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Python绘制真正意义上的3D体素色温图

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梁佐佐
发布2020-10-29 10:12:59
3.7K0
发布2020-10-29 10:12:59
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文章被收录于专栏:人芳觅

3D体素(voxel)色温图常用于在三维坐标系下做数据分析和展示,本文从0开始代码演示其绘制实现.

谷歌搜索结果大致很难令人满意:

01

准备工作

python环境: jupyter notebook。

工具包导入:

代码语言:javascript
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import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import matplotlib as mpl
#matplot模仿matlab,两者绘图函数大致相同.numpy用于创建数组,且内置计算函数很强

02

定义色温

代码语言:javascript
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mycolormap = plt.get_cmap('plasma')

具体colorbar的色度表见:

https://matplotlib.org/tutorials/colors/colormaps.html

03

定义三维测试数组

代码语言:javascript
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xyzvalues = np.random.choice(range(0,10), size=(10,10,10))
#数组大小:10*10*10, 数值范围0~9.

具体colorbar的色度表见:

04

定义三维数组的数值色温强度

代码语言:javascript
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xyzminvalue=xyzvalues.min();xyzmaxvalue=xyzvalues.max();
#根据三维数组中的最大和最小值来定义每个数值的相对强度,范围0~1.0

relativevalue=np.zeros((10,10,10))
#色温强度矩阵大小与xyz测试数组大小一致

for i in range(0,relativevalue.shape[0]):
    for j in range(0,relativevalue.shape[1]):
        for k in range(0,relativevalue.shape[2]):
            relativevalue[i][j][k]=round(xyzvalues[i][j][k]/xyzmaxvalue,1)
#round函数取小数点后1位

04

定义xyz下每个数值的颜色

代码语言:javascript
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colorsvalues = np.empty(xyzvalues.shape, dtype=object)
alpha=0.5
#透明度,视显示效果决定

for i in range(0,relativevalue.shape[0]):
    for j in range(0,relativevalue.shape[1]):
        for k in range(0,relativevalue.shape[2]):
            tempc=mycolormap(relativevalue[i][j][k])
#tempc为tuple变量,存储当前数值的颜色值(R,G,B,Alpha)

            colorreal=(tempc[0],tempc[1],tempc[2],alpha)
#tuple为不可变数据类型,所以替换自定义alpha值时需要重新定义

            colorsvalues[i][j][k]=colorreal
#最终每个数值所对应的颜色

05

绘制体素色温图

代码语言:javascript
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fig = plt.figure(figsize=(7, 4.5))
# Make a figure and axes with dimensions as desired.
#需要注意的是,3Dplot不支持设置xyz的比例尺相同,这就带来了一些麻烦:
#保存图片时长宽比例受限,这个问题以后再做说明解决
代码语言:javascript
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ax = fig.gca(projection='3d')

#ax.voxels(xyzvalues, facecolors=colorsvalues, edgecolor='k',shade=False,)
ax.voxels(xyzvalues, facecolors=colorsvalues, edgecolor=None,shade=False,)
#关键函数voxels:用以无缝绘制每个像素格
代码语言:javascript
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ax.set_xlabel('X');ax.set_ylabel('Y');ax.set_zlabel('Z')
ax.set_title('3D Voxel Map')
代码语言:javascript
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#新建区域ax1,用以额外绘制colorbar
#ref:https://matplotlib.org/examples/api/colorbar_only.html
#位置为figure的百分比,从figure 0%的位置开始绘制, 高是figure的80%
left, bottom, width, height = 0.1, 0.1, 0.05, 0.8
#获得绘制的句柄
ax1 = fig.add_axes([left, bottom, width, height])
代码语言:javascript
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# Set the colormap and norm to correspond to the data for which
# the colorbar will be used.
cmap = mpl.cm.plasma 
#colormap与绘制voxel图保持一致
norm = mpl.colors.Normalize(vmin=xyzminvalue, vmax=xyzmaxvalue)
#色温colorbar的数值范围可选择实际xyz数组中的数值范围(其实不应该从0开始)
代码语言:javascript
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cb1 = mpl.colorbar.ColorbarBase(ax1, cmap=cmap,
                                norm=norm,
                                orientation='vertical')
cb1.set_label('Units')

06

保存图片结果

代码语言:javascript
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#plt.show() # do not save the fig behind the show() method, otherwise will be a white pad
plt.savefig('pic-20201017-3dvoxel-hsv.png',dpi=600)

edgecolor='k'

edgecolor=None, with 'hsv' colormap

总结:

本帖详细具体地介绍了python代码实现三维色温图绘制, 大家可以此为基础掌握python语言的基本绘图使用.

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划,分享自微信公众号。
原始发表:2020-10-17,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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