使用 Matplotlib 进行 3D 曲面绘图 | Python 教程

简介

本实验是一个关于如何使用 Python 中的 Matplotlib 绘制 3D 曲面的分步教程。3D 曲面使用 coolwarm 颜色映射进行着色，并通过使用 “antialiased=False” 使其不透明。本教程还演示了如何使用 .LinearLocator 和自定义格式设置 z 轴刻度标签。

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导入库

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

from matplotlib import cm
from matplotlib.ticker import LinearLocator

我们导入本教程所需的库。Matplotlib 是一个用于 Python 的绘图库，提供了类似于 MATLAB 的接口。Numpy 是 Python 中科学计算的基础包。

创建图形和坐标轴

fig, ax = plt.subplots(subplot_kw={"projection": "3d"})

我们使用 subplot_kw 参数设置为 "projection": "3d" 来创建一个图形和坐标轴。这将创建一个绘图的 3D 投影。

创建数据

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)

我们为绘图创建数据。我们将 X 和 Y 值创建为数组，其值从 -5 到 5 均匀分布，增量为 0.25。然后，我们使用 np.meshgrid() 创建 X 和 Y 值的网格。我们使用该网格来计算 R 值，即到原点的距离。然后，我们使用 R 的 sin() 函数计算 Z 值。

绘制曲面

surf = ax.plot_surface(X, Y, Z, cmap=cm.coolwarm,
                       linewidth=0, antialiased=False)

我们使用 plot_surface() 函数绘制曲面。我们传入 X、Y 和 Z 值，以及设置为 cm.coolwarm 的 cmap 参数，以便使用 coolwarm 颜色映射为曲面着色。我们还将 linewidth=0 设置为移除线框，并将 antialiased=False 设置为使曲面不透明。

自定义 Z 轴

ax.set_zlim(-1.01, 1.01)
ax.zaxis.set_major_locator(LinearLocator(10))
## A StrMethodFormatter is used automatically
ax.zaxis.set_major_formatter('{x:.02f}')

我们使用 set_zlim() 函数自定义 z 轴，将 z 轴的范围设置为 -1.01 到 1.01。然后，我们使用 set_major_locator() 函数，通过 LinearLocator(10) 将 z 轴上的刻度数量设置为 10。最后，我们使用 set_major_formatter() 函数，通过 StrMethodFormatter 来格式化 z 轴刻度标签。

添加颜色条

fig.colorbar(surf, shrink=0.5, aspect=5)

我们使用 colorbar() 函数为绘图添加一个颜色条。我们传入 surf 对象，并设置 shrink=0.5 和 aspect=5 来调整颜色条的大小。

总结

本教程演示了如何使用 Python 中的 Matplotlib 绘制三维曲面。我们创建了一个图形和坐标轴，创建了数据，绘制了曲面，自定义了 z 轴，并添加了颜色条。Matplotlib 是在 Python 中创建可视化的强大工具。