如何在Python中绘制可旋转的三维散点图？

Question

目前我正在使用matplotlib绘制三维散点图，虽然它能完成任务，但我似乎找不到旋转视角以更好地查看数据的方法。

这里是一个例子：

import pylab as p
import mpl_toolkits.mplot3d.axes3d as p3

#data is an ndarray with the necessary data and colors is an ndarray with
#'b', 'g' and 'r' to paint each point according to its class

...

fig=p.figure()
ax = p3.Axes3D(fig)
ax.scatter(data[:,0], data[:,2], data[:,3], c=colors)
ax.set_xlabel('X')
ax.set_ylabel('Y')
ax.set_zlabel('Z')
fig.add_axes(ax)
p.show()

我希望能够在执行期间旋转数据，但只要旋转快速简洁，就可以接受任何解决方案。

这里是将PCA应用于鸢尾花数据集后生成的图形比较：
1. Mayavi

2. Matplotlib

Mayavi使得数据可视化更加容易，但是Matplotlib看起来更加专业。Matplotlib也更轻量级。

- pnodbnda

Answer 1

首先，你需要定义你所说的“更好地查看我的数据”是什么意思...

如果你想要交互式地工作，可以使用鼠标旋转和缩放绘图。

如果你只想通过编程方式旋转轴，则可以使用ax.view_init(elev, azim)，其中elev和azim是你想从中查看绘图的仰角和方位角（以度为单位）。

或者，你也可以使用ax.elev、ax.azim和ax.dist属性来获取/设置当前视点的仰角、方位角和距离。

以上内容引用自这个示例，源代码可供借鉴。

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

def randrange(n, vmin, vmax):
    return (vmax-vmin)*np.random.rand(n) + vmin

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
n = 100
for c, m, zl, zh in [('r', 'o', -50, -25), ('b', '^', -30, -5)]:
    xs = randrange(n, 23, 32)
    ys = randrange(n, 0, 100)
    zs = randrange(n, zl, zh)
    ax.scatter(xs, ys, zs, c=c, marker=m)

ax.set_xlabel('X Label')
ax.set_ylabel('Y Label')
ax.set_zlabel('Z Label')

plt.show()

我们得到了一个漂亮的散点图：

你可以像下面这样通过程序旋转坐标轴：

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

def randrange(n, vmin, vmax):
    return (vmax-vmin)*np.random.rand(n) + vmin

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
n = 100
for c, m, zl, zh in [('r', 'o', -50, -25), ('b', '^', -30, -5)]:
    xs = randrange(n, 23, 32)
    ys = randrange(n, 0, 100)
    zs = randrange(n, zl, zh)
    ax.scatter(xs, ys, zs, c=c, marker=m)

ax.set_xlabel('X Label')
ax.set_ylabel('Y Label')
ax.set_zlabel('Z Label')

ax.azim = 200
ax.elev = -45

plt.show()

希望这能帮到你一点！

- Joe Kington

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有意思，之前我无法让它旋转，但现在它可以工作了。真是不可思议。如果有什么区别的话，我正在使用带有Python 2.6的Ubuntu 10.10。 - pnodbnda

mplot3d非常方便，比MayaVa更轻巧。但请注意，如果您需要复杂的3D场景，则mplot3d建议使用MayaVi。例如，请参见unutbu上面的答案。 - nealmcb

mplot3d 真是太糟糕了！它甚至没有一个函数来移动绘图的旋转中心，这在 3D 绘图中是至关重要的事情。 - Mehdi

@Mehdi - 是的，mplot3d设计得非常简单。它并不是一个“完整”的三维绘图包。它旨在用于快速粗略的伪三维绘图。如果您需要真正的三维绘图，请使用Mayavi或类似的工具。 - Joe Kington

如何通过鼠标进行旋转？ - Michelle Owen

Answer 2

使用Mayavi，您可以创建如下图所示的绘图：

import enthought.mayavi.mlab as mylab
import numpy as np
x, y, z, value = np.random.random((4, 40))
mylab.points3d(x, y, z, value)
mylab.show()

该GUI允许通过点击和拖动实现旋转，通过右键单击和拖动实现缩放。

- unutbu

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放大这个更好，因为随着放大点的大小也增加了（Matplotlib只增加距离，使放大不那么有用），而且Matplotlib绘制的轴框不能跟随缩放。虽然这个要慢得多/重得多，所以最好只在必须放大时使用它。 - pnodbnda

这行代码(import enthought.mayavi.mlab as mylab)对我来说不起作用。enthought 显然不是一个模块。 - Richard

@Richard：你安装了 mayavi 吗？ 安装应该附带有导入 mayavi 模块的说明。 - unutbu

请注意，mplot3d FAQ中解释了mplot3d实际上是2D+z而不是完全的3D。例如，“两个3D对象（如多边形或补丁）的交集无法正确呈现”。因此，“在[matplotlib支持其核心（OpenGL）的3D之前]，如果您需要复杂的3D场景，我们建议使用MayaVi” - nealmcb