用于闪亮 Python 3D 曲面图的 Phong 着色答案

【问题标题】：Phong shading for shiny Python 3D surface plots用于闪亮 Python 3D 曲面图的 Phong 着色
【发布时间】：2015-03-29 18:01:31
【问题描述】：

我正在尝试在 Python 中使用镜面反射阴影创建美观的 3D 图，到目前为止，我已经尝试使用带有 3D 轴的 Matplotlib 和来自 Mayavi 的曲面图，例如来自 Mayavi 冲浪示例网页：

结果看起来不错，在 Mayavi 中似乎确实可以合理控制照明，尽管我似乎无法实现“闪亮”的外观。

在 Matlab 中，这可以通过使用“Phong”光照来实现：

见http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/35240-matlab-plot-gallery-change-lighting-to-phong/content/html/Lighting_Phong.html

因此，我的问题是：如何在基于 Python 的 3D 绘图中实现这种 Phong 风格的闪亮阴影？

【问题讨论】：

我想到了两件事。在 matlab 中，我注意到如果您切换渲染器（从 matlab 软件渲染器到 OpenGL 渲染器），它会从闪亮的外观变为更平坦的外观。所以可能是 matplotlib 正在使用 OpenGL 渲染器。其次，有没有办法改变matplotlib中源光的颜色和亮度。这可能允许您更改情节的“光泽度”。
谢谢。好建议 - 我想知道如何更改 Mayavi / Matplotlib 渲染器来帮助实现这一点？
也许这会有所帮助 - 在 matplotlib 中更改后端：stackoverflow.com/questions/3285193/… Phong 风格的照明在 python 中会非常好，但我在上面找不到任何东西。唯一提到的是在使用 Blender python API 的上下文中：blenderartists.org/forum/…
对于 blinn-phong 的 numpy 实现，请参阅答案：stackoverflow.com/questions/54965330/…

标签： python matlab matplotlib mayavi phong

【解决方案1】：

正如@ben 提到的，您可以使用Mayavi，然后以交互方式更改照明。一个好主意是单击 record script 按钮，然后您可以在脚本中使用这些代码行（这就是我在此处为 Mayavi 部分所做的）。

另一种选择是使用Matplotlib。基于shading example，我设法生成了一个带光照的表面。

请看下面的代码。

import numpy as np
from mayavi import mlab
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from matplotlib.colors import LightSource

## Test data: Matlab `peaks()`
x, y = np.mgrid[-3:3:150j,-3:3:150j]
z =  3*(1 - x)**2 * np.exp(-x**2 - (y + 1)**2) \
   - 10*(x/5 - x**3 - y**5)*np.exp(-x**2 - y**2) \
   - 1./3*np.exp(-(x + 1)**2 - y**2) 

## Mayavi
surf = mlab.surf(x, y, z, colormap='RdYlBu', warp_scale='auto')
# Change the visualization parameters.
surf.actor.property.interpolation = 'phong'
surf.actor.property.specular = 0.1
surf.actor.property.specular_power = 5



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

# Create light source object.
ls = LightSource(azdeg=0, altdeg=65)
# Shade data, creating an rgb array.
rgb = ls.shade(z, plt.cm.RdYlBu)
surf = ax.plot_surface(x, y, z, rstride=1, cstride=1, linewidth=0,
                       antialiased=False, facecolors=rgb)
plt.show()
mlab.show()

这给出了结果：

玛雅维：
Matplotlib：

【讨论】：

在 Mayavi 中，specular = 1.0 和 specular_power = 100 我得到了更闪亮的亮点。 Matplotlib 的问题在于it can't draw intersecting objects properly，因为它一次只画一件事。这意味着例如在曲面上绘制漂亮的轮廓是不可能的（除非它们都不被曲面的其他部分遮挡）。此外，底部图中可见的那些条带伪影对于较粗糙的表面和there is no workaround 变得更加明显。

【解决方案2】：

是的，您可以在 Mayavi 中执行此操作。在 Mayavi 窗口中，单击左上角的小 Mayavi 图标以显示高级菜单。单击场景中与您的表面相对应的表面，然后单击右侧菜单中的“Actor”选项卡，向下滚动到标有“属性”的框，然后单击“更多选项”。您可以在“插值”框中将阴影设置为 phong 阴影。

【讨论】：