Python Matplotlib - 绘制长方体

Question

我正在尝试使用 matplotlib 绘制不同大小的长方体，这样：旋转后长方体不会以非物理方式在视觉上重叠，立方体具有不同的颜色，并且在它们周围绘制了一个框。

我已经阅读了几篇博客文章和 stackoverflow 页面引用了类似的问题，但总是略有不同；没有一个对我有用。克服重叠问题的最简单方法是使用体素（如https://matplotlib.org/api/_as_gen/mpl_toolkits.mplot3d.axes3d.Axes3D.html?highlight=voxel#mpl_toolkits.mplot3d.axes3d.Axes3D.voxels），但这些不允许我在它们周围绘制框。在 matplotlib 中最简单的方法是什么？

下图左边是我拥有的，右边是我想要的。

编辑： 我研究了几种可以产生预期效果的方法，其中主要的有：

• 使用体素，但以某种方式对其进行缩放，使得单个体素代表单个项目。
• 使用曲面图，但随后动态调整绘图顺序以避免非物理重叠。

前者似乎更容易执行，但我仍然很难过。

Answer 1

A.使用Poly3DCollection

一个选项是创建一个长方体面的Poly3DCollection。由于同一收藏的艺术家不存在重叠问题，这可能最适合这里的目的。

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from mpl_toolkits.mplot3d.art3d import Poly3DCollection
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

def cuboid_data2(o, size=(1,1,1)):
    X = [[[0, 1, 0], [0, 0, 0], [1, 0, 0], [1, 1, 0]],
         [[0, 0, 0], [0, 0, 1], [1, 0, 1], [1, 0, 0]],
         [[1, 0, 1], [1, 0, 0], [1, 1, 0], [1, 1, 1]],
         [[0, 0, 1], [0, 0, 0], [0, 1, 0], [0, 1, 1]],
         [[0, 1, 0], [0, 1, 1], [1, 1, 1], [1, 1, 0]],
         [[0, 1, 1], [0, 0, 1], [1, 0, 1], [1, 1, 1]]]
    X = np.array(X).astype(float)
    for i in range(3):
        X[:,:,i] *= size[i]
    X += np.array(o)
    return X

def plotCubeAt2(positions,sizes=None,colors=None, **kwargs):
    if not isinstance(colors,(list,np.ndarray)): colors=["C0"]*len(positions)
    if not isinstance(sizes,(list,np.ndarray)): sizes=[(1,1,1)]*len(positions)
    g = []
    for p,s,c in zip(positions,sizes,colors):
        g.append( cuboid_data2(p, size=s) )
    return Poly3DCollection(np.concatenate(g),  
                            facecolors=np.repeat(colors,6), **kwargs)
    

positions = [(-3,5,-2),(1,7,1)]
sizes = [(4,5,3), (3,3,7)]
colors = ["crimson","limegreen"]

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

pc = plotCubeAt2(positions,sizes,colors=colors, edgecolor="k")
ax.add_collection3d(pc)    

ax.set_xlim([-4,6])
ax.set_ylim([4,13])
ax.set_zlim([-3,9])

plt.show()

B.使用plot_surface

从使用plot_surface 的this question 调整解决方案，并允许此处所需的不同尺寸在大多数情况下似乎都可以正常工作：

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

def cuboid_data(o, size=(1,1,1)):
    # code taken from
    # https://stackoverflow.com/a/35978146/4124317
    # suppose axis direction: x: to left; y: to inside; z: to upper
    # get the length, width, and height
    l, w, h = size
    x = [[o[0], o[0] + l, o[0] + l, o[0], o[0]],  
         [o[0], o[0] + l, o[0] + l, o[0], o[0]],  
         [o[0], o[0] + l, o[0] + l, o[0], o[0]],  
         [o[0], o[0] + l, o[0] + l, o[0], o[0]]]  
    y = [[o[1], o[1], o[1] + w, o[1] + w, o[1]],  
         [o[1], o[1], o[1] + w, o[1] + w, o[1]],  
         [o[1], o[1], o[1], o[1], o[1]],          
         [o[1] + w, o[1] + w, o[1] + w, o[1] + w, o[1] + w]]   
    z = [[o[2], o[2], o[2], o[2], o[2]],                       
         [o[2] + h, o[2] + h, o[2] + h, o[2] + h, o[2] + h],   
         [o[2], o[2], o[2] + h, o[2] + h, o[2]],               
         [o[2], o[2], o[2] + h, o[2] + h, o[2]]]               
    return np.array(x), np.array(y), np.array(z)

def plotCubeAt(pos=(0,0,0), size=(1,1,1), ax=None,**kwargs):
    # Plotting a cube element at position pos
    if ax !=None:
        X, Y, Z = cuboid_data( pos, size )
        ax.plot_surface(X, Y, Z, rstride=1, cstride=1, **kwargs)

positions = [(-3,5,-2),(1,7,1)]
sizes = [(4,5,3), (3,3,7)]
colors = ["crimson","limegreen"]


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

for p,s,c in zip(positions,sizes,colors):
    plotCubeAt(pos=p, size=s, ax=ax, color=c)

plt.show()

Answer 2

以下代码不仅适用于长方体，也适用于任何多边形

分别输入 x、y 和 z 坐标

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import axes3d
from mpl_toolkits.mplot3d.art3d import Poly3DCollection

#input values
x=[1,10,50,100,150]
y=[1,300,350,250,50]
z=[0,1]
def edgecoord(pointx,pointy,pointz):
    edgex=[pointx[0],pointx[1],pointx[1],pointx[0]]
    edgey=[pointy[0],pointy[1],pointy[1],pointy[0]]
    edgez=[pointz[0],pointz[0],pointz[1],pointz[1]]
    return list(zip(edgex,edgey,edgez))

def coordConvert(x,y,lheight,uheight):
    if len(x) != len(y) and len(x)>2:
        return
    vertices=[]
    #Top layer
    vertices.append(list(zip(x,y,list(np.full(len(x),uheight)))))
    # Side layers
    for it in np.arange(len(x)):
        it1=it+1
        if it1>=len(x):
            it1=0
        vertices.append(edgecoord([x[it],x[it1]],[y[it],y[it1]],[lheight,uheight]))
    #Bottom layer
    vertices.append(list(zip(x,y,list(np.full(len(x),lheight)))))
    print(np.array(vertices))
    return vertices

vec=coordConvert(x,y,z[0],z[1])

plt.figure()
plt.subplot(111,projection='3d')
plt.gca().add_collection3d(Poly3DCollection(vec, alpha=.75,edgecolor='k', facecolor='teal'))
plt.xlim([0,200])
plt.ylim([0,400])
plt.show()

Polygon Prism