14. PNGアニメーション¶

いよいよ前期の授業は最終回になります。後期の授業の予習としてアニメーション作成を紹介します。

後期の授業

Pythonを用いて、オブジェクト指向プログラミングを学びながら、アルゴリズムとデータ構造の理解を深めて予定です。楽しく学習ができるようにアニメーションを作りながら学びます。

14.1. モジュールの準備¶

Python で画像やアニメーションを扱うためには、ライブラリ(Python ではモジュールと呼ぶ)を使います。

Pillow(PIL) モジュール: Python で画像を簡単に扱うため
APNG モジュール: アニメーション PNG を作成するため
IPython モジュール: 画像/動画を Google Colaboratory 上に表示するため

Google Colaboratory は、あらかじめよく使うモジュールがインストールされています。これらは、何も設定しなくても、importして使うことができます。

[1]:

from PIL import Image , ImageDraw
import IPython

ただし、APNGモジュールは、インストールされていません。このような場合は、pipを使って、インストールしてから、importします。

[2]:

!pip install APNG
from apng import APNG

Requirement already satisfied: APNG in /usr/local/lib/python3.9/site-packages (0.3.4)

pip/pip3

コンピュータ環境にPython モジュールをインストールするためのUNIXコマンドです。

14.2. PNG 画像¶

まず、PNG画像を作ってみます。

14.2.1. キャンバス¶

画像を描画するキャンバス (canvas) を作ってお絵かきを始めます。

大きさを指定して、キャンバスを作成する

[3]:

canvas = Image.new("RGB", (400,300))

キャンバスの大きさは、動画にすることを考えて、あまり大きくせず、400 x 300 くらいにしておきます。

14.2.2. 図形を描画する¶

実際の描画操作は、描画コンテキスト (draw) を作って行います。(この辺りの仕組みは、Python以外のプログラミング言語でもほぼ同じです。)

キャンバスの描画コンテキストを作る

[4]:

draw = ImageDraw.Draw(canvas)

まずは、長方形 (rectangle) をキャンバス上に描画してみましょう。 fill は、塗りつぶす色を指定してます。

[5]:

draw.rectangle((100,100,200,200), fill='green')

14.2.3. 描画した図形を保存する¶

キャンバスに描画した図形をPNGファイルに保存します。ファイル名は、なんでも構いませんが、拡張子は、.pngにします。

[6]:

canvas.save("rect.png")

(Colab 上に)保存されたPNGファイルは、IPython.displayで表示してみることができます。

[7]:

IPython.display.Image("rect.png")

[7]:

Let’s try

長方形の色や位置、大きさを変えて表示してみよう

14.2.4. 円¶

円も描画する ecllipse は、指定した短形におさまる楕円(円)を描画します。

[8]:

draw.ellipse((250,200, 300, 250),fill=(192, 64, 64))

今回は、色を RGB で指定しています。

https://note.nkmk.me/python-pillow-imagedraw/

14.3. アニメーションを作る¶

アニメーション（動画）は、複数の画像を作成し、パラパラ漫画と同じ原理で作ります。

まず、ボールが転がるアニメーションを作ってみましょう。 x 軸方向に +20 ずつ移動させながら、3枚ほど画像を作ります。

ball0.png を作る

[9]:

canvas = Image.new("RGB", (400,300), color='black')
draw = ImageDraw.Draw(canvas)
draw.ellipse((100, 200, 150, 250),fill=(192, 64, 64))
canvas.save('ball0.png')
IPython.display.Image("ball0.png")

[9]:

ball1.png を作る

[10]:

canvas = Image.new("RGB", (400,300), color='black')
draw = ImageDraw.Draw(canvas)
draw.ellipse((100+20, 200, 150+20, 250),fill=(192, 64, 64))
canvas.save('ball1.png')
IPython.display.Image("ball1.png")

[10]:

ball2.png を作る

[11]:

canvas = Image.new("RGB", (400,300), color='black')
draw = ImageDraw.Draw(canvas)
draw.ellipse((100+40, 200, 150+40, 250),fill=(192, 64, 64))
canvas.save('ball2.png')
IPython.display.Image("ball2.png")

[11]:

Let’s try: 本来、１枚１枚作成してはいけません。

for文を使って、まとめて生成しましょう。

14.4. APNG に変換する¶

Pillow/PILで保存したファイル名からファイルリストを作ります。

[12]:

filelist = ['ball0.png', 'ball1.png', 'ball2.png']

APNG モジュールは、画像ファイルのリストからアニメーション PNG を作成します。delay は、画像 1 枚辺りの速度 (ミリ秒) です。

[13]:

APNG.from_files(filelist, delay=100).save("ball-anime.png")

注意: PNGアニメーションのファイル拡張子は、画像と同じ.pngです。

Let’s try

実際にアニメーション (APNG) を作成して表示してみよう。 (大したアニメーションでないのでここは期待しないでください。)

IPython.display.Image("ball-anime.png")

14.4.1. ボールを投げるアニメ¶

(例題) ボールがいい感じで放物運動するアニメーションを作ってみましょう。時刻 t のときの (x,y) を次のようにします。(ここのパラメータは自由に調整して構いません。)

\(x = 10t + 100\) \(y = 2(t−10) +100\)

あとは、時刻を for t in range(20): のようにループでまわして、画像を作ります。画像名は、 filelist に追加しておきます。

[14]:

# 放物線を関数で定義しておく
def fy(t):
    return (t - 10)**2 + 100

filelist = []
for t in range (20):
    canvas = Image.new("RGB", (400,300), color="black")
    draw = ImageDraw.Draw(canvas)
    x = 100 + 10 * t
    y = fy(t)
    draw.ellipse((x, y, x+50, y+50),fill=(192, 64, 64))
    canvas.save(f"ball{t}.png")
    filelist.append(f"ball{t}.png")

APNG.from_files(filelist, delay=100).save("ball-anime.png")
IPython.display.Image("ball-anime.png")

[14]:

Python Programming 2021 ドキュメント