Python で印象的な 3D ワイヤーフレーム可視化を作成する

はじめに

この実験では、Python の Matplotlib ライブラリを使って 3D ワイヤーフレームプロットを作成する方法を学びます。ワイヤーフレームプロットは、3D 曲面の各点間に線を引いたもので、複雑な 3D データを可視化するのに役立ち、印象的なビジュアライゼーションを作成するためにカスタマイズすることができます。

VM のヒント

VM の起動が完了したら、左上隅をクリックしてノートブックタブに切り替え、Jupyter Notebook を使って練習しましょう。

時々、Jupyter Notebook が読み込み終わるまで数秒待つ必要がある場合があります。Jupyter Notebook の制限により、操作の検証は自動化できません。

学習中に問題に遭遇した場合は、Labby にお問い合わせください。セッション後にフィードバックを提供してください。すぐに問題を解決いたします。

Skills Graph

%%%%{init: {'theme':'neutral'}}%%%% flowchart RL python(("Python")) -.-> python/BasicConceptsGroup(["Basic Concepts"]) matplotlib(("Matplotlib")) -.-> matplotlib/BasicConceptsGroup(["Basic Concepts"]) python(("Python")) -.-> python/DataStructuresGroup(["Data Structures"]) matplotlib(("Matplotlib")) -.-> matplotlib/AdvancedPlottingGroup(["Advanced Plotting"]) python(("Python")) -.-> python/ModulesandPackagesGroup(["Modules and Packages"]) python(("Python")) -.-> python/DataScienceandMachineLearningGroup(["Data Science and Machine Learning"]) matplotlib/BasicConceptsGroup -.-> matplotlib/importing_matplotlib("Importing Matplotlib") matplotlib/BasicConceptsGroup -.-> matplotlib/figures_axes("Understanding Figures and Axes") python/BasicConceptsGroup -.-> python/comments("Comments") python/DataStructuresGroup -.-> python/tuples("Tuples") matplotlib/AdvancedPlottingGroup -.-> matplotlib/3d_plots("3D Plots") python/ModulesandPackagesGroup -.-> python/importing_modules("Importing Modules") python/ModulesandPackagesGroup -.-> python/using_packages("Using Packages") python/DataScienceandMachineLearningGroup -.-> python/numerical_computing("Numerical Computing") python/DataScienceandMachineLearningGroup -.-> python/data_visualization("Data Visualization") subgraph Lab Skills matplotlib/importing_matplotlib -.-> lab-49034{{"Python の Matplotlib を使った 3D ワイヤーフレーム可視化の作成"}} matplotlib/figures_axes -.-> lab-49034{{"Python の Matplotlib を使った 3D ワイヤーフレーム可視化の作成"}} python/comments -.-> lab-49034{{"Python の Matplotlib を使った 3D ワイヤーフレーム可視化の作成"}} python/tuples -.-> lab-49034{{"Python の Matplotlib を使った 3D ワイヤーフレーム可視化の作成"}} matplotlib/3d_plots -.-> lab-49034{{"Python の Matplotlib を使った 3D ワイヤーフレーム可視化の作成"}} python/importing_modules -.-> lab-49034{{"Python の Matplotlib を使った 3D ワイヤーフレーム可視化の作成"}} python/using_packages -.-> lab-49034{{"Python の Matplotlib を使った 3D ワイヤーフレーム可視化の作成"}} python/numerical_computing -.-> lab-49034{{"Python の Matplotlib を使った 3D ワイヤーフレーム可視化の作成"}} python/data_visualization -.-> lab-49034{{"Python の Matplotlib を使った 3D ワイヤーフレーム可視化の作成"}} end

ライブラリのインポート

最初のステップは、必要なライブラリをインポートすることです。この実験では、Matplotlib ライブラリを使ってワイヤーフレームプロットを作成し、NumPy ライブラリを使ってデータを生成します。

import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import axes3d
import numpy as np

データの生成

次に、ワイヤーフレームプロットを作成するために使用するデータを生成します。この実験では、np.meshgrid()関数を使用して X、Y、および Z 座標を作成します。

## Generate data
X, Y = np.meshgrid(np.arange(-5, 5, 0.25), np.arange(-5, 5, 0.25))
R = np.sqrt(X**2 + Y**2)
Z = np.sin(R)

プロットの作成

データが用意できたので、ワイヤーフレームプロットを作成できます。この例では、plot_wireframe()関数を使用してプロットを作成します。

## Create the plot
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
ax.plot_wireframe(X, Y, Z, rstride=5, cstride=5)

プロットのカスタマイズ

プロットをより視覚的に魅力的にするためにカスタマイズできます。この例では、タイトル、軸ラベルを追加し、プロットの色を変更します。

## Customize the plot
ax.set_title('Wireframe Plot')
ax.set_xlabel('X Label')
ax.set_ylabel('Y Label')
ax.set_zlabel('Z Label')
ax.plot_wireframe(X, Y, Z, rstride=5, cstride=5, color='green')

プロットの表示

最後に、show()関数を使用してプロットを表示できます。

## Display the plot
plt.show()

まとめ

この実験では、Python の Matplotlib ライブラリを使って 3D ワイヤーフレームプロットを作成する方法を学びました。NumPy を使ってデータを生成し、plot_wireframe()関数を使ってプロットを作成し、視覚的に魅力的にするためにプロットをカスタマイズしました。また、タイトルや軸ラベルを追加し、プロットの色を変更する方法も学びました。この知識を使えば、複雑なデータの印象的な 3D ビジュアライゼーションを作成できます。