Python - 带有控制滑块的 3D 渐变绘图动画

Question

我正在阅读以下文章 3D animation using matplotlib。它以 3D 形式显示动画。

我正在考虑以下场景：

1. 我有一个 x-y 网格，[1,2,...,20] X [1,2,...,20]
2. 为每个点分配一个 z 值。
3. 基于 1. 和 2.，我绘制了 3-D 梯度图，如下所示

假设我有 5 个 20X20 的 z 值数据 (.xlsx)。因此，我得到了上面 5 个不同的图表。

现在，我想在一个图表中绘制所有 5 个图表，但使用 滑块 这样当我将滑块从 1 移动到 5 时，我可以获得图表的动画（变化），但是在同一个网格中。

这里只提供一张图（一个数据）的代码

fig, ax = plt.subplots(subplot_kw={"projection": "3d"})
rm = pd.read_excel("test_3d.xlsx", header = None)
rec = np.shape(rm)
X = np.arange(1,rec[1]+1,1)
Y = np.arange(1,rec[0]+1,1)
x , y = np.meshgrid(X,Y)
# Plot the surface.

surf = ax.plot_surface(x, y, rm, cmap=cm.coolwarm,
                       linewidth=0, antialiased=False)

# Customize the z axis.
ax.set_zlim(-110, -80)
ax.zaxis.set_major_locator(LinearLocator(10))
# A StrMethodFormatter is used automatically
ax.zaxis.set_major_formatter('{x:.02f}')

# Add a color bar which maps values to colors.
fig.colorbar(surf, shrink=0.5, aspect=5)
plt.show()

如何修改代码以获得我想要的？请给个提示。谢谢！

Answer 1

如果您创建animation，则情节将无法交互：动画将重复，并且在每一帧中将显示不同的表面，但您将无法与之交互。既然您提到了一个滑块，我想您想要一个交互式绘图，它将在用户更改滑块的值后更新。这与动画有很大不同。
在这里，我将介绍如何设置交互式滑块。
您应该为 3D 绘图创建一个轴，为滑块创建另一个轴：

ax1 = fig.add_axes([0, 0, 1, 0.8], projection = '3d')  # <-- 3D plot axis
ax2 = fig.add_axes([0.1, 0.85, 0.8, 0.1])              # <-- slider axis

然后您可以将slider 创建并放置在适当的轴上：

s = Slider(ax = ax2, label = 'value', valmin = 0, valmax = 5, valinit = 2)

此时有必要定义一个函数，当用户更改滑块的值时将调用该函数。在函数内部读取滑块的实际值，然后擦除前一个图，最后绘制新图。在更新函数内部固定 x、y 和 z 轴范围很方便，因此绘图的框架将保持固定，只有表面会发生变化。
在下面的例子中，我假设滑块中定义的值在表面上下移动，所以在plot_surface 内我添加z + value；您必须根据自己的需要来定制 (*)。

def update(val):
    value = s.val
    ax1.cla()
    ax1.plot_surface(x, y, z + value, cmap = cm.coolwarm, linewidth = 0, antialiased = False)
    ax1.set_zlim(-2, 7)

最后你需要将滑块链接到更新功能：

s.on_changed(update)

这段不是强制性的，但我建议在plt.show()之前调用update函数；这样，matplotlib 将显示的初始图将与滑块中表示的初始值一致。

完整代码

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib import cm
from matplotlib.widgets import Slider

N = 100

X = np.linspace(0, 20, N)
Y = np.linspace(0, 20, N)
x, y = np.meshgrid(X, Y)
z = np.sin(x) + np.sin(y)


fig = plt.figure()

ax1 = fig.add_axes([0, 0, 1, 0.8], projection = '3d')
ax2 = fig.add_axes([0.1, 0.85, 0.8, 0.1])

s = Slider(ax = ax2, label = 'value', valmin = 0, valmax = 5, valinit = 2)

def update(val):
    value = s.val
    ax1.cla()
    ax1.plot_surface(x, y, z + value, cmap = cm.coolwarm, linewidth = 0, antialiased = False)
    ax1.set_zlim(-2, 7)

s.on_changed(update)
update(0)

plt.show()

(*) 你提到过：

假设我有 5 个 20X20 的 z 值数据 (.xlsx)。因此，我得到了上面 5 个不同的图表。

所以你有 5 个不同的 .xlsx 文件，每个表面一个？在这种情况下，您必须读取这些文件并将它们绘制在 update 函数中。