Das Erstellen und Darstellen von Dreiecksnetzen

Einführung

In diesem Lab werden wir lernen, wie man in Python unstrukturierte Dreiecksnetze mit der Matplotlib-Bibliothek erstellt und darstellt. Wir beginnen mit der Erstellung einer Delaunay-Triangulation für eine Menge von Punkten und plotten dann die Triangulation. Anschließend werden wir unsere eigene Triangulation angeben, indem wir die Indizes der drei Punkte angeben, die jedes Dreieck bilden. Schließlich werden wir die benutzerdefinierte Triangulation plotten.

Tipps für die VM

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Bibliotheken importieren

Wir beginnen mit dem Import der erforderlichen Bibliotheken: Matplotlib, NumPy und Matplotlib.tri.

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import matplotlib.tri as tri

Delaunay-Triangulation erstellen

Wir werden eine Delaunay-Triangulation erstellen, ohne die Dreiecke anzugeben, indem wir die x- und y-Koordinaten der Punkte angeben.

n_angles = 36
n_radii = 8
min_radius = 0.25
radii = np.linspace(min_radius, 0.95, n_radii)
angles = np.linspace(0, 2 * np.pi, n_angles, endpoint=False)
angles = np.repeat(angles[..., np.newaxis], n_radii, axis=1)
angles[:, 1::2] += np.pi / n_angles
x = (radii * np.cos(angles)).flatten()
y = (radii * np.sin(angles)).flatten()
triang = tri.Triangulation(x, y)

Ungewollte Dreiecke maskieren

Wir werden ungewollte Dreiecke maskieren, indem wir den Mittelwert der x- und y-Koordinaten der Eckpunkte jedes Dreiecks berechnen und ihn mit dem Mindestradius vergleichen.

triang.set_mask(np.hypot(x[triang.triangles].mean(axis=1),
                         y[triang.triangles].mean(axis=1))
                < min_radius)

Delaunay-Triangulation darstellen

Wir werden die Triangulation mit der triplot-Funktion darstellen.

fig1, ax1 = plt.subplots()
ax1.set_aspect('equal')
ax1.triplot(triang, 'bo-', lw=1)
ax1.set_title('Triplot of Delaunay Triangulation')

Benutzerdefinierte Triangulation erstellen

Wir werden eine benutzerdefinierte Triangulation erstellen, indem wir die x- und y-Koordinaten der Eckpunkte jedes Dreiecks angeben.

xy = np.asarray([
    [-0.101, 0.872], [-0.080, 0.883], [-0.069, 0.888], [-0.054, 0.890],
    [-0.045, 0.897], [-0.057, 0.895], [-0.073, 0.900], [-0.087, 0.898],
    [-0.090, 0.904], [-0.069, 0.907], [-0.069, 0.921], [-0.080, 0.919],
    [-0.073, 0.928], [-0.052, 0.930], [-0.048, 0.942], [-0.062, 0.949],
    [-0.054, 0.958], [-0.069, 0.954], [-0.087, 0.952], [-0.087, 0.959],
    [-0.080, 0.966], [-0.085, 0.973], [-0.087, 0.965], [-0.097, 0.965],
    [-0.097, 0.975], [-0.092, 0.984], [-0.101, 0.980], [-0.108, 0.980],
    [-0.104, 0.987], [-0.102, 0.993], [-0.115, 1.001], [-0.099, 0.996],
    [-0.101, 1.007], [-0.090, 1.010], [-0.087, 1.021], [-0.069, 1.021],
    [-0.052, 1.022], [-0.052, 1.017], [-0.069, 1.010], [-0.064, 1.005],
    [-0.048, 1.005], [-0.031, 1.005], [-0.031, 0.996], [-0.040, 0.987],
    [-0.045, 0.980], [-0.052, 0.975], [-0.040, 0.973], [-0.026, 0.968],
    [-0.020, 0.954], [-0.006, 0.947], [ 0.003, 0.935], [ 0.006, 0.926],
    [ 0.005, 0.921], [ 0.022, 0.923], [ 0.033, 0.912], [ 0.029, 0.905],
    [ 0.017, 0.900], [ 0.012, 0.895], [ 0.027, 0.893], [ 0.019, 0.886],
    [ 0.001, 0.883], [-0.012, 0.884], [-0.029, 0.883], [-0.038, 0.879],
    [-0.057, 0.881], [-0.062, 0.876], [-0.078, 0.876], [-0.087, 0.872],
    [-0.030, 0.907], [-0.007, 0.905], [-0.057, 0.916], [-0.025, 0.933],
    [-0.077, 0.990], [-0.059, 0.993]])
x = np.degrees(xy[:, 0])
y = np.degrees(xy[:, 1])
triangles = np.asarray([
    [67, 66,  1], [65,  2, 66], [ 1, 66,  2], [64,  2, 65], [63,  3, 64],
    [60, 59, 57], [ 2, 64,  3], [ 3, 63,  4], [ 0, 67,  1], [62,  4, 63],
    [57, 59, 56], [59, 58, 56], [61, 60, 69], [57, 69, 60], [ 4, 62, 68],
    [ 6,  5,  9], [61, 68, 62], [69, 68, 61], [ 9,  5, 70], [ 6,  8,  7],
    [ 4, 70,  5], [ 8,  6,  9], [56, 69, 57], [69, 56, 52], [70, 10,  9],
    [54, 53, 55], [56, 55, 53], [68, 70,  4], [52, 56, 53], [11, 10, 12],
    [69, 71, 68], [68, 13, 70], [10, 70, 13], [51, 50, 52], [13, 68, 71],
    [52, 71, 69], [12, 10, 13], [71, 52, 50], [71, 14, 13], [50, 49, 71],
    [49, 48, 71], [14, 16, 15], [14, 71, 48], [17, 19, 18], [17, 20, 19],
    [48, 16, 14], [48, 47, 16], [47, 46, 16], [16, 46, 45], [23, 22, 24],
    [21, 24, 22], [17, 16, 45], [20, 17, 45], [21, 25, 24], [27, 26, 28],
    [20, 72, 21], [25, 21, 72], [45, 72, 20], [25, 28, 26], [44, 73, 45],
    [72, 45, 73], [28, 25, 29], [29, 25, 31], [43, 73, 44], [73, 43, 40],
    [72, 73, 39], [72, 31, 25], [42, 40, 43], [31, 30, 29], [39, 73, 40],
    [42, 41, 40], [72, 33, 31], [32, 31, 33], [39, 38, 72], [33, 72, 38],
    [33, 38, 34], [37, 35, 38], [34, 38, 35], [35, 37, 36]])

Benutzerspezifische Triangulation darstellen

Wir werden die benutzerspezifische Triangulation mit der triplot-Funktion darstellen.

fig2, ax2 = plt.subplots()
ax2.set_aspect('equal')
ax2.triplot(x, y, triangles, 'go-', lw=1.0)
ax2.set_title('Triplot of User-Specified Triangulation')
ax2.set_xlabel('Longitude (degrees)')
ax2.set_ylabel('Latitude (degrees)')

Zusammenfassung

In diesem Lab haben wir gelernt, wie man in Python unstrukturierte Dreiecksnetze mit der Matplotlib-Bibliothek erstellt und darstellt. Wir haben eine Delaunay-Triangulation erstellt und mit der triplot-Funktion dargestellt. Wir haben auch eine benutzerspezifische Triangulation erstellt und mit der triplot-Funktion dargestellt.