使用Matplotlib绘制3d图形

目录

一：绘制一个正方体

二：绘制一个3*3*3魔方

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为了绘制立体，主要用到Matplotlib中的一个函数voxels

voxels([x, y, z, ], filled, facecolors=None, edgecolors=None, **kwargs)
绘制一组填充体素，所有体素在坐标轴上绘制为1x1x1立方体，filled[0, 0, 0]的lower corner位于原点。被遮挡的面不再绘制。

一：绘制一个正方体

? ?# 准备一组体素坐标
? ? n_voxels = np.ones((1,1,1), dtype=bool)

? ? # 绘制
? ? ax = plt.figure().add_subplot(projection='3d')
? ? ax.voxels(n_voxels)
? ? plt.show()

二：绘制一个3*3*3魔方

(1) 填充体素,绘制

? n_voxels = np.ones((3,33), dtype=bool)

? ? # 绘制
? ? ax = plt.figure().add_subplot(projection='3d')
? ? ax.voxels(n_voxels)
? ? plt.show()

（2）增加间隙

可以对3x3x3的体素进行上采样，即构建一个5x5x5的体素，这样在每一个维度，让处于两个体素中间的体素不显示，即可产生间隙的效果。

? ? # 准备一组体素坐标
? ? n_voxels = np.ones((3,3,3), dtype=bool)

? ? size = np.array(n_voxels.shape) * 2
? ? filled = np.zeros(size - 1, dtype=n_voxels.dtype)
? ? filled[::2, ::2, ::2] = n_voxels

? ? # 绘制
? ? ax = plt.figure().add_subplot(projection='3d')
? ? ax.voxels(filled)
? ? plt.show()
?

（3）缩小间隙，保持美观

? ?# 准备一组体素坐标
? ? n_voxels = np.ones((3,3,3), dtype=bool)

? ? size = np.array(n_voxels.shape) * 2
? ? filled = np.zeros(size - 1, dtype=n_voxels.dtype)
? ? filled[::2, ::2, ::2] = n_voxels

? ? # 缩小间隙
? ? # 构建voxels顶点控制网格
? ? # x, y, z均为6x6x6的矩阵，为voxels的网格
? ? # //2是为了，把索引范围从[0 1 2 3 4 5]转换为[0 0 1 1 2 2],这样x,y,z范围就回到了0~3
? ? x, y, z = np.indices(np.array(filled.shape) + 1).astype(float) // 2
? ? x[1::2, :, :] += 0.95
? ? y[:, 1::2, :] += 0.95
? ? z[:, :, 1::2] += 0.95

? ? # 绘制
? ? ax = plt.figure().add_subplot(projection='3d')
? ? ax.voxels(x, y, z,filled)
? ? plt.show()

（4）绘制面颜色

由于只能给每个体素整体一个颜色，不能对一个体素的不同面指定不同的颜色，所以为了实现六个面不同颜色，只能将3x3x3的矩阵改为5x5x5，将最外边的那一层体素厚度设小一点，近似于面，然后赋颜色。

?# 准备一组体素坐标
? ? n_voxels = np.ones((5,5,5), dtype=bool)

? ? size = np.array(n_voxels.shape) * 2
? ? filled = np.zeros(size - 1, dtype=n_voxels.dtype)
? ? filled[::2, ::2, ::2] = n_voxels

? ? # 缩小间隙
? ? # 构建voxels顶点控制网格
? ? # x, y, z均为6x6x6的矩阵，为voxels的网格
? ? # //2是为了，把索引范围从[0 1 2 3 4 5]转换为[0 0 1 1 2 2],这样x,y,z范围就回到了0~3
? ? x, y, z = np.indices(np.array(filled.shape) + 1).astype(float) // 2
? ? x[1::2, :, :] += 0.95
? ? y[:, 1::2, :] += 0.95
? ? z[:, :, 1::2] += 0.95

? ? x[0, :, :] += 0.94
? ? y[:, 0, :] += 0.94
? ? z[:, :, 0] += 0.94
? ? x[-1, :, :] -= 0.94
? ? y[:, -1, :] -= 0.94
? ? z[:, :, -1] -= 0.94

? ? # 给魔方六个面赋予不同的颜色
? ? colors = np.array(['#ffd400', "#fffffb", "#f47920", "#d71345", "#145b7d", "#45b97c"])
? ? facecolors = np.full(filled.shape, '#77787b') ?# 设一个灰色的基调
? ? facecolors[:, :, -1] = colors[0]
? ? facecolors[:, :, 0] = colors[1]
? ? facecolors[:, 0, :] = colors[2]
? ? facecolors[:, -1, :] = colors[3]
? ? facecolors[0, :, :] = colors[4]
? ? facecolors[-1, :, :] = colors[5]

? ? filled[0, 0, :] = 0
? ? filled[0, -1, :] = 0
? ? filled[-1, 0, :] = 0
? ? filled[-1, -1, :] = 0
? ? filled[:, 0, 0] = 0
? ? filled[:, 0, -1] = 0
? ? filled[:, -1, 0] = 0
? ? filled[:, -1, -1] = 0
? ? filled[0, :, 0] = 0
? ? filled[0, :, -1] = 0
? ? filled[-1, :, 0] = 0
? ? filled[-1, :, -1] = 0

? ? # 绘制
? ? ax = plt.figure().add_subplot(projection='3d')
? ? ax.voxels(x, y, z,filled,facecolors=facecolors)
? ? plt.show()
?