为matplotlib的plot_surface命令着色并显示表面梯度

Question

我想把MATLAB中的surf命令转换成matplotlib中的plot_surface命令。

我遇到的挑战是，在使用plot_surface命令的cmap函数时，想给表面上色并添加渐变效果。

这是matlab的脚本：

% Matlab Commands
x = -5:.25:5; y = x
[x,y] = meshgrid(x);
R = sqrt(x.^2 + y.^2);
Z = sin(R)
surf(x,y,Z,gradient(Z))

通过这个命令生成的图形可以在这里找到：(http://www.mathworks.com/help/techdoc/visualize/f0-18164.html#f0-46458)

这是python的脚本：

在使用python和matplotlib创建类似功能时，我无法给表面上色并添加渐变效果。

# Python-matplotlib Commands
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from matplotlib import cm
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')
X = np.arange(-5, 5, 0.25)
Y = np.arange(-5, 5, 0.25)
X, Y = np.meshgrid(X, Y)
R = np.sqrt(X**2 + Y**2)
Z = np.sin(R)
surf = ax.plot_surface(X, Y, Z, rstride=1, cstride=1, cmap=gradient(Z), linewidth=0, antialiased=False)
plt.show()

我收到了以下错误信息：

Traceback (most recent call last):
  File "<ipython console>", line 1, in <module>
  File "C:\Python26\lib\site-packages\spyderlib\widgets\externalshell\startup.py", line 122, in runfile
    execfile(filename, glbs)
  File "C:\Documents and Settings\mramacha\My Documents\Python\Candela\tmp.py", line 13, in <module>
    surf = ax.plot_surface(X, Y, Z, rstride=1, cstride=1, cmap=gradient(Z), linewidth=0, antialiased=False)
  File "C:\Python26\lib\site-packages\mpl_toolkits\mplot3d\axes3d.py", line 729, in plot_surface
    polyc = art3d.Poly3DCollection(polys, *args, **kwargs)
  File "C:\Python26\lib\site-packages\mpl_toolkits\mplot3d\art3d.py", line 344, in __init__
    PolyCollection.__init__(self, verts, *args, **kwargs)
  File "C:\Python26\lib\site-packages\matplotlib\collections.py", line 570, in __init__
    Collection.__init__(self,**kwargs)
  File "C:\Python26\lib\site-packages\matplotlib\collections.py", line 86, in __init__
    cm.ScalarMappable.__init__(self, norm, cmap)
  File "C:\Python26\lib\site-packages\matplotlib\cm.py", line 155, in __init__
    self.cmap = get_cmap(cmap)
  File "C:\Python26\lib\site-packages\matplotlib\cm.py", line 126, in get_cmap
    if name in cmap_d:
TypeError: unhashable type: 'list'

任何建议都将非常有帮助。

Praboo

Answer 1

首先，看起来你想根据梯度的大小来映射颜色。你现在使用的是梯度向量，这就是你遇到“列表”错误的原因。

其次，你可以提供一个颜色映射（cmap），但这只是定义了你想把Z值映射成什么颜色。如果你想要新的面颜色，可以使用facecolors 参数。

第三，你需要把数值标准化到0到1之间，然后通过颜色映射来处理它们。（我觉得还有其他方法，但把大小除以最大值是个很简单的办法）

这里是代码：

# Python-matplotlib Commands
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from matplotlib import cm
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')
X = np.arange(-5, 5, .25)
Y = np.arange(-5, 5, .25)
X, Y = np.meshgrid(X, Y)
R = np.sqrt(X**2 + Y**2)
Z = np.sin(R)
Gx, Gy = np.gradient(Z) # gradients with respect to x and y
G = (Gx**2+Gy**2)**.5  # gradient magnitude
N = G/G.max()  # normalize 0..1
surf = ax.plot_surface(
    X, Y, Z, rstride=1, cstride=1,
    facecolors=cm.jet(N),
    linewidth=0, antialiased=False, shade=False)
plt.show()

结果如下：