Python绘制三维曲面图

基本绘制步骤

网上文章已经较多,写的比较好的

  • python绘制三维图
  • mplot3d tutorial官网

其他问题

绘制的三维图如何旋转?

其实.py脚本运行后的图本身就可以鼠标拖动旋转,但如果在 jupyter 中则需要加上一行代码(注意在VSCode内置的Jupyter中似乎无效)

%matplotlib notebook

复数 j 是什么意思

mgrid[[1:3:3j, 4:5:2j]]

3j:3个点

  1. 步长为复数表示点数,左闭右闭
  2. 步长为实数表示间隔,左闭右开

如何设置视角

详见文章 python 用 matplotlib 在 3D 空间绘制散点,体验不同视角 实例详解

# 调整视角
ax.view_init(elev=20,    # 仰角
             azim=45    # 方位角
            )

cmap有哪些可供选择?

这个参数目前见到的有两种设置方式,可选参数如下
Python绘制三维曲面图_第1张图片

# 字符形式
cmap = 'spring'  # summer,autumn,winter 亦可
cmap = 'gist_earth'
# 调用 cm
from matplotlib import cm
cmap = cm.coolwarm
cmap = cm.rainbow

网格设置meshgrid和mgrid函数

详见文章 Python的 numpy中 meshgrid 和 mgrid 的区别和使用

如何使画出的曲面更光滑?

目前找到的解决方式只是通过griddata插值加密网格,关于griddata函数的用法可以参考

  • python 三维散点插值 griddata
  • 利用griddata进行二维插值

但这些例子基本都比较简单,基本都是单点或者几个点插值,如果是网格插值还需要进行一定的处理。下面给出一个示例代码

import  pandas  as pd
import  numpy as np
from scipy.interpolate import griddata

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib import cm

'''
提取表格数据
'''
alpha  = pd.read_excel('aerodynamic.xls',sheet_name='Alpha',header=None).values
Ma     = pd.read_excel('aerodynamic.xls',sheet_name='Ma',header=None).values
index0 = np.where(alpha==0)[0][0]
alpha  = alpha[index0:]                #作图只选取[0,180]范围,不包括负攻角

Cl_df = pd.read_excel('aerodynamic.xls',sheet_name='Cl',header=None)
Cl_df = Cl_df.interpolate(method='cubic')     #插值补全空缺值
Cl    = Cl_df.values[index0:,:]               #选择alpha在[0,180]范围的部分

'''
制作网格
'''
alpha_i = np.linspace(alpha.min(),alpha.max(),(len(alpha)*4))  #增加网格密度
Ma_i    = np.linspace(Ma.min(),   Ma.max(),   (len(Ma[0])*4))
Ma_i,alpha_i = np.meshgrid(Ma_i,alpha_i)

Ma, alpha = np.meshgrid(Ma, alpha)

'''
在加密网格上插值
'''
Cl_i = griddata((Ma.flatten(),  alpha.flatten()  ), Cl.flatten(),
                (Ma_i.flatten(),alpha_i.flatten()), method='cubic')
Cl_i = Cl_i.reshape(np.shape(Ma_i))   # Ma_i和alpha_i的shape相同

'''
作图
'''
# CL绘图
fig = plt.figure(1)
ax = fig.add_subplot(111,projection='3d')
surf = ax.plot_surface(Ma_i, alpha_i, Cl_i,cmap=cm.coolwarm,alpha=0.9)

# 调整视角
ax.view_init(elev=20,azim=-45)   # 默认仰角-60,方位角30
print(f'ax.azim {ax.azim}')
print(f'ax.elev {ax.elev}')

ax.contourf(Ma,alpha,Cl,zdir='x',offset=0,cmap=cm.coolwarm)    #等高线选择未加密网格数据
ax.contour(Ma,alpha,Cl,zdir='y',offset=190,cmap=cm.coolwarm)
ax.contour(Ma,alpha,Cl,zdir='z',offset=-20,cmap=cm.coolwarm)

plt.show()

但如果想要画出像下面这样的图还比较困难
Python绘制三维曲面图_第2张图片

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