Python：动画 3D 散点图变慢

Question

我的程序绘制了文件中每个时间步的粒子位置。不幸的是，尽管我使用了，但它变得越来越慢matplotlib.animation。瓶颈在哪里？

我的两个粒子的数据文件如下所示：

#     x   y   z
# t1  1   2   4
#     4   1   3
# t2  4   0   4
#     3   2   9
# t3  ...

我的脚本：

import numpy as np                          
import matplotlib.pyplot as plt            
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import mpl_toolkits.mplot3d.axes3d as p3
import matplotlib.animation as animation

# Number of particles
numP = 2
# Dimensions
DIM = 3
timesteps = 2000

with open('//home//data.dat', 'r') as fp:
    particleData = []
    for line in fp:
        line = line.split()
        particleData.append(line)

x = [float(item[0]) for item in particleData]
y = [float(item[1]) for item in particleData]
z = [float(item[2]) for item in particleData]      

# Attaching 3D axis to the figure
fig = plt.figure()
ax = p3.Axes3D(fig)

# Setting the axes properties
border = 1
ax.set_xlim3d([-border, border])
ax.set_ylim3d([-border, border])
ax.set_zlim3d([-border, border])


def animate(i):
    global x, y, z, numP
    #ax.clear()
    ax.set_xlim3d([-border, border])
    ax.set_ylim3d([-border, border])
    ax.set_zlim3d([-border, border])
    idx0 = i*numP
    idx1 = numP*(i+1)
    ax.scatter(x[idx0:idx1],y[idx0:idx1],z[idx0:idx1])

ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, frames=timesteps, interval=1, blit=False, repeat=False)
plt.show()

Answer 1

我建议在这种情况下使用pyqtgraph。文档中的引用：

其主要目标是 1) 提供快速的交互式图形来显示数据（绘图、视频等），2) 提供帮助快速应用程序开发的工具（例如，Qt Designer 中使用的属性树）。

安装后您可以查看一些示例：

import pyqtgraph.examples
pyqtgraph.examples.run()

这个小代码片段生成 1000 个随机点，并通过不断更新不透明度将它们显示在 3D 散点图中，类似于以下中的 3D 散点图示例pyqtgraph.examples：

from pyqtgraph.Qt import QtCore, QtGui
import pyqtgraph.opengl as gl
import numpy as np

app = QtGui.QApplication([])
w = gl.GLViewWidget()
w.show()
g = gl.GLGridItem()
w.addItem(g)

#generate random points from -10 to 10, z-axis positive
pos = np.random.randint(-10,10,size=(1000,3))
pos[:,2] = np.abs(pos[:,2])

sp2 = gl.GLScatterPlotItem(pos=pos)
w.addItem(sp2)

#generate a color opacity gradient
color = np.zeros((pos.shape[0],4), dtype=np.float32)
color[:,0] = 1
color[:,1] = 0
color[:,2] = 0.5
color[0:100,3] = np.arange(0,100)/100.

def update():
    ## update volume colors
    global color
    color = np.roll(color,1, axis=0)
    sp2.setData(color=color)

t = QtCore.QTimer()
t.timeout.connect(update)
t.start(50)


## Start Qt event loop unless running in interactive mode.
if __name__ == '__main__':
    import sys
    if (sys.flags.interactive != 1) or not hasattr(QtCore, PYQT_VERSION'):
        QtGui.QApplication.instance().exec_()

小 gif 让您了解表演：

编辑：

在每个时间步显示多个点有点棘手，因为gl.GLScatterPlotItem仅(N,3)-arrays作为点位置，请参见此处。您可以尝试制作一个字典，ScatterPlotItems其中每个字典都包含特定点的所有时间步长。那么就需要相应地调整更新函数。您可以在下面找到一个示例，其中pos代表(100,10,3)-array每个点 100 个时间步长。我将更新时间缩短为1000 ms较慢的动画。

from pyqtgraph.Qt import QtCore, QtGui
import pyqtgraph.opengl as gl
import numpy as np

app = QtGui.QApplication([])
w = gl.GLViewWidget()
w.show()
g = gl.GLGridItem()
w.addItem(g)

pos = np.random.randint(-10,10,size=(100,10,3))
pos[:,:,2] = np.abs(pos[:,:,2])

ScatterPlotItems = {}
for point in np.arange(10):
    ScatterPlotItems[point] = gl.GLScatterPlotItem(pos=pos[:,point,:])
    w.addItem(ScatterPlotItems[point])

color = np.zeros((pos.shape[0],10,4), dtype=np.float32)
color[:,:,0] = 1
color[:,:,1] = 0
color[:,:,2] = 0.5
color[0:5,:,3] = np.tile(np.arange(1,6)/5., (10,1)).T

def update():
    ## update volume colors
    global color
    for point in np.arange(10):
        ScatterPlotItems[point].setData(color=color[:,point,:])
    color = np.roll(color,1, axis=0)

t = QtCore.QTimer()
t.timeout.connect(update)
t.start(1000)


## Start Qt event loop unless running in interactive mode.
if __name__ == '__main__':
    import sys
    if (sys.flags.interactive != 1) or not hasattr(QtCore, 'PYQT_VERSION'):
    QtGui.QApplication.instance().exec_()

请记住，在此示例中，所有点都显示在散点图中，但是，颜色不透明度（颜色数组中的第四维）会在每个时间步中更新以获得动画。您还可以尝试更新点而不是颜色以获得更好的性能......