How to Create 3D Animations in Using Pyvista

I wrote some code to animate a satellite/body orbiting around Earth using Matplotlib. However, Matplotlib either sets the orbit behind or doesn’t display the orbit hierarchy layer correctly, despite setting different zorder values for each ax figure, as you can see in the images below. So instead, I decided to use Pyvista to plot the orbit in 3D. However, I can’t find the right way to animate the satellite orbiting the cental body and the rotation of it like in Matplotlib because I can’t find documentation on how to do it. Any idea how to animate it?

Code:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import pyvista as pv
import matplotlib.animation as animation
import matplotlib.patches as patches

# Constants
M = 5.974 * 10 ** 24  # mass of the earth
G = 6.67430 * 10 ** (-20) #6.67259 * 10 ** (-20)  # gravitational constant
R = 6378.0  # radius of the moon in km 
mu = M *G ## 3.986 * 10 ** 5  #  gravitational parameter of earth km^3/sec^2 
# Orbital elements
a = 6789 # semi-major axis in km of ISS
e = 0.003280    # eccentricity of ISS
i = np.deg2rad(51.6)  # inclination
raan = np.deg2rad(72.5085)  # right ascending node
w = np.deg2rad(202.3397)  # argument of perigee
p = a * (1 - e**2)


# Initial conditions for numerical calculations
 
nu= np.deg2rad(0)  # true anomaly Is possible to make a initial value by calculatin the mean anomaly
t0 = 0           # initial time 
tf = 2 * np.pi * np.sqrt ( a **3 / mu) # final time = 2 orbit 
dt = 20           # time step 
#n = np.sqrt( mu / a ** 3)
print(tf)
# Rotation Matrix from PQW to ECI
def Q_x(raan, w, i):
    q = np.array([
        [-np.sin(raan) * np.cos(i) * np.sin(w) + np.cos(raan) * np.cos(w), -np.sin(raan) * np.cos(i) * np.cos(w) - np.cos(raan) * np.sin(w), np.sin(raan) * np.sin(i)],
        [np.cos(raan) * np.cos(i) * np.sin(w) + np.sin(raan) * np.cos(w), np.cos(raan) * np.cos(i) * np.cos(w) - np.sin(raan) * np.sin(w), -np.cos(raan) * np.sin(i)],
        [np.sin(i) * np.sin(w), np.sin(i) * np.cos(w), np.cos(i)]
    ])
    return q
# Building the position and velocity vectors functions using classic kepler elements
def r_po(p,e,nu):
    cos_v = np.cos(nu)
    sin_v = np.sin(nu)
    #r = (h**2 / (mu)) / (1 + e * cos_v)
    r = p / (1 + e * cos_v)
    perifocal_r = np.array([r * cos_v, r * sin_v, 0])
    return perifocal_r

def v_po(p,e,nu):
     x = - np.sqrt(mu/p) * np.sin(nu)
     y = np.sqrt(mu/p) * (e + np.cos(nu))
     z = 0
     perifocal_vel = np.array([x,y,z])
     return perifocal_vel
# Rotation from PQW to ECI
def p_perifocal_to_ECI(p, e, nu, w , i, raan):
    r_0 = r_po(p,e,nu)
    r_1 = Q_x(raan, w,i).dot(r_0)
    return r_1

def v_perifocal_to_ECI(p, e, nu, w , i, raan):
    v_0 = v_po(p,e,nu)
    v_1 = Q_x(raan,w,i).dot(v_0)
    return v_1
# We store the initial values
x0 = p_perifocal_to_ECI(p, e, nu, w , i, raan)[0]
y0 = p_perifocal_to_ECI(p, e, nu, w , i, raan)[1]
z0 = p_perifocal_to_ECI(p, e, nu, w , i, raan)[2]

vx0 = v_perifocal_to_ECI(p, e, nu, w , i, raan)[0]
vy0 = v_perifocal_to_ECI(p, e, nu, w , i, raan)[1]
vz0 = v_perifocal_to_ECI(p, e, nu, w , i, raan)[2]

# Define function for RK4 method
def f(t, propagation):
    x, y, z, vx, vy, vz = propagation # Assigns each value to each array 
    r = np.sqrt(x**2 + y**2 + z**2)
    ax = -G * M * x / r**3
    ay = -G * M * y / r**3
    az = -G * M * z / r**3
    return np.array([vx, vy, vz, ax, ay, az])


# Initialize arrays to store results, zeros_like fills the the array with zeros
t_values = np.arange(t0, tf, dt)
X = np.zeros_like(t_values)
Y = np.zeros_like(t_values)
Z = np.zeros_like(t_values)
VX = np.zeros_like(t_values)
VY = np.zeros_like(t_values)
VZ= np.zeros_like(t_values)
p_vector = []
v_vector = []
# Set initial values from perifocal to ECI
X[0] = x0
Y[0] = y0
Z[0] = z0
VX[0] = vx0
VY[0] = vy0
VZ[0] = vz0

# Apply Runge Kutta order 4 
for i in range(1, len(t_values)): #  Iterates over each time step index
    t = t_values[i-1]
    propagation = [X[i-1], Y[i-1], Z[i-1], VX[i-1], VY[i-1], VZ[i-1]] # we're retrieving the time value at the previous time step in the t_values array
    k1 = dt * f(t, propagation)
    k2 = dt * f(t + 0.5*dt, propagation + 0.5*k1)
    k3 = dt * f(t + 0.5*dt, propagation + 0.5*k2)
    k4 = dt * f(t + dt, propagation + k3)
    propagation += (k1 + 2*k2 + 2*k3 + k4) / 6 # propagation_+1 = propagation + 
    X[i], Y[i], Z[i], VX[i], VY[i], VZ[i] = propagation
    p_vector.append([X[i], Y[i], Z[i]])
    v_vector.append([VX[i], VY[i], VZ[i]])
# Transponse the vectors to plot them
position = np.array(p_vector).T 
v_vector = np.array(v_vector).T

# The plot with Matplotlib or Pyvista starts here
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

# Plot of the orbit
line, = ax.plot(position[0], position[1], position[2], zorder = 3)
ax.set_xlabel('X')
ax.set_ylabel('Y')
ax.set_zlabel('Z')
#path, = ax.plot([], [],[], color = 'black',  marker='o', markersize=8, zorder = 2)

# Plot Earth sphere
phi = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)
theta = np.linspace(0, np.pi, 100)
xm = R * np.outer(np.cos(phi), np.sin(theta))
ym = R * np.outer(np.sin(phi), np.sin(theta))
zm = R * np.outer(np.ones(np.size(phi)), np.cos(theta))
Earth = ax.plot_surface(xm, ym , zm , rstride=4, cstride=4, facecolor="grey", edgecolor="black", zorder = 2)
#Euler roation about Z Axis
def rotation_matrix(angle):
    c, s = np.cos(angle), np.sin(angle)
    array= np.array([[c, -s, 0],
                     [s, c, 0],
                     [0, 0, 1]])
    return array
# 3D plot of a satellite
Rm = 500
rho = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)
gamma = np.linspace(0, np.pi, 100)
x_o = Rm * np.outer(np.cos(rho), np.sin(gamma))
y_o = Rm * np.outer(np.sin(rho), np.sin(gamma))
z_o = Rm * np.outer(np.ones(np.size(rho)), np.cos(gamma))
sat = ax.plot_surface(x_o,y_o,z_o, rstride=4, cstride=4, facecolor="b",edgecolor="black", zorder = 2)
# Sat movement along the orbit path
def sat_move(position, i):
    global sat
    sat.remove()
    sat_x = x_o + position[0, i]
    sat_y = y_o + position[1, i]
    sat_z = z_o + position[2, i]
    sat = ax.plot_surface(sat_x, sat_y, sat_z, rstride=4, cstride=4, facecolor="b",edgecolor="black", zorder=10)
# Planet/Body rotation
def Earth_move(i):
    global Earth
    Earth.remove()
    angle = np.radians(i)
    R = rotation_matrix(angle)
    
    x_rot = R[0, 0] * xm + R[0, 1] * ym + R[0, 2] * zm
    y_rot = R[1, 0] * xm + R[1, 1] * ym + R[1, 2] * zm
    z_rot = R[2, 0] * xm + R[2, 1] * ym + R[2, 2] * zm
    Earth = ax.plot_surface(x_rot , y_rot  , z_rot  , rstride=4, cstride=4, facecolor="grey", edgecolor="black", zorder = 2)

def orbit(i):
    sat_move(position, i)
    Earth_move(i)
    return  sat, Earth #Earth
ax.set_aspect('equal') 
ani = animation.FuncAnimation(fig , orbit,  frames = len(t_values), interval=1)
plt.show()

Matplotlib:

With:

line, = ax.plot(position[0], position[1], position[2], zorder = 4)

Pyvista, but I don’t know how to animate the satellite orbiting the central body:

plot = pv.Plotter()

# Plot orbit

points = np.column_stack((X, Y,Z))
orbit_path = pv.PolyData(points)


# Plot Moon
phi = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)
theta = np.linspace(0, np.pi, 100)
xm = R * np.outer(np.cos(phi), np.sin(theta))
ym = R * np.outer(np.sin(phi), np.sin(theta))
zm = R * np.outer(np.ones(np.size(phi)), np.cos(theta))
moon = pv.StructuredGrid(xm, ym, zm)
plot.add_mesh(moon, color="grey", smooth_shading = True)

# Correct the aliasing
plot.enable_anti_aliasing()




plot.add_mesh(orbit_path, color="red", label = 'Orbit', style = 'points', point_size = 5)
plot.add_legend(bcolor = None, size = (0.1,0.1), face = None , loc = 'upper right')

plot.show_grid()
plot.show_axes()
plot.add_floor('-z', lighting=True, color='b', pad=1.0, opacity = 0.5) # Pad sets the size much better

# Show the plot plot.show()
plot.show()

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật