3D-анимация атома водорода с использованием Matplotlib - PullRequest
Новая
       104

3D-анимация атома водорода с использованием Matplotlib

1 голос
/ 09 мая 2020

Я хочу создать 3D-анимацию орбиталей атома водорода. Поэтому я создал следующую программу: 

#Repositorys
import numpy as np
from scipy.special import sph_harm
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib as matplotlib
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import cmath


#Create Diagramm
fig = plt.figure(figsize = (10,10))
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

#Variables
l = 0
m = 0
phi = np.linspace(0, np.pi , 150)
theta = phi = np.linspace(0, 2*np.pi , 150)

#Variables for linear combination
l2 = 1
m2 = 0
t = 0

#Calculate  linear combination
X = abs(sph_harm(m, l, theta, phi)  + sph_harm(m2, l2, theta, phi) * cmath.exp(-t*1j))  * np.outer(np.cos(phi), np.sin(theta))
Y = abs(sph_harm(m, l, theta, phi)  + sph_harm(m2, l2, theta, phi) * cmath.exp(-t*1j)) * np.outer(np.sin(phi), np.sin(theta))
Z = abs(sph_harm(m, l, theta, phi)  + sph_harm(m2, l2, theta, phi) * cmath.exp(-t*1j)) * np.outer(np.ones(np.size(phi)), np.cos(theta))

ax.plot_surface(X, Y, Z, rstride=4, cstride=4, color='b')

plt.show()

Теперь я хотел анимировать, как объект изменяется, когда время t изменяется от 0 до 2 * pi. Как я могу это сделать с помощью matplotlib? Я пытался сделать это с помощью туториалов, но запутался. Спасибо за вашу поддержку.

PS: Если у кого-то есть идея, как это отрендерить с помощью блендера ... Ты был бы моим героем

1 Ответ

2 голосов
/ 14 мая 2020

Это довольно просто, используя matplotlib.animation.FuncAnimation - 

import numpy as np
from scipy.special import sph_harm
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from matplotlib.animation import FuncAnimation
import cmath

fig = plt.figure(figsize = (7,7))
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

l = 0
m = 0
l2 = 1
m2 = 0
phi = np.linspace(0, np.pi , 150)
theta = phi = np.linspace(0, 2*np.pi , 150)

surf = ax.plot_surface(np.array([[]]), np.array([[]]), np.array([[]]))
ax.set_xlim([-0.75, 0.75])
ax.set_ylim([-0.75, 0.75])
ax.set_zlim([-0.75, 0.75])

def animate(i):
    global surf
    t = 2 * np.pi / nframes * i;
    X = abs(sph_harm(m, l, theta, phi)  + sph_harm(m2, l2, theta, phi) * cmath.exp(-t*1j)) \  
        * np.outer(np.cos(phi), np.sin(theta))
    Y = abs(sph_harm(m, l, theta, phi)  + sph_harm(m2, l2, theta, phi) * cmath.exp(-t*1j)) \
        * np.outer(np.sin(phi), np.sin(theta))
    Z = abs(sph_harm(m, l, theta, phi)  + sph_harm(m2, l2, theta, phi) * cmath.exp(-t*1j)) \
        * np.outer(np.ones(np.size(phi)), np.cos(theta))

    surf.remove()
    fig.canvas.draw()
    surf = ax.plot_surface(X, Y, Z, rstride=4, cstride=4, color='b')

nframes = 36
anim = FuncAnimation(fig, animate, frames=nframes+1, interval=2000/(nframes+1))

Вы можете масштабировать количество кадров по мере необходимости, interval указывает интервал между кадрами в миллисекундах - у меня есть здесь он масштабируется, поэтому анимация всегда длится 2 секунды:

enter image description here

...