Matplotlib 绘制 3D 曲面动画

本文介绍如何使用 Python 中的 Matplotlib 库来绘制动态的 3D 曲面。示例如下：

环境

• macOS 11.6
• python 3.8

数据

以上图中左边的数据为例：

• 30 × 32 × 32 30\times 32 \times 32 30×32×32

思路

1. 加载依赖
2. 加载数据
3. 转换数据
4. 定义动画更新的函数
5. 绘制 3D 曲面
6. 保存为 gif

代码

加载依赖

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
from matplotlib import cm

加载数据

数据下载地址（123 KB）

z = np.load('./data.npy')

转换数据

x轴和y轴的数据。

x = np.linspace(0, 31, 32) 
y = x
x, y = np.meshgrid(x, y)

定义数据更新数据

函数的三个参数：

1. 动画要更新的次数（帧），可以当作是数据的索引
2. 更新的数据
3. 画布

def update_map(num, z, plot):
    plot[0].remove()
    plot[0] = ax.plot_surface(x, y, z[num], cmap=cm.Oranges, linewidth=0)

然后定义画布和一些参数：

fig, ax = plt.subplots(tight_layout=True, figsize=(6, 6), subplot_kw=dict(projection='3d'))

plot = [ax.plot_surface(x, y, z[0], cmap=cm.Oranges, linewidth=0)]

ax.set_xlim(0, 31)
ax.set_ylim(0, 31)
ax.set_xticks([])
ax.set_yticks([])
ax.set_zticks([])
ax.axis('off')
ax.plot([0, 0], [0, 31], [0, 0], c='black')
ax.plot([0, 31], [0, 0], [0, 0], c='black')
ax.plot([31, 0], [31, 31], [0, 0], c='black')
ax.plot([31, 31], [0, 31], [0, 0], c='black')

ax.view_init(50, 120)

绘制 3D 曲面动画并显示

ani = animation.FuncAnimation(
    fig, update_map, 30, interval=100, fargs=(z, plot), repeat=True)

plt.show()

保存为gif

需要安装一下imagemagick，谷歌/百度安装一下先。

ani.save('teaser' + '.gif', writer='imagemagick',fps=10)

完整代码

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

from matplotlib import cm, rcParams

z = np.load('./data.npy')

x = np.linspace(0, 31, 32) 
y = x
x, y = np.meshgrid(x, y)


fig, ax = plt.subplots(tight_layout=True, figsize=(6, 6), subplot_kw=dict(projection='3d'))

plot = [ax.plot_surface(x, y, z[0], cmap=cm.Oranges, linewidth=0)]

ax.set_xlim(0, 31)
ax.set_ylim(0, 31)
ax.set_xticks([])
ax.set_yticks([])
ax.set_zticks([])
ax.axis('off')
ax.plot([0, 0], [0, 31], [0, 0], c='black')
ax.plot([0, 32], [0, 0], [0, 0], c='black')
ax.plot([31, 0], [31, 31], [0, 0], c='black')
ax.plot([31, 31], [0, 31], [0, 0], c='black')

ax.view_init(50, 120)


def update_map(num, z, plot):
    plot[0].remove()
    plot[0] = ax.plot_surface(x, y, z[num], cmap=cm.Oranges, linewidth=0)

ani = animation.FuncAnimation(
    fig, update_map, 30, interval=100, fargs=(z, plot), repeat=True)

plt.show()

Reference

1. https://pythonmatplotlibtips.blogspot.com/2018/11/animation-3d-surface-plot-funcanimation-matplotlib.html
2. http://louistiao.me/posts/notebooks/save-matplotlib-animations-as-gifs/