# 津波計算結果の可視化
## 概要
津波計算結果のスナップショットをPython,FFmpegを用いて，2次元可視化を行います．
メインはPythonによる作画の仕方で，FFmpegは基本的なコマンドのみなのですぐ終わります．
両方ともインストール済みの前提で話を進めるので，入れといてください．
出来上がる動画は以下のようなものになります．
## 手順
1.PythonによるPNGファイルの作成
2.FFmpegによる動画作成
## PythonによるPNGファイルの作成
とりあえずコードは以下の通り．
説明は後からします．
```python=
# モジュールのインポート
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.cm as cm
import glob
import copy
#
# 地形データの読み込み
data_bath = np.loadtxt('bathymetry/region1.dat',dtype=float)
bath = data_bath[::-1]
#
# 津波スナップのリスト取得
tsunamilist=glob.glob('tsunami/snap1*')
tsunamilist.sort()
#
# 津波スナップの間隔
dt = 0.1
ts = 300
#
# 作図
for filename in tsunamilist:
# 画像タイトルの設定
title = filename.split('snap1')
title = title[1].split('.')
title = title[0]
#
# スナップ時間の設定[s]
title_int = int(title)*dt*ts
#
print('now processing : '+ title)
#
# 水位データの読み込み
data_tnm = np.loadtxt(filename,dtype=float)
tnm = data_tnm[::-1]
# 非浸水部分の透過
tnm = np.ma.masked_where(tnm == -99.0, tnm)
#
# 図の設定
plt.figure(figsize=(8,10))
plt.xlim(0,749) #originally 750
plt.ylim(0,999) #originally 1000
plt.tick_params(labelleft='off',labelbottom='off')
#
# 地形の作図
cmap1 = copy.copy(cm.Greys)
bathymetry = plt.imshow(bath, cmap=cmap1, vmin=-100000, vmax=70000)
#
# 水位の作図
cmap2 = copy.copy(cm.RdBu_r)
tsunami = plt.imshow(tnm,cmap=cmap2,vmin=-5,vmax=5)
#
# 水位のカラーバー
plt.colorbar(tsunami, cmap=cmap2, aspect=30, shrink=0.7, extend='both', \
ticks=np.arange(-5.0,5.1,2.5), label = 'Water level [m]')
#
# 時間の描画
plt.title('Elapsed time : '+str(title_int)+' [s]')
#
# 図の保存
plt.savefig('./snaps/' + title + '.png',dpi=100)
plt.close()
```
- モジュールのインポート
コードに示したのは必要最低限のモジュールたちです．
したいことが増えたらその都度増やしてください．
場合によっては`pyplot`の前に以下を付け加える必要があります(詳細は調べて)．
```python=
import matplotlib as mpl
mpl.use('Agg')
```
- 地形データの読み込み
`np.loadtxt`を使ってデータの読み込みをします．値は実数なので`float`にします．
左下を(0.0)にするために-1をつけます．
`np.loadtxt`はきれいな配列になっていないと読み込まないので，気を付けてください．
- 津波スナップのリストの取得
`glob`を使って津波スナップのファイルの名前を取得し，リストにします．
念のためソートしてますが，別にしなくてもいいです．
`glob`は指定したパスにターゲットがあればとってきますが，なくても特にエラーにならないので，パスは間違わないように．
- 津波スナップの設定
津波計算で設定した，`dt`と`time_step`を記述しますが，コードによっては不要です．
- 作図
津波のスナップファイルは複数あるので，ループさせます．
ループ変数`filename`に`tsunamilist`をいれるとわかりやすいので，そうしてます．
- 画像タイトルの設定
スナップファイルの名前にはスナップ時間の情報が入ってます．
その時間部分だけを取り出して，`title`に入れます．
`filename`には`tsunami/snap10000.dat`が入っており，この操作を行うことで`title`に`0000`が入ります．
- スナップ時間の設定
`title`に`dt`と`ts`を掛けた値がスナップの時間だったので，行った操作です．
計算コードによっては行う必要ありません．
- 水位データの読み込み
ここでやっとスナップの水位データを読み込みます．やり方は地形データと一緒です．
- 非浸水部分の透過
スナップの水位データには水のない部分(陸)は適当な値が入っていて，透過させる必要があります．
僕のコードでは`-99` が入っているのでそれを透過(マスク)します．
透過条件は`tnm == -99`で，当てはまらない(水がある)部分は`tnm`となるようにします．
- 図の設定
さぁ，ここからが作図になります．
コードを見やすくするために，先に設定はここで済ませましょう．
`Python`のナンバリングは0からなので，メッシュ数は-1する必要があります．
軸の目盛りを消したかったので，`tick_params`を設定してます．
- 地形の作図(水位の作図)
`plt.imshow`で作図をします．
カラーマップを先に決めておき，色の範囲は`vmin,vmax`で指定します．
今回の設定は，地形がグレー単色，水位が押し波が赤，引き波が青になってます．
`Zorder`を指定しない場合は，地形を先にしないと水位が移りません．
- 水位のカラーバー
`plt.colobar`でカラーバーを表示します．
`aspect,shrink`でカラーバーの形状を決めます．
`extend`でバーの端の形状が変わります．vmin,vmax以上のデータが存在するかどうかで変える必要があります．
`ticks`で目盛りの表示する値を決めます．
`label`でラベルつけます．
バーを水平にしたければ，`orientation='horizontal'`を加えます．
- 時間の描画
スナップ時間を`title`として図の上に記述します．
図の中に入れたい場合は`plt.text`で記述すればできます．
- 図の保存
最後に図の保存をします．これを忘れると今までの苦労が水の泡です．
最初の因数にファイルネーム，`dpi`は解像度の値で高いほど綺麗で重いファイルになります．
以上を行うことで，pngファイルの完成です．
コードは基本しかかいてないので，自分好みにアレンジしてください．
行った改良は他のページに書くように頑張ります．
## FFmpegによる動画作成
最初に言った通り，ここからはすごく簡単かつ速いです．
以下のコマンドが例です．
```
$ ffmpeg -r 4 -i %04d.png -vf format=yuv420p -qmin 1 -q 1 tsunami.mp4
```
`-r 4` : 動画のレート，1秒間当たりの表示枚数
`-i %04d.png` : 画像ファイルの指定，画像ファイルは連番であり，ピクセル数が(偶数)x(偶数)である必要あり，`%04d`は4桁の数字を表す
`-vf format=yuv420p `: 動画のフォーマット，これはよくわからん
`-qmin 1 -q 1 `: 動画の綺麗に関するもの，これもよくわからん
`tsunami.mp4` : 出力ファイルの名前，拡張子指定もここでする
ここには簡単な説明しか書いてない(というかわからない)ので，調べてみてください．
一応これでもできます．
## 完成品
ここまでで示したコードでできたものを以下に示します．こんなのができます．(ちょっとカクカクしてますが)
他のページに僕が行った改良を載せようと思うので，出来てたらそちらも参考にするとよいかと思います．
{%youtube j3MLelzNHoM %}
## 追記
- 地形データと津波データの読み取りの際にヘッダーがある時には以下のように`skiprows`をオプションに追加するとできる．
```python
np.loadtxt(fliename,dtype=float,skiprows=6)
```
###### tags : `Python` `FFmpeg` `tsunami`
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