來源：Python 技術(shù)「ID: pythonall」
在之前的文章有講解過 Matplotlib 的用法，可能有的小伙伴們已經(jīng)略有忘記，如果有不熟悉的讀者朋友們請回顧Matplotlib學(xué)習(xí)進(jìn)階 ，今天文章教大家如何用不到 30 行代碼繪制 Matplotlib 3D 圖形，Matplotlib 繪制的都是平面 3D 圖形，接下來上才藝！
用賽貝爾曲線作 2d 圖。此圖是用基于 Matplotlib 的 Path 通過賽貝爾曲線實(shí)現(xiàn)的，有對賽貝爾曲線感興趣的朋友們可以去學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)，在 matplotlib 中，figure 為畫布，axes 為繪圖區(qū)，fig.add_subplot()、plt.subplot() 方法均可以創(chuàng)建子圖。以下是作圖實(shí)踐。
import matplotlib.path as mpath
import matplotlib.patches as mpatches
import matplotlib.pyplot as plt
fig, ax = plt.subplots()
#定義繪圖指令與控制點(diǎn)坐標(biāo)
Path = mpath.Path
# Path 控制坐標(biāo)點(diǎn)繪制貝塞爾曲線
# 圖形數(shù)據(jù)構(gòu)造
# MOVETO表示將繪制起點(diǎn)移動到指定坐標(biāo)
# CURVE4表示使用4個控制點(diǎn)繪制3次貝塞爾曲線
# CURVE3表示使用3個控制點(diǎn)繪制2次貝塞爾曲線
# LINETO表示從當(dāng)前位置繪制直線到指定位置
# CLOSEPOLY表示從當(dāng)前位置繪制直線到指定位置，并閉合多邊形
path_data = [
(Path.MOVETO, (1.88, -2.57)),
(Path.CURVE4, (0.35, -1.1)),
(Path.CURVE4, (-1.75, 1.5)),
(Path.CURVE4, (0.375, 2.0)),
(Path.LINETO, (0.85, 1.15)),
(Path.CURVE4, (2.2, 3.2)),
(Path.CURVE4, (3, 0.05)),
(Path.CURVE4, (2.0, -1.5)),
(Path.CLOSEPOLY, (1.58, -2.57)),
]
codes,verts = zip(*path_data)
path = mpath.Path(verts, codes)
patch = mpatches.PathPatch(path, facecolor='r', alpha=0.5)
ax.add_patch(patch)
# plot control points and connecting lines
x, y = zip(*path.vertices)
line, = ax.plot(x, y, 'go-')
ax.grid()
ax.axis('equal')
plt.show()
Matplotlib 繪制 3D 圖形使用 mplot3d Toolkit 即 mplot3d 工具包，在 matplotlib 中使用 mplot3d 工具包。繪制 3D 圖可以通過創(chuàng)建子圖，然后指定 projection 參數(shù) 為 3d 即可，返回的 ax 為 Axes3D 對象。mplot3d 官方學(xué)習(xí)文檔
導(dǎo)入包：
from matplotlib import cm
from matplotlib.ticker import LinearLocator, FormatStrFormatter
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
繪圖全過程：
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib import cm
from matplotlib.ticker import LinearLocator, FormatStrFormatter
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import numpy as np
fig = plt.figure()
# 指定圖形類型是 3d 類型
ax = fig.add_subplot(projection='3d')
# 構(gòu)造數(shù)據(jù)
X = np.arange(-5, 5, 0.25)
Y = np.arange(-5, 5, 0.25)
X, Y = np.meshgrid(X, Y)
R = np.sqrt(X**2 + Y**2)
Z = np.sin(R)
# Plot the surface.
surf = ax.plot_surface(X, Y, Z, cmap=cm.coolwarm,
linewidth=0, antialiased=False)
# Customize the z axis.
ax.set_zlim(-1.01, 1.01)
ax.zaxis.set_major_locator(LinearLocator(10))
ax.zaxis.set_major_formatter(FormatStrFormatter('%.02f'))
# Add a color bar which maps values to colors.
fig.colorbar(surf, shrink=0.5, aspect=5)
plt.show()
呈現(xiàn)效果：
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
fig = plt.figure()
# 指定圖形類型為 3d 類型
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
# X, Y value
X = np.arange(-5, 5, 0.25)
Y = np.arange(-5, 5, 0.25)
# 設(shè)置 x-y 平面的網(wǎng)格
X, Y = np.meshgrid(X, Y)
R = np.sqrt(X ** 2 + Y ** 2)
# height value
Z = np.sin(R)
# rstride:行之間的跨度 cstride:列之間的跨度
# rcount:設(shè)置間隔個數(shù)，默認(rèn)50個，ccount:列的間隔個數(shù) 不能與上面兩個參數(shù)同時出現(xiàn)
#vmax和vmin 顏色的最大值和最小值
ax.plot_surface(X, Y, Z, rstride=1, cstride=1, cmap=plt.get_cmap('rainbow'))
# zdir : 'z' | 'x' | 'y' 表示把等高線圖投射到哪個面
# offset : 表示等高線圖投射到指定頁面的某個刻度
ax.contourf(X,Y,Z,zdir='z',offset=-2)
# 設(shè)置圖像z軸的顯示范圍，x、y軸設(shè)置方式相同
ax.set_zlim(-2,2)
plt.show()
3D 線性圖使用 Axes3D.plot來繪制 繪畫的基本方法：Axes3D.plot(xs, ys[, zs, zdir='z', *args, **kwargs])
參數(shù)說明：
| 參數(shù) | 描述 |
|---|---|
| xs | 一維數(shù)組，點(diǎn)的 x 軸坐標(biāo) |
| ys | 一維數(shù)組，點(diǎn)的 y 軸坐標(biāo) |
| zs | 一維數(shù)組，可選項(xiàng)，點(diǎn)的 z 軸坐標(biāo) |
| zdir | 可選項(xiàng)，在 3D 軸上繪制 2D 數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)必須以 xs，ys 的形式傳遞，若此時將 zdir 設(shè)置為 'y’，數(shù)據(jù)將會被繪制到 x-z 軸平面上，默認(rèn)為 'z’ |
| **kwargs | 其他關(guān)鍵字參數(shù)，可選項(xiàng)，可參見 matplotlib.axes.Axes.plot |
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
# 依次獲取畫布和繪圖區(qū)并創(chuàng)建 Axes3D 對象
fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')
# 第一條3D線性圖數(shù)據(jù)
theta = np.linspace(-4 * np.pi, 4 * np.pi, 100)
z1 = np.linspace(-2, 2, 100)
r = z1**2 + 1
x1 = r * np.sin(theta)
y1 = r * np.cos(theta)
# 第二條3D線性圖數(shù)據(jù)
z2 = np.linspace(-3, 3, 100)
x2 = np.sin(z2)
y2 = np.cos(z2)
# 繪制3D線性圖
ax.plot(x1, y1, z1, color='b', label='3D Line1')
ax.plot(x2, y2, z2, color='r', label='3D Line2')
# 設(shè)置標(biāo)題、軸標(biāo)簽、圖例，也可以直接使用 plt.title、plt.xlabel、plt.legend...
ax.set_title('3D Line View', pad=15, fontsize='10')
ax.set_xlabel('x ', color='r', fontsize='14')
ax.set_ylabel('y ', color='g', fontsize='14')
ax.set_zlabel('z ', color='b', fontsize='14')
ax.legend()
plt.show()
結(jié)果顯示：
繪制 3D 散點(diǎn)圖的基本方法是：Axes3D.scatter(xs, ys[, zs=0, zdir='z', s=20, c=None, depthshade=True, *args, **kwargs])
參數(shù)詳解：
| 參數(shù) | 描述 |
|---|---|
| xs | 一維數(shù)組，點(diǎn)的 x 軸坐標(biāo) |
| ys | 一維數(shù)組，點(diǎn)的 y 軸坐標(biāo) |
| zs | 一維數(shù)組，可選項(xiàng)，點(diǎn)的 z 軸坐標(biāo) |
| zdir | 可選項(xiàng)，在 3D 軸上繪制 2D 數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)必須以 xs，ys 的形式傳遞，若此時將 zdir 設(shè)置為 'y’，數(shù)據(jù)將會被繪制到 x-z 軸平面上，默認(rèn)為 'z’ |
| s | 標(biāo)量或數(shù)組類型，可選項(xiàng)，標(biāo)記的大小，默認(rèn) 20 |
| c | 標(biāo)記的顏色，可選項(xiàng)，可以是單個顏色或者一個顏色列表支持英文顏色名稱及其簡寫、十六進(jìn)制顏色碼等，更多顏色示例參見官網(wǎng) Color Demo |
| depthshade | bool 值，可選項(xiàng)，默認(rèn) True，是否為散點(diǎn)標(biāo)記著色以提供深度外觀 |
| **kwargs | 其他關(guān)鍵字 |
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
def randrange(n, vmin, vmax):
return (vmax - vmin) * np.random.rand(n) + vmin
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
n = 100
# For each set of style and range settings, plot n random points in the box
# defined by x in [23, 32], y in [0, 100], z in [zlow, zhigh].
for c, m, zlow, zhigh in [('r', 'o', -50, -25), ('b', '^', -30, -5)]:
xs = randrange(n, 23, 32)
ys = randrange(n, 0, 100)
zs = randrange(n, zlow, zhigh)
ax.scatter(xs, ys, zs, c=c, marker=m)
ax.set_title('3D Diagram View', pad=15, fontsize='10')
ax.set_xlabel('x ', color='r', fontsize='14')
ax.set_ylabel('y ', color='g', fontsize='14')
ax.set_zlabel('z ', color='b', fontsize='14')
plt.show()
結(jié)果顯示為：
本文主要是講述使用 Python 第三方庫 Matplotlib 來繪畫 3D 圖形，當(dāng)然除了小編繪畫的這些還有更多好看的圖形，一個好的圖形能給我們帶來不一樣的視覺享受，同時也可以幫助我們學(xué)到很多知識，做出很多有成就感的東西，但最關(guān)鍵的是思維，技術(shù)始終是實(shí)現(xiàn)一個產(chǎn)品或者目標(biāo)的工具，我想這就是 Python 最具魔力的地方吧！大伙都實(shí)踐起來呀~
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