的背景图
    plt.savefig("cos_background.png")

    # 显示图形（可选）
    plt.show()


# 调用函数生成背景图
generate_background()

ポイントアニメーションを追加する

このステップでは、アニメーション ライブラリを使用して、アニメーション ポイントをコードに追加します。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation


def update_points(num):
    point_ani.set_data(x[num], y[num])
    return point_ani,


def add_animation_points():
    global point_ani, x, y
    x = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)
    y = np.cos(x)

    # 创建图形并绘制cos函数
    fig = plt.figure()
    plt.plot(x, y)

    # 初始化动画点
    point_ani, = plt.plot(x[0], y[0], "ro")

    # 添加网格线
    plt.grid(ls="--")

    # 创建动画
    ani = animation.FuncAnimation(fig, update_points, np.arange(0, 100), interval=100, blit=True)

    # 保存动画为gif文件
    ani.save('cos_animation.gif', writer='imagemagick', fps=10)

    # 显示动画（可选）
    plt.show()


# 调用函数添加动画点
add_animation_points()

説明する：

上記のコードでは、最初に update_points という関数が定義されており、プロットされたイメージ内のデータ ポイントを更新するために使用されます。関数の入力パラメータ num は現在のアニメーションのフレームを表し、関数の戻り値は更新する必要があるオブジェクトです。

次に、この関数を FuncAnimation 関数に渡します。その主なパラメータは次のように導入されます。

fig: 当前绘图对象
update_points: 更新动画的函数
np.arange(0, 100): 动画帧数，这里需要是一个可以迭代的对象
interval: 动画的时间间隔
blit: 是否开启动画渲染

最後に、アニメーションを GIF ファイルとして保存し、オプションでアニメーション効果を表示します。

テキスト表示を追加する

上記のコードは、単純なポイント アニメーション効果を実装しています。 `

上記のコードを少し変更して、テキストの表示をサポートし、さまざまな条件下でさまざまなポイント スタイルを表示することができます。

上記の効果は、update_points 関数に追加のコード ロジックを追加することで実現できます。

def update_points_v3(num):
    point_ani.set_data(x[num], y[num])
    if num % 5 == 0:
        point_ani.set_marker("*")
        point_ani.set_markersize(12)
    else:
        point_ani.set_marker("o")
        point_ani.set_markersize(8)
    text_pt.set_position((x[num], y[num]))
    text_pt.set_text("x=%.2f, y=%.2f" % (x[num], y[num]))
    return point_ani, text_pt,

完全なコード:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

def update_points(num):
    point_ani.set_data(x[num], y[num])
    text_pt.set_position((x[num], y[num]))
    text_pt.set_text("x=%.2f, y=%.2f" % (x[num], y[num]))
    return point_ani, text_pt

def update_points_v2(num):
    # 每隔5帧改变点的样式
    if num % 5 == 0:
        point_ani.set_marker("*")
        point_ani.set_markersize(12)
    else:
        point_ani.set_marker("o")
        point_ani.set_markersize(8)

    # 更新动画点和文本显示
    point_ani.set_data(x[num], y[num])
    text_pt.set_position((x[num], y[num]))
    text_pt.set_text("x=%.2f, y=%.2f" % (x[num], y[num]))

    return point_ani, text_pt

def add_animation_points():
    global point_ani, text_pt, x, y
    x = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)
    y = np.cos(x)

    # 创建图形并绘制cos函数
    fig = plt.figure()
    plt.plot(x, y)

    # 初始化动画点和文本
    point_ani, = plt.plot(x[0], y[0], "ro")
    text_pt = plt.text(x[0], y[0], "x=%.2f, y=%.2f" % (x[0], y[0]), ha='right', va='bottom')

    # 添加网格线
    plt.grid(ls="--")

    # 创建动画
    ani = animation.FuncAnimation(fig, update_points_v2, np.arange(0, 100), interval=100, blit=True)

    # 保存动画为gif文件
    ani.save('cos_animation.gif', writer='imagemagick', fps=10)

    # 显示动画（可选）
    plt.show()

# 调用函数添加动画点
add_animation_points()

結果

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

# 定义常量
g = 9.8  # 重力加速度
length = 1.0  # 钟摆长度
theta0 = np.pi / 4.0  # 初始摆角
time_interval = 0.05  # 时间间隔

# 计算角速度
omega0 = 0.0
omega = omega0

# 初始化时间和角度
t = 0.0
theta = theta0

# 创建画布和子图
fig, ax = plt.subplots()
ax.set_xlim(-1.5, 1.5)
ax.set_ylim(-1.5, 1.5)

# 初始化绘制的对象
line, = ax.plot([], [], 'o-', lw=2)
time_template = 'time = %.1fs'
time_text = ax.text(0.05, 0.9, '', transform=ax.transAxes)

# 更新函数，用于每一帧的绘制
def update(frame):
    global theta, omega, t

    # 计算新的角度和角速度
    alpha = -g / length * np.sin(theta)
    omega += alpha * time_interval
    theta += omega * time_interval

    # 更新绘制的数据
    x = [0, length * np.sin(theta)]
    y = [0, -length * np.cos(theta)]
    line.set_data(x, y)

    # 更新时间文本
    t += time_interval
    time_text.set_text(time_template % t)

    return line, time_text

# 创建动画
ani = animation.FuncAnimation(fig, update, frames=range(0, 100), interval=time_interval * 1000, blit=True)

# 显示动画
plt.show()

まとめ

cos 関数を例として説明し、cos 曲線に沿って移動する点のアニメーション効果を段階的に実現します。
物理モデル: 単純な物理モデルを使用して説明します。 2 つの相互接続された振り子システム。各振り子は重力の影響を受け、最初の振り子の動きは 2 番目の振り子に伝達されます。

数学的モデリング: 角速度、角度、ニュートンの運動方程式などの単純な物理方程式を適用して、振り子の運動をモデル化します。

Matplotlib のアニメーション クラス: Matplotlib のアニメーション クラスを使用すると、振り子の位置が更新され、各フレームに描画されます。定期的な更新により、鮮やかな振り子スイングのアニメーション効果が得られます。

インタラクティブな表示: Matplotlib の plt.show() 関数を使用すると、アニメーションをグラフィカル インターフェイスにリアルタイムで表示でき、ユーザーは振り子の動きを観察できます。