在 Matplotlib 动画中更新 surface_plot 上的 z 数据

Question

我希望在曲面图中创建动画。动画有固定的 x 和 y 数据（每个维度 1 到 64），并通过 np 数组读取 z 信息。代码大纲如下：

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

def update_plot(frame_number, zarray, plot):
    #plot.set_3d_properties(zarray[:,:,frame_number])
    ax.collections.clear()
    plot = ax.plot_surface(x, y, zarray[:,:,frame_number], color='0.75')

fig = plt.figure()
ax = plt.add_subplot(111, projection='3d')

N = 64
x = np.arange(N+1)
y = np.arange(N+1)
x, y = np.meshgrid(x, y)
zarray = np.zeros((N+1, N+1, nmax+1))

for i in range(nmax):
  #Generate the data in array z
  #store data into zarray
  #zarray[:,:,i] = np.copy(z)

plot = ax.plot_surface(x, y, zarray[:,:,0], color='0.75')

animate = animation.FuncAnimation(fig, update_plot, 25, fargs=(zarray, plot))
plt.show()

因此代码生成 z 数据并更新 FuncAnimation 中的绘图。但是这非常慢，我怀疑这是由于每个循环都重新绘制了情节。

我试过这个功能

ax.set_3d_properties(zarray[:,:,frame_number])

但它会出现错误

AttributeError: 'Axes3DSubplot' object has no attribute 'set_3d_properties'

如何在不重绘整个图的情况下仅更新 z 方向的数据？ （或者以其他方式增加绘图过程的帧率）

Answer 1

当调用plot_surface 时，有很多事情发生在表面之下。在尝试将新数据设置到 Poly3DCollection 时，您需要复制所有这些。

这实际上是可能的，并且可能还有一种方法比 matplotlib 代码更有效。然后的想法是从网格点计算所有顶点并将它们直接提供给Poly3DCollection._vec。

但是，动画的速度主要取决于执行 3D->2D 投影所需的时间和绘制实际情节的时间。因此，当涉及到绘图速度时，上述内容不会有太大帮助。

最后，您可能会简单地坚持当前的表面动画方式，即删除以前的绘图并绘制新的绘图。不过，在表面上使用更少的点会显着提高速度。

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

def update_plot(frame_number, zarray, plot):
    plot[0].remove()
    plot[0] = ax.plot_surface(x, y, zarray[:,:,frame_number], cmap="magma")

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

N = 14
nmax=20
x = np.linspace(-4,4,N+1)
x, y = np.meshgrid(x, x)
zarray = np.zeros((N+1, N+1, nmax))

f = lambda x,y,sig : 1/np.sqrt(sig)*np.exp(-(x**2+y**2)/sig**2)

for i in range(nmax):
    zarray[:,:,i] = f(x,y,1.5+np.sin(i*2*np.pi/nmax))

plot = [ax.plot_surface(x, y, zarray[:,:,0], color='0.75', rstride=1, cstride=1)]
ax.set_zlim(0,1.5)
animate = animation.FuncAnimation(fig, update_plot, nmax, fargs=(zarray, plot))
plt.show()

请注意，动画本身的速度是由interval 参数FuncAnimation 决定的。在上面没有指定它，因此默认为 200 毫秒。根据数据，您仍然可以在遇到滞后帧问题之前减小此值，例如尝试 40 毫秒，然后根据您的需要进行调整。

animate = animation.FuncAnimation(fig, update_plot, ..., interval=40,  ...)

Answer 2

set_3d_properties() 是 Poly3DCollection 类的函数，而不是 Axes3DSubplot。

你应该跑

plot.set_3d_properties(zarray[:,:,frame_number])

正如您在更新功能 BTW 中评论的那样，而不是

ax.set_3d_properties(zarray[:,:,frame_number])

我不知道这是否能解决您的问题，但我不确定，因为函数 set_3d_properties 没有附加文档。我想知道你是否最好改用plot.set_verts()。