python画图|中秋到了，尝试画个月亮（球体画法）

学习了一段时间的画图，已经掌握了一些3D图的画法，部分链接如下：

python画图|极坐标下的3D surface-CSDN博客

python画图|3D参数化图形输出-CSDN博客

我们今天尝试一下月亮的画法。

【1】官网教程

首先还是到达官网教程学习：

3D surface (solid color) — Matplotlib 3.9.2 documentation

这里只给出了球体的画法，因此我们要自己探索。

探索之前先对官网代码进行解读。

【2】代码解读

首先依然是matpl和numpy的引入：

import matplotlib.pyplot as plt  #引入matplotlib模块画图
import numpy as np #引入numpy模块做数学计算

然后定义了要画图：

fig = plt.figure() #定义要画图
ax = fig.add_subplot(projection='3d') #定义要画3d图

之后定义了变量：

# Make data
u = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100) #定义自变量
v = np.linspace(0, np.pi, 100) #定义自变量
x = 10 * np.outer(np.cos(u), np.sin(v)) #定义因变量
y = 10 * np.outer(np.sin(u), np.sin(v)) #定义因变量
z = 10 * np.outer(np.ones(np.size(u)), np.cos(v)) #定义因变量

最后定义了图形类型并要求输出图形：

# Plot the surface
ax.plot_surface(x, y, z) #定义图形类型为surface# Set an equal aspect ratio
ax.set_aspect('equal') #设置坐标比例plt.show() #输出图形

至此完整的代码注释为：

import matplotlib.pyplot as plt  #引入matplotlib模块画图
import numpy as np #引入numpy模块做数学计算fig = plt.figure() #定义要画图
ax = fig.add_subplot(projection='3d') #定义要画3d图# Make data
u = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100) #定义自变量
v = np.linspace(0, np.pi, 100) #定义自变量
x = 10 * np.outer(np.cos(u), np.sin(v)) #定义因变量
y = 10 * np.outer(np.sin(u), np.sin(v)) #定义因变量
z = 10 * np.outer(np.ones(np.size(u)), np.cos(v)) #定义因变量# Plot the surface
ax.plot_surface(x, y, z) #定义图形类型为surface# Set an equal aspect ratio
ax.set_aspect('equal') #设置坐标比例plt.show() #输出图形

输出图形为：

图1

在代码中，np.ones()d的功能是输出全是1的矩阵，用下述代码进行测试：

import matplotlib.pyplot as plt  #引入matplotlib模块画图
import numpy as np #引入numpy模块做数学计算fig = plt.figure() #定义要画图
ax = fig.add_subplot(projection='3d') #定义要画3d图# Make data
u = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100) #定义自变量
v = np.linspace(0, np.pi, 100) #定义自变量
x = 10 * np.outer(np.cos(u), np.sin(v)) #定义因变量
y = 10 * np.outer(np.sin(u), np.sin(v)) #定义因变量
z = 10 * np.outer(np.ones(np.size(u)), np.cos(v)) #定义因变量print('np.size(u)=',np.size(u)) #输出np.size(u)的结果，也就是输出u的维度
print('np.ones(np.size(u))=\n',np.ones(np.size(u))) #按照u的维度输出全是1的一阶矩阵

此时的输出结果为：

np.size(u)= 100
np.ones(np.size(u))=
 [1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1.
 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1.
 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1.
 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1.
 1. 1. 1. 1.]

【3】代码修改

月亮的颜色一般是渐变的，因此要设置颜色，首先尝试纯色设置，改变图形输出代码为：

# Plot the surface
ax.plot_surface(x, y, z,color='y') #定义图形类型为surface

输出结果为：

图2

可见这只是将球体变成黄色，没有渐变效果。

下一步尝试使用cmap来说设置颜色，之后有很好的实践效果，参考下述链接：

python画图|极坐标下的3D surface-CSDN博客

更具体的，追溯到官网链接：

https://matplotlib.org/stable/users/explain/colors/colormaps.html

为此改变图形输出代码为：

# Plot the surface
ax.plot_surface(x, y, z,cmap='binary') #定义图形类型为surface

此时的输出结果为：

图3

由图3可见，球体的颜色变成黑白渐变。

至此的完整代码为：

import matplotlib.pyplot as plt  #引入matplotlib模块画图
import numpy as np #引入numpy模块做数学计算fig = plt.figure() #定义要画图
ax = fig.add_subplot(projection='3d') #定义要画3d图# Make data
u = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100) #定义自变量
v = np.linspace(0, np.pi, 100) #定义自变量
x = 10 * np.outer(np.cos(u), np.sin(v)) #定义因变量
y = 10 * np.outer(np.sin(u), np.sin(v)) #定义因变量
z = 10 * np.outer(np.ones(np.size(u)), np.cos(v)) #定义因变量# Plot the surface
ax.plot_surface(x, y, z,cmap='binary') #定义图形类型为surface# Set an equal aspect ratio
ax.set_aspect('equal') #设置坐标比例plt.show() #输出图形

【4】代码改写

首先将ax.set_aspect('equal')改为注释，或者直接将其删除，输出结果为：‘

图4

可见球体略变，变成椭球体。 ax.set_aspect('equal')具有让各坐标轴按照相等的宽高比变化。

ax.set_aspect('equal')

恢复ax.set_aspect('equal')，修改Z的定义为：使其变量数增大一倍

z = 10 * np.outer(2*np.ones(np.size(u)), np.cos(v)) #定义因变量

同时把颜色改为纯色：

# Plot the surface
ax.plot_surface(x, y, z,color='w') #定义图形类型为surface

此时的输出结果为：

图5

由图5可见，变量个数对图形结果影响很大。这个椭球体已经不太像常规见到的月亮。

然后我们把自变量的个数改为1000，让图形细化，改后的变量定义为：

# Make data
u = np.linspace(0, 2 * np.pi, 1000) #定义自变量
v = np.linspace(0, np.pi, 1000) #定义自变量
x = 10 * np.outer(np.cos(u), np.sin(v)) #定义因变量
y = 10 * np.outer(np.sin(u), np.sin(v)) #定义因变量
z = 10 * np.outer(np.ones(np.size(u)), np.cos(v)) #定义因变量

颜色设置也稍微修改一下：

# Plot the surface
ax.plot_surface(x, y, z,cmap='Wistia') #定义图形类型为surface

此时的输出结果为：

图6

图6好像是一个熟透的月饼做的月亮。

至此的完整代码为：

import matplotlib.pyplot as plt  #引入matplotlib模块画图
import numpy as np #引入numpy模块做数学计算fig = plt.figure() #定义要画图
ax = fig.add_subplot(projection='3d') #定义要画3d图# Make data
u = np.linspace(0, 2 * np.pi, 1000) #定义自变量
v = np.linspace(0, np.pi, 1000) #定义自变量
x = 10 * np.outer(np.cos(u), np.sin(v)) #定义因变量
y = 10 * np.outer(np.sin(u), np.sin(v)) #定义因变量
z = 10 * np.outer(np.ones(np.size(u)), np.cos(v)) #定义因变量# Plot the surface
ax.plot_surface(x, y, z,cmap='Wistia') #定义图形类型为surface# Set an equal aspect ratio
ax.set_aspect('equal') #设置坐标比例plt.show() #输出图形

【5】总结

本文学习了球体（月亮）的基本画法，尝试修改了颜色、坐标轴纵横比和自变量密度。