Python的3D可视化库【vedo】2-1 (plotter模块) 绘制器的使用

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vedo是Python实现的一个用于辅助科学研究的3D可视化库。
vedo的plotter模块封装了绘制器类Plotter。
Plotter实例可以用于显示3D图形对象、控制渲染器行为、操控相机、创建事件以及导出3D数据。几乎所有关于3D图形的操作，都是在Plotter渲染的窗口进行的。

vedo的applications模块提供了各种高级功能，其中的类全部继承自Plotter。

参考：vedo官方文档

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1 相关用语及其关系

• 绘制器 plotter
Plotter类的实例，控制绘制、渲染、事件等。
  绘制器实例是单例的，程序内部创建的实例都是同一个。
• 渲染器 renderer
  渲染器是进行图形渲染的对象。
  它是Plotter实例的属性，plt.renderer访问当前的渲染器。Plotter实例可以有多个渲染器，通过plt.renderers访问渲染器列表。
• 屏幕 screen
  电脑显示器的屏幕。
• 窗口 window
  绘制器调用show()方法时，会弹出窗口，展示绘制的图形，用户可以使用鼠标键盘进行3D交互。
• 窗格 grid
  绘制器拥有多个渲染器时，会把窗口分割为对应数量的窗格，每个窗格分配一个渲染器。
• 场景 scene
  渲染器渲染的3D场景，包含3D物体、光效和各种标记。通过窗格展示，理论上是无限大的。
• 相机 camera
  用户观看场景的视点，是用户和3D场景的相对位置和朝向。
  相机的位置和方向属性决定了3D场景渲染后投影到2D窗格(视口)的图像。

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2 Plotter类的基本使用

# 创建Plotter实例
plt = vedo.Plotter()
# 弹出窗口，渲染3D图像
plt.show(interactive=True)

这里没有添加任何图形，因此显示空白窗口：

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3 Plotter类具体的初始化设置

3.1 全部初始化参数

• shape=(1, 1)
  (行, 列)，表示多个渲染器窗格的排列方式。
  如果已指定参数N，shape参数就不可再指定。
• N=None
  渲染器的数目，会将窗口分为若干个窗格，每个窗格分配一个渲染器。
  N不为None时，窗格会自动按照窗口大小确定合适的行数和列数。
• pos=(0, 0)
  渲染窗口相对于屏幕左上角的坐标位置，单位为像素。
• size="auto"
  渲染窗口的大小。填auto时，基于屏幕大小展示。
• screensize="auto"
  显示器屏幕的物理大小。在有多个渲染器时，会用来计算每个窗格的大小。
• title="vedo"，窗口的标题。
• bg="white"
  背景颜色，或背景图片的路径。
• bg2=None
  向顶部渐变的背景颜色。
• axes=None
  轴类别。可以代表不同类别轴的整数值。也可以填一个表示轴的字典。
• sharecam=True
  默认为真，表示分格的各个渲染器统一使用一个相机。
  为假时每个渲染器会有独立的相机。如图，不同渲染器的相机可以朝向不同角度。
  
• resetcam=True
  按照可见的actors对象列表，自动设置相机的位置。
  相机会对焦到它们的中心点，并沿着视平面法线平移，使这些演员对象都出现在视野里。
  每个渲染器都有自己的actors列表，当前渲染器会以它自己的actors调整相机位置。
  当sharecam=True时，所有的渲染器都使用第一个渲染器的相机。这可能会导致其它渲染器把图形显示在屏幕外，尤其是在该渲染器的actors对象中心点与首个渲染器的actors的中心点相距较远的时候。这时最好设置sharecam=False，每个渲染窗格独立对焦。
• interactive=None
  为真时会在调用show()之后暂停，以进行3D交互。
• offscreen=False
  为真时不显示渲染窗口。
• qt_widget=None
  在Qt-Widget窗口中进行渲染。需要使用PyQt5库的QVTKRenderWindowInteractor对象。
• wx_widget=None
  在wxPython定义的窗口中进行渲染。

3.2 使用不同的axes

axes表示轴类别，可以通过0-14的数值表示：

axes值	轴类型说明
0	默认情况，没有轴；
1	绘制灰色的三面网格墙；
2	从(0, 0, 0)开始的笛卡尔坐标系；
3	从(0, 0, 0)开始的笛卡尔坐标系的正方向；
4	在左下角显示一个小坐标轴，表示图形当前的方向和位置；
5	在左下角显示一个方位立方体；
6	标记边界框的8个角。
7	在笛卡尔坐标系的每边绘制3D标尺；
8	显示VTKCubeAxesActor对象；
9	显示边界框的轮廓；
10	绘制三个圆，表示最大边界框；
11	在x-y平面显示巨型网格；缩放等级是8；
12	显示一个极坐标轴；
13	窗口底部显示一个普通的标尺。
14	在右上角绘制一个相机方向控件；

除了上述值外，也可以指定表示轴参数的字典axes=dict()。
在addons模块的Axes方法中有详细的轴字典参数说明。

# 展示两个示例球体
s1 = vedo.Sphere(r=0.3, pos=(3, 3, 3))
s2 = vedo.Sphere(r=0.3, pos=(-3, -3, -3))
# 显示轴
plt = vedo.Plotter(axes=1)
plt.show(s1, s2)

14种轴如下图所示：

axes=6时显示的框暂时存在BUG。

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以上是plotter模块绘制器Plotter使用的基础。
Plotter类的方法较多，后续将把它们分组整理。

更多关于数据可视化的内容参考：Python数据可视化笔记