matplotlibで連番ファイルからgifアニメを作る

この記事を読むとできるようになること
matplotlibで，連番データファイルからgifアニメーションがつくれる

gnuplotで動画が作れるようになったけど（gnuplotで連番データから動画を作成する），どうせならmatplotlibでも動画が作れるようになりたい！

• 環境
  • macOS mojave 10.14.6
  • Python 3.7.5

はじめに，練習としてサインカーブをアニメにしてみましょう．
基本的なgifアニメの作り方は，次の記事に詳しく書いてあります．

基本設定はこちらが参考になります．
matplotlibで簡単にアニメーションをつくる（mp4, gif)

描画方法はこちらに簡潔に書いてあり，わかりやすいです．
matplotlib でアニメーションを作る

gif_anime.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

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

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111)
#Line2D objectを入れるリスト
ims = []

for i in range(10):
    x = np.array(range(60))
    Y  = np.sin(x/5 - i * 5)
    im = ax.plot(Y, color='blue')
    ims.append(im) #各フレーム画像をimsに追加

#アニメの生成
ani = animation.ArtistAnimation(fig, ims, interval=100, blit=True, repeat_delay=1000)

#保存
ani.save("sample.gif", writer="pillow")

#表示
plt.show()

このようなgifアニメができます（動かない場合はクリックして別ウィンドウでみてください.
Qiitaにアップロードしたら無限ループしなくなってしまいましたが，手元でやると無限ループしてくれると思います）．

interbal repeat_delay などのオプションについては，次の記事に詳しく書いてあります．
Pythonでグラフ（Matplotlib）のアニメーションを作る（ArtistAnimation編）

次に，研究発表で用いるような**「計算結果の連番ファイルをアニメにする」**ことに挑戦してみましょう．
さきほどのアニメが描けるようになれば簡単で，
上のコードの for の部分を計算結果を読みこむように変えるだけでOKです．

anime_gif2.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

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

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111)
#Line2D objectを入れるリスト
ims = []

#軸の設定など
ax.set_xscale('log')
ax.set_yscale('log')
ax.set_xlim(0.1, 10.0)
ax.set_ylim(1, 5000)

#計算結果ファイルの数
filenum = 10
for i in range(filenum):
    r, sd = np.loadtxt("./data%01d.dat" % (i), comments='#', unpack=True) #data00 から data09 まで繰り返し読み込む
    im = ax.plot(r, sd, "-", color='blue', linewidth=1)
    ims.append(im) #各フレーム画像をimsに追加

#アニメの生成
ani = animation.ArtistAnimation(fig, ims, interval=500, blit=True, repeat_delay=100)

#保存
ani.save("anime.gif", writer="pillow")

#表示
plt.show()

ただ，これだとimというリストを全部準備してから描画することになるので，
読み込むファイル数が多くなると，そしてさらに3次元アニメを作ろうと思うと描画が大変になります．
そこで，アニメの1フレームごとに描画していきたいと思います．

anime_gif3.py

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

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

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111)

artists = []
im, = ax.plot([], [])

#軸の設定など
ax.set_xscale('log')
ax.set_yscale('log')
ax.set_xlim(0.1, 10.0)
ax.set_ylim(1, 5000)

#計算結果ファイルの数
filenum = 10

#この関数を繰り返し呼んで描画する
#呼ぶ度にiが1つずつ増える
def update_anim(i):
    r, sd = np.loadtxt("./data%01d.dat" % (i), comments='#', unpack=True) #data00 から data09 まで繰り返し読み込む
    im.set_data(r, sd)
    return im,

ani = FuncAnimation(fig, update_anim, interval=500, blit=True, frames = filenum, repeat_delay=100)

#保存
ani.save("anime.gif", writer="pillow")

#表示
plt.show()

参考：
matplotlibのanimation.FuncAnimationを用いて柔軟にアニメーション作成

これであなたも，matplotlibできれいなアニメが描けます．