python - Matplotlib で 3D 立方体、球体、ベクトルをプロットする

Question

Matplotlib を使用して可能な限り少ない指示で何かをプロットする方法を検索しますが、ドキュメントにはこれに関するヘルプが見つかりません。

次のことをプロットしたい：

• 中心が 0 で一辺の長さが 2 のワイヤフレーム立方体
• 中心が 0 で半径が 1 の「ワイヤーフレーム」球
• 座標 [0, 0, 0] の点
• この点から始まり [1, 1, 1] に向かうベクトル

どうやってするか？

Answer 1

少し複雑ですが、次のコードですべてのオブジェクトを描画できます。

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from itertools import product, combinations


fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')
ax.set_aspect("equal")

# draw cube
r = [-1, 1]
for s, e in combinations(np.array(list(product(r, r, r))), 2):
    if np.sum(np.abs(s-e)) == r[1]-r[0]:
        ax.plot3D(*zip(s, e), color="b")

# draw sphere
u, v = np.mgrid[0:2*np.pi:20j, 0:np.pi:10j]
x = np.cos(u)*np.sin(v)
y = np.sin(u)*np.sin(v)
z = np.cos(v)
ax.plot_wireframe(x, y, z, color="r")

# draw a point
ax.scatter([0], [0], [0], color="g", s=100)

# draw a vector
from matplotlib.patches import FancyArrowPatch
from mpl_toolkits.mplot3d import proj3d


class Arrow3D(FancyArrowPatch):

    def __init__(self, xs, ys, zs, *args, **kwargs):
        FancyArrowPatch.__init__(self, (0, 0), (0, 0), *args, **kwargs)
        self._verts3d = xs, ys, zs

    def draw(self, renderer):
        xs3d, ys3d, zs3d = self._verts3d
        xs, ys, zs = proj3d.proj_transform(xs3d, ys3d, zs3d, renderer.M)
        self.set_positions((xs[0], ys[0]), (xs[1], ys[1]))
        FancyArrowPatch.draw(self, renderer)

a = Arrow3D([0, 1], [0, 1], [0, 1], mutation_scale=20,
            lw=1, arrowstyle="-|>", color="k")
ax.add_artist(a)
plt.show()

Answer 2

矢印だけを描くには、もっと簡単な方法があります:-

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import matplotlib.pyplot as plt
fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')
ax.set_aspect("equal")

#draw the arrow
ax.quiver(0,0,0,1,1,1,length=1.0)

plt.show()

quiver は実際に一度に複数のベクトルをプロットするために使用できます。使用法は次のとおりです。

quiver(X, Y, Z, U, V, W, **kwargs)

引数:

X、Y、Z: 矢印の位置の x、y、z 座標

U、V、W: 矢印ベクトルの x、y、z コンポーネント

引数は、配列のようなものまたはスカラーにすることができます。

キーワード引数:

長さ: [1.0 | float] 各矢筒の長さ。デフォルトは 1.0 で、単位は軸と同じです。

矢印の長さの比率: [0.3 | float] 矢筒に対する矢頭の比率、デフォルトは 0.3

ピボット: [ 'テール' | '中間' | 'tip' ] グリッド ポイントにある矢印の部分。矢印はこの点を中心に回転するため、ピボットという名前が付けられています。デフォルトは「尾」です</p>

正規化: [False | True] True の場合、すべての矢印が同じ長さになります。デフォルトは False で、u、v、w の値に応じて矢印の長さが異なります。