Python如何实现3D绘图方式

这篇文章将为大家详细讲解有关Python如何实现3D绘图方式，小编觉得挺实用的，因此分享给大家做个参考，希望大家阅读完这篇文章后可以有所收获。

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Axes3D 对象创建方法一：Axes3D(fig)

在 Matplotlib 1.0.0 版本中，绘制 3D 图需要先导入 Axes3D 包，获取 figure 画布对象 fig 后，通过 Axes3D(fig) 方法来创建 Axes3D 对象，具体方法如下：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
# 获取 figure 画布并创建 Axes3D 对象
fig = plt.figure()
ax = Axes3D(fig)
# 数据坐标
z = np.linspace(0, 15, 1000)
x = np.sin(z)
y = np.cos(z)
# 绘制线性图
ax.plot(x, y, z)
plt.show()

Axes3D 对象创建方法二：add_subplot

在 Matplotlib 3.2.0 版本中，绘制 3D 图可以通过创建子图，然后指定 projection 参数 为 3d 即可，返回的 ax 为 Axes3D 对象，以下两种方法均可：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 获取 figure 画布并通过子图创建 Axes3D 对象
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
# 数据坐标
z = np.linspace(0, 15, 1000)
x = np.sin(z)
y = np.cos(z)
# 绘制线性图
ax.plot(x, y, z)
plt.show()

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 通过子图创建 Axes3D 对象
ax = plt.subplot(111, projection='3d')
# 数据坐标
z = np.linspace(0, 15, 1000)
x = np.sin(z)
y = np.cos(z)
# 绘制线性图
ax.plot(x, y, z)
plt.show()

【01x03】Axes3D 对象创建方法三：gca

除了以上两种方法以外，还可以先获取画布对象 fig，再通过 fig.gca() 方法获取当前绘图区（gca = Get Current Axes），然后指定 projection 参数 为 3d 即可，返回的 ax 为 Axes3D 对象。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 依次获取画布和绘图区并创建 Axes3D 对象
fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')
# 数据坐标
z = np.linspace(0, 15, 1000)
x = np.sin(z)
y = np.cos(z)
# 绘制线性图
ax.plot(x, y, z)
plt.show()

以上三种方法运行结果均为下图：

cmap 与 colorbar

默认情况下，散点图、线性图、曲面图等将以纯色着色，但可以通过提供 cmap 参数支持颜色映射。cmap 参数用于设置一些特殊的颜色组合，如渐变色等。

如果使用了 cmap 参数，则可以使用 pyplot.colorbar() 函数来绘制一个色条，即颜色对照条。

基本语法：matplotlib.pyplot.colorbar([mappable=None, cax=None, ax=None, **kw])

部分参数解释如下表，其他参数，如长度，宽度等请参考官方文档。

参数	描述
mappable	要设置色条的图像对象，该参数对于 Figure.colorbar 方法是必需的，但对于 pyplot.colorbar 函数是可选的
cax	可选项，要绘制色条的轴
ax	可选项，设置色条的显示位置，通常在一个画布上有多个子图时使用
**kw	可选项，其他关键字参数，参考官方文档

3D 线性图：Axes3D.plot

基本方法：Axes3D.plot(xs, ys[, zs, zdir='z', *args, **kwargs])

参数	描述
xs	一维数组，点的 x 轴坐标
ys	一维数组，点的 y 轴坐标
zs	一维数组，可选项，点的 z 轴坐标
zdir	可选项，在 3D 轴上绘制 2D 数据时，数据必须以 xs，ys 的形式传递 ，若此时将 zdir 设置为 ‘y’，数据将会被绘制到 x-z 轴平面上，默认为 ‘z’
**kwargs	其他关键字参数，可选项，可参见 matplotlib.axes.Axes.plot

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 设置中文显示
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['Microsoft YaHei']
# 依次获取画布和绘图区并创建 Axes3D 对象
fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')
# 第一条3D线性图数据
theta = np.linspace(-4 * np.pi, 4 * np.pi, 100)
z1 = np.linspace(-2, 2, 100)
r = z1**2 + 1
x1 = r * np.sin(theta)
y1 = r * np.cos(theta)
# 第二条3D线性图数据
z2 = np.linspace(-3, 3, 100)
x2 = np.sin(z2)
y2 = np.cos(z2)
# 绘制3D线性图
ax.plot(x1, y1, z1, color='b', label='3D 线性图一')
ax.plot(x2, y2, z2, color='r', label='3D 线性图二')
# 设置标题、轴标签、图例，也可以直接使用 plt.title、plt.xlabel、plt.legend...
ax.set_title('绘制 3D 线性图示例', pad=15, fontsize='12')
ax.set_xlabel('x 轴', color='r', fontsize='12')
ax.set_ylabel('y 轴', color='g', fontsize='12')
ax.set_zlabel('z 轴', color='b', fontsize='12')
ax.legend()
plt.show()

3D 散点图：Axes3D.scatter

基本方法：Axes3D.scatter(xs, ys[, zs=0, zdir='z', s=20, c=None, depthshade=True, *args, **kwargs])

参数	描述
xs	一维数组，点的 x 轴坐标
ys	一维数组，点的 y 轴坐标
zs	一维数组，可选项，点的 z 轴坐标
zdir	可选项，在 3D 轴上绘制 2D 数据时，数据必须以 xs，ys 的形式传递 若此时将 zdir 设置为 ‘y’，数据将会被绘制到 x-z 轴平面上，默认为 ‘z’，
s	标量或数组类型，可选项，标记的大小，默认 20
c	标记的颜色，可选项，可以是单个颜色或者一个颜色列表 支持英文颜色名称及其简写、十六进制颜色码等，更多颜色示例参见官网 Color Demo
depthshade	bool 值，可选项，默认 True，是否为散点标记着色以提供深度外观
**kwargs	其他关键字参数，可选项，可参见 scatter

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['Microsoft YaHei']
# 依次获取画布和绘图区并创建 Axes3D 对象
fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')
n = 100
def randrange(n, vmin, vmax):
    return (vmax - vmin)*np.random.rand(n) + vmin
'''
定义绘制 n 个随机点，设置每一组数据点的样式和范围
x轴数据位于[23，32]区间，y轴数据位于[0，100]区间，z轴数据位于[zlow，zhigh]区间
'''
for m, zlow, zhigh in [('o', -50, -25), ('^', -30, -5)]:
    xs = randrange(n, 23, 32)
    ys = randrange(n, 0, 100)
    zs = randrange(n, zlow, zhigh)
    ax.scatter(xs, ys, zs, marker=m)
# 设置标题、轴标签、图例，也可以直接使用 plt.title、plt.xlabel...
ax.set_title('绘制 3D 散点图示例', pad=15, fontsize='12')
ax.set_xlabel('x 轴', color='b')
ax.set_ylabel('y 轴', color='b')
ax.set_zlabel('z 轴', color='b')
plt.show()

3D 线框图：Axes3D.plot_wireframe

基本方法：Axes3D.plot_wireframe(X, Y, Z[, *args, **kwargs])

参数	描述
X	二维数组，x 轴数据
Y	二维数组，y 轴数据
Z	二维数组，z 轴数据
**kwargs	其他关键字参数，可选项，如线条样式颜色等，可参见 Line3DCollection

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['Microsoft YaHei']
# 获取 figure 画布并通过子图创建 Axes3D 对象
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
# 定义Z轴坐标的生成方法
def f(m, n):
    return np.sin(np.sqrt(m ** 2 + n ** 2))
# 设置3D线框图数据
x = np.linspace(-6, 6, 30)
y = np.linspace(-6, 6, 30)
# 生成网格点坐标矩阵，该方法在系列文章八中有具体介绍
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = f(X, Y)
# 绘制3D线框图
ax.plot_wireframe(X, Y, Z, color='c')
# 设置标题、轴标签、图例，也可以直接使用 plt.title、plt.xlabel...
ax.set_title('绘制 3D 线框图示例', pad=15, fontsize='12')
ax.set_xlabel('x 轴')
ax.set_ylabel('y 轴')
ax.set_zlabel('z 轴')
plt.show()

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