python - 如何使用 python/matplotlib 为 3d 绘图设置“相机位置”？

Question

我正在学习如何使用 mplot3d 生成漂亮的 3d 数据图，到目前为止我很高兴。我现在想做的是一个旋转表面的小动画。为此，我需要为 3D 投影设置相机位置。我想这一定是可能的，因为在交互式使用 matplotlib 时可以使用鼠标旋转表面。但是我怎样才能从脚本中做到这一点？我在 mpl_toolkits.mplot3d.proj3d 中发现了很多转换，但我不知道如何将它们用于我的目的，也没有找到任何我想要做的例子。

Answer 1

通过“相机位置”，听起来您想要调整用于查看 3D 绘图的仰角和方位角。您可以使用 进行设置ax.view_init。我使用下面的脚本首先创建了绘图，然后我确定了一个好的海拔，或者elev，从中查看我的绘图。然后我调整了方位角，或者azim，以改变我的绘图周围的完整 360 度，在每个实例中保存图形（并在保存绘图时注意哪个方位角）。对于更复杂的相机平移，您可以调整仰角和角度以达到所需的效果。

    from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
    ax = Axes3D(fig)
    ax.scatter(xx,yy,zz, marker='o', s=20, c="goldenrod", alpha=0.6)
    for ii in xrange(0,360,1):
        ax.view_init(elev=10., azim=ii)
        savefig("movie%d.png" % ii)

Answer 2

将相机位置应用到新绘图会很方便。所以我绘图，然后用鼠标改变距离来移动绘图。然后尝试复制视图，包括另一个图上的距离。我发现 axx.ax.get_axes() 为我提供了一个带有旧 .azim 和 .elev 的对象。

在 Python 中...

axx=ax1.get_axes()
azm=axx.azim
ele=axx.elev
dst=axx.dist       # ALWAYS GIVES 10
#dst=ax1.axes.dist # ALWAYS GIVES 10
#dst=ax1.dist      # ALWAYS GIVES 10

后来的3d图...

ax2.view_init(elev=ele, azim=azm) #Works!
ax2.dist=dst                       # works but always 10 from axx

编辑 1... 好的，相机位置是关于 .dist 值的错误思考方式。它作为整个图形的一种 hackey 标量乘数，位于一切之上。

这适用于视图的放大/缩放：

xlm=ax1.get_xlim3d() #These are two tupples
ylm=ax1.get_ylim3d() #we use them in the next
zlm=ax1.get_zlim3d() #graph to reproduce the magnification from mousing
axx=ax1.get_axes()
azm=axx.azim
ele=axx.elev

后期图...

ax2.view_init(elev=ele, azim=azm) #Reproduce view
ax2.set_xlim3d(xlm[0],xlm[1])     #Reproduce magnification
ax2.set_ylim3d(ylm[0],ylm[1])     #...
ax2.set_zlim3d(zlm[0],zlm[1])     #...

Answer 3

最小的例子变化azim，dist和elev

向解释的内容添加一些简单的示例图像：https ://stackoverflow.com/a/12905458/895245

这是我的测试程序：

#!/usr/bin/env python3

import sys

import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib import cm
from matplotlib.ticker import LinearLocator, FormatStrFormatter
import numpy as np

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

if len(sys.argv) > 1:
    azim = int(sys.argv[1])
else:
    azim = None
if len(sys.argv) > 2:
    dist = int(sys.argv[2])
else:
    dist = None
if len(sys.argv) > 3:
    elev = int(sys.argv[3])
else:
    elev = None

# Make data.
X = np.arange(-5, 6, 1)
Y = np.arange(-5, 6, 1)
X, Y = np.meshgrid(X, Y)
Z = X**2

# Plot the surface.
surf = ax.plot_surface(X, Y, Z, linewidth=0, antialiased=False)

# Labels.
ax.set_xlabel('x')
ax.set_ylabel('y')
ax.set_zlabel('z')

if azim is not None:
    ax.azim = azim
if dist is not None:
    ax.dist = dist
if elev is not None:
    ax.elev = elev

print('ax.azim = {}'.format(ax.azim))
print('ax.dist = {}'.format(ax.dist))
print('ax.elev = {}'.format(ax.elev))

plt.savefig(
    'main_{}_{}_{}.png'.format(ax.azim, ax.dist, ax.elev),
    format='png',
    bbox_inches='tight'
)

不带参数运行它会给出默认值：

ax.azim = -60
ax.dist = 10
ax.elev = 30

main_-60_10_30.png

各不相同azim

方位角是围绕 z 轴的旋转，例如：

• 0 表示“从 +x 看”
• 90 表示“从 +y 看”

main_-60_10_30.png

main_0_10_30.png

main_60_10_30.png

各不相同dist

dist似乎是数据坐标中与中心可见点的距离。

main_-60_10_30.png

main_-60_5_30.png

main_-60_20_-30.png

各不相同elev

由此我们了解到，这elev是眼睛和 xy 平面之间的角度。

main_-60_10_60.png

main_-60_10_30.png

main_-60_10_0.png

main_-60_10_-30.png

在 matpotlib==3.2.2 上测试。

Answer 4

尝试以下代码找到最佳相机位置

使用 if 子句中提到的键盘键移动绘图的视角

使用print获取相机位置

def move_view(event):
    ax.autoscale(enable=False, axis='both') 
    koef = 8
    zkoef = (ax.get_zbound()[0] - ax.get_zbound()[1]) / koef
    xkoef = (ax.get_xbound()[0] - ax.get_xbound()[1]) / koef
    ykoef = (ax.get_ybound()[0] - ax.get_ybound()[1]) / koef
    ## Map an motion to keyboard shortcuts
    if event.key == "ctrl+down":
        ax.set_ybound(ax.get_ybound()[0] + xkoef, ax.get_ybound()[1] + xkoef)
    if event.key == "ctrl+up":
        ax.set_ybound(ax.get_ybound()[0] - xkoef, ax.get_ybound()[1] - xkoef)
    if event.key == "ctrl+right":
        ax.set_xbound(ax.get_xbound()[0] + ykoef, ax.get_xbound()[1] + ykoef)
    if event.key == "ctrl+left":
        ax.set_xbound(ax.get_xbound()[0] - ykoef, ax.get_xbound()[1] - ykoef)
    if event.key == "down":
        ax.set_zbound(ax.get_zbound()[0] - zkoef, ax.get_zbound()[1] - zkoef)
    if event.key == "up":
        ax.set_zbound(ax.get_zbound()[0] + zkoef, ax.get_zbound()[1] + zkoef)
    # zoom option
    if event.key == "alt+up":
        ax.set_xbound(ax.get_xbound()[0]*0.90, ax.get_xbound()[1]*0.90)
        ax.set_ybound(ax.get_ybound()[0]*0.90, ax.get_ybound()[1]*0.90)
        ax.set_zbound(ax.get_zbound()[0]*0.90, ax.get_zbound()[1]*0.90)
    if event.key == "alt+down":
        ax.set_xbound(ax.get_xbound()[0]*1.10, ax.get_xbound()[1]*1.10)
        ax.set_ybound(ax.get_ybound()[0]*1.10, ax.get_ybound()[1]*1.10)
        ax.set_zbound(ax.get_zbound()[0]*1.10, ax.get_zbound()[1]*1.10)
    
    # Rotational movement
    elev=ax.elev
    azim=ax.azim
    if event.key == "shift+up":
        elev+=10
    if event.key == "shift+down":
        elev-=10
    if event.key == "shift+right":
        azim+=10
    if event.key == "shift+left":
        azim-=10

    ax.view_init(elev= elev, azim = azim)

    # print which ever variable you want 

    ax.figure.canvas.draw()

fig.canvas.mpl_connect("key_press_event", move_view)

plt.show()