Criando Gráficos Pseudocolor com Tripcolor do Matplotlib

Introdução

Este tutorial irá guiá-lo através da criação de gráficos pseudocor (pseudocolor plots) de malhas triangulares não estruturadas usando a função tripcolor() do Matplotlib em Python.

Dicas para a VM (VM Tips)

Após a inicialização da VM, clique no canto superior esquerdo para mudar para a aba Notebook e acessar o Jupyter Notebook para praticar.

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Se você enfrentar problemas durante o aprendizado, sinta-se à vontade para perguntar ao Labby. Forneça feedback após a sessão, e resolveremos o problema prontamente para você.

Importar Bibliotecas

Primeiramente, precisamos importar as bibliotecas necessárias para este tutorial.

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

Criando uma Triangulação de Delaunay

Criaremos uma triangulação de Delaunay dos pontos. Primeiro, criaremos as coordenadas x e y dos pontos usando NumPy.

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()

Em seguida, criaremos as coordenadas z dos pontos.

z = (np.cos(radii) * np.cos(3 * angles)).flatten()

Em seguida, criaremos o objeto Triangulation usando a função Triangulation() de matplotlib.tri. Como não estamos especificando os triângulos, a triangulação de Delaunay será criada automaticamente.

triang = tri.Triangulation(x, y)

Finalmente, mascararemos os triângulos indesejados usando a função set_mask(). Neste exemplo, estamos definindo a máscara para excluir triângulos com um raio médio menor que min_radius.

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

Criar um Gráfico Tripcolor

Agora, criaremos um gráfico tripcolor usando a função tripcolor(). Criaremos dois gráficos usando diferentes métodos de sombreamento.

## Flat shading plot
fig1, ax1 = plt.subplots()
ax1.set_aspect('equal')
tpc = ax1.tripcolor(triang, z, shading='flat')
fig1.colorbar(tpc)
ax1.set_title('tripcolor of Delaunay triangulation, flat shading')

## Gouraud shading plot
fig2, ax2 = plt.subplots()
ax2.set_aspect('equal')
tpc = ax2.tripcolor(triang, z, shading='gouraud')
fig2.colorbar(tpc)
ax2.set_title('tripcolor of Delaunay triangulation, gouraud shading')

Criar uma Triangulação Especificada pelo Usuário

Também podemos especificar nossa própria triangulação usando os arrays x, y e triangles. Neste exemplo, criaremos uma triangulação especificada pelo usuário usando a função tripcolor().

## Create x, y, and triangles arrays
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, y = np.rad2deg(xy).T
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]])

Em seguida, criaremos as coordenadas z das faces usando a função mean().

xmid = x[triangles].mean(axis=1)
ymid = y[triangles].mean(axis=1)
x0 = -5
y0 = 52
zfaces = np.exp(-0.01 * ((xmid - x0) * (xmid - x0) +
                         (ymid - y0) * (ymid - y0)))

Finalmente, criaremos o gráfico tripcolor usando a função tripcolor() e especificando x, y, triangles, facecolors e edgecolors.

fig3, ax3 = plt.subplots()
ax3.set_aspect('equal')
tpc = ax3.tripcolor(x, y, triangles, facecolors=zfaces, edgecolors='k')
fig3.colorbar(tpc)
ax3.set_title('tripcolor of user-specified triangulation')
ax3.set_xlabel('Longitude (degrees)')
ax3.set_ylabel('Latitude (degrees)')

Plotar os Resultados

Finalmente, usaremos a função show() para exibir os gráficos.

plt.show()

Resumo

Neste tutorial, aprendemos como criar gráficos pseudocolor de grades triangulares não estruturadas usando a função tripcolor() do Matplotlib em Python. Criamos uma triangulação de Delaunay e uma triangulação especificada pelo usuário, e plotamos os resultados usando diferentes métodos de sombreamento.