设置3D图的纵横比例

Question

我想绘制一个三维图像，展示在海底运行声纳时获得的数据，这些数据涵盖了一个 500 米 x 40 米的海底区域。我正在使用 matplotlib/mplot3d 库中的 Axes3D 来完成这个任务，我希望能够改变坐标轴的纵横比例，使得 x 和 y 轴具有比例关系。以下是一个使用生成数据而不是真实数据的示例脚本：

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

# Create figure.
fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection = '3d')

# Generate example data.
R, Y = np.meshgrid(np.arange(0, 500, 0.5), np.arange(0, 40, 0.5))
z = 0.1 * np.abs(np.sin(R/40) * np.sin(Y/6))

# Plot the data.
surf = ax.plot_surface(R, Y, z, cmap=cm.jet, linewidth=0)
fig.colorbar(surf)

# Set viewpoint.
ax.azim = -160
ax.elev = 30

# Label axes.
ax.set_xlabel('Along track (m)')
ax.set_ylabel('Range (m)')
ax.set_zlabel('Height (m)')

# Save image.
fig.savefig('data.png')

这个脚本生成的输出图像如下：

我想要改变它，使得沿轨迹（x）轴上的1米等于距离（y）轴上的1米（或者根据涉及到的相对尺寸使用不同的比例）。我还想设置z轴的比率，同样由于数据中的相对大小而不一定是1：1，但是使轴比当前绘图小。

我已经尝试构建并使用matplotlib的这个分支，并按照邮件列表中这个消息中的示例脚本进行操作，但是在我的脚本中添加ax.pbaspect = [1.0, 1.0, 0.25]行（卸载了“标准”版本的matplotlib以确保使用自定义版本）没有使生成的图像发生任何变化。

编辑：因此，期望的输出应该类似于以下（使用Inkscape粗略编辑的）图像。在这种情况下，我没有在x/y轴上设置1:1的比例，因为那看起来非常细，但我已经将它展开，使其不像原始输出那样是正方形。

- Blair

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参见此问题及答案可获得解决方案。 - ImportanceOfBeingErnest

从matplotlib 3.3.0开始，建议使用set_box_aspect()。请参阅以下新答案。 - user202729

Answer 1

在保存图像之前添加以下代码：

ax.auto_scale_xyz([0, 500], [0, 500], [0, 0.15])

如果您不想要方形轴：

请在 site-packages\mpl_toolkits\mplot3d\axes3d.py 中编辑get_proj函数：

xmin, xmax = np.divide(self.get_xlim3d(), self.pbaspect[0])
ymin, ymax = np.divide(self.get_ylim3d(), self.pbaspect[1])
zmin, zmax = np.divide(self.get_zlim3d(), self.pbaspect[2])

然后再添加一行代码来设置pbaspect：

ax = fig.gca(projection = '3d')
ax.pbaspect = [2.0, 0.6, 0.25]

- HYRY

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嗯，这确实可以正确地缩放坐标轴，但会导致很多空间浪费。虽然我可以将其保存为SVG并手动编辑（就像我刚刚更新问题时所做的期望图像），但当我需要创建大量图像时，这将变得非常繁琐，而且我不确定是否能够自动化... - Blair

你可以使用pbaspect修改来获得无方坐标轴。我已经编辑了答案。 - HYRY

我认为这是一个非常有用的技巧。请注意，必须在get_proj函数中修改此值。还要注意，在按照此处所示的方式修改后，必须给出pbaspect值。可以通过添加类似于以下内容来避免这种情况：try: self.localPbAspect=self.pbaspect except AttributeError: self.localPbAspect=[1,1,1]并除以self.localPbAspect [...]或类似的东西...因为您可能不总是想手动设置pbaspect。 - mikuszefski

Answer 2

这个问题的答案对我非常有效。而且你不需要设置任何比例，它会自动完成所有操作。

- user1329187

Answer 3

在github上有一个问题已经被提出：https://github.com/matplotlib/matplotlib/issues/8593

以上解决方案似乎不再有效。现在必须按照以下方式编辑site-packages\mpl_toolkits\mplot3d\axes3d.py中的get_proj函数：

最初的回答：

        try:
            self.localPbAspect = self.pbaspect
        except AttributeError:
            self.localPbAspect = [1,1,1]

        xmin, xmax = ( lim / self.localPbAspect[0] for lim in self.get_xlim3d() )
        ymin, ymax = ( lim / self.localPbAspect[1] for lim in self.get_ylim3d() )
        zmin, zmax = ( lim / self.localPbAspect[2] for lim in self.get_zlim3d() )

- Bastian

Answer 4

这是我如何解决浪费空间问题的方法：

try: 
    self.localPbAspect=self.pbaspect
    zoom_out = (self.localPbAspect[0]+self.localPbAspect[1]+self.localPbAspect[2]) 
except AttributeError: 
    self.localPbAspect=[1,1,1]
    zoom_out = 0 
xmin, xmax = self.get_xlim3d() /  self.localPbAspect[0]
ymin, ymax = self.get_ylim3d() /  self.localPbAspect[1]
zmin, zmax = self.get_zlim3d() /  self.localPbAspect[2]

# transform to uniform world coordinates 0-1.0,0-1.0,0-1.0
worldM = proj3d.world_transformation(xmin, xmax,
                                         ymin, ymax,
                                         zmin, zmax)

# look into the middle of the new coordinates
R = np.array([0.5*self.localPbAspect[0], 0.5*self.localPbAspect[1], 0.5*self.localPbAspect[2]])
xp = R[0] + np.cos(razim) * np.cos(relev) * (self.dist+zoom_out)
yp = R[1] + np.sin(razim) * np.cos(relev) * (self.dist+zoom_out)
zp = R[2] + np.sin(relev) * (self.dist+zoom_out)
E = np.array((xp, yp, zp))

- Hexander

Answer 5

这里先宣布完整的解决方案。 Axes3D.set_box_aspect

ax.set_box_aspect(aspect=(x_scale, y_scale, z_scale))

完整代码：

import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib import cm
import numpy as np

# Create figure.
fig = plt.figure(figsize=(16, 9))
ax = fig.add_subplot(projection='3d')

# Generate example data.
R, Y = np.meshgrid(np.arange(0, 500, 0.5), np.arange(0, 40, 0.5))
z = 0.1 * np.abs(np.sin(R/40) * np.sin(Y/6))

# Plot the data.
surf = ax.plot_surface(R, Y, z, cmap=cm.jet, linewidth=0)
fig.colorbar(surf)

# Set viewpoint.
ax.azim = -160
ax.elev = 30

# Label axes.
ax.set_xlabel('Along track (m)')
ax.set_ylabel('Range (m)')
ax.set_zlabel('Height (m)')

# padding for axis label not to overlap with axis ticks
ax.xaxis.labelpad=30    

# changing aspect ratio
ax.set_box_aspect(aspect=(4, 1, 0.5), zoom=1.3)

# Save image.
fig.savefig('data.jpg', dpi=200)

生成的图像

感谢 @ImportanceOfBeingErnest 提供了带有答案的问题参考。

- Hacker1337