PythonのMatplotlibで3Dアニメーション（GIF）を作成する方法

import numpy as np 
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D # 3Dプロットのために必要

def make_animation(data_frames, filename="animation.gif"):
    """
    3Dデータをアニメーション（GIF）として作成し保存する関数。

    :param data_frames: 各フレームの3D座標 (X, Y, Z) のリスト。
                        例: [[X_frame1, Y_frame1, Z_frame1], [X_frame2, Y_frame2, Z_frame2], ...]
    :param filename: 保存するGIFファイルのパス。
    """
    print("フレームを生成中...")

    fig = plt.figure(figsize=(8, 6)) # 図のサイズを指定
    ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

    # 軸ラベルの設定
    ax.set_xlabel('X-axis')
    ax.set_ylabel('Y-axis')
    ax.set_zlabel('Z-axis')

    # 軸の範囲をデータに合わせて自動調整、または手動で設定
    # ax.set_xlim(-500, 500) # 例
    # ax.set_ylim(-3, 3)
    # ax.set_zlim(-3, 3)

    ims = [] # 各フレームのArtistオブジェクトを格納するリスト

    for i, (X, Y, Z) in enumerate(data_frames):
        # プログレスバー表示
        progress = (i + 1) * 100 / len(data_frames)
        print(f"\r進捗: {progress:.1f}%", end="")

        # 3Dプロット。marker='o' で点を表示、linestyle='None' で線を表示しない
        # im = ax.plot(X, Y, Z, marker="o", color="red", linestyle='None')
        # plot()はリストを返すので、ims.append(im[0])のように要素を取り出す
        im, = ax.plot(X, Y, Z, marker="o", color="red", linestyle='None') # カンマでアンパック

        ims.append([im]) # ArtistAnimationはリストのリストを期待する

    print("\nアニメーションを生成中...")

    # アニメーションの作成
    # fig: アニメーションの対象となるFigureオブジェクト
    # ims: 各フレームのArtistオブジェクトのリスト
    # interval: フレーム間の遅延時間（ミリ秒）
    # blit: Trueにすると、変更された部分のみを再描画し高速化（ただし、複雑な3Dプロットでは問題を起こす可能性あり）
    ani = animation.ArtistAnimation(fig, ims, interval=50, blit=False)

    # アニメーションの保存
    # writer: アニメーションを保存するためのライター。'ffmpeg' や 'imagemagick' などが必要になる場合がある。
    # fps: フレーム/秒
    ani.save(filename, writer='pillow', fps=20) # 'pillow' は追加のライブラリ不要でGIF保存可能
    
    print(f"アニメーションを {filename} に保存しました。")
    plt.show() # アニメーションを表示

def main():
    # サンプルデータの生成
    # 時刻tに応じてsin波とcos波が変化する3D軌跡
    t = np.linspace(0, 20 * np.pi, 500) # 0から20πまで500点
    
    data_frames = []
    for i in range(len(t)):
        # 各フレームで1点だけプロットする例
        X_val = t[i] / (20 * np.pi) * 5 # X軸は時間経過で変化
        Y_val = np.sin(t[i])
        Z_val = np.cos(t[i])
        data_frames.append([[X_val], [Y_val], [Z_val]]) # 各要素をリストにする

    make_animation(data_frames, filename="sin_cos_3d_animation.gif")

if __name__ == '__main__':
  main()