在Python中使用 Plotly 绘制 3D Streamtube 绘图

在 Python 中使用 Plotly 绘制 3D Streamtube 绘图是一种非常强大的可视化工具。这种绘图方式可以将数据以流线的形式表示出来，非常适合处理三维数据。下面将介绍如何使用 Plotly 绘制 3D Streamtube 绘图的方法。

准备工作

在开始绘图之前，需要安装 Plotly 和 NumPy。可以在终端中使用以下命令进行安装：

pip install plotly
pip install numpy

基本绘图

绘制 3D Streamtube 的基本方法非常简单。首先，需要导入必要的库：

import plotly.graph_objs as go
import numpy as np

然后，使用 numpy 生成数据：

x, y, z = np.mgrid[-7:7:36j, -7:7:36j, -7:7:36j]
u = np.sin(x*y*z)/(x*y*z)
v = np.sin(x*y*z)/(x*y*z)
w = np.sin(x*y*z)/(x*y*z)

接着，创建 Streamtube 对象：

fig = go.Figure(data=go.Streamtube(
    x=x.flatten(),
    y=y.flatten(),
    z=z.flatten(),
    u=u.flatten(),
    v=v.flatten(),
    w=w.flatten(),
    starts=dict(
        x=[-5,-5,-5,-5,-5],
        y=[-5,-4,-3,-2,-1],
        z=[0,0,0,0,0],
        sizemode='absolute',
        sizeref=10),
    sizemode='absolute',
    sizeref=2,)
)

fig.show()

这样就完成了一个非常简单的 3D Streamtube 绘图。

自定义绘图

为了更好地展示数据，可能需要对绘图进行一些自定义。下面将介绍一些自定义方法。

控制流线

可以通过设置 colors 参数来控制流线的颜色：

fig = go.Figure(data=go.Streamtube(
    x=x.flatten(),
    y=y.flatten(),
    z=z.flatten(),
    u=u.flatten(),
    v=v.flatten(),
    w=w.flatten(),
    colors=np.linspace(0, 2, len(x.flatten())),
    showscale=False)
)

fig.show()

此时，流线的颜色将从蓝色到红色慢慢变化。

添加轴标签

为了更好地解释数据，可以添加轴标签。可以使用 layout 参数来添加标签：

fig.update_layout(
    scene=dict(
        xaxis=dict(title='X'),
        yaxis=dict(title='Y'),
        zaxis=dict(title='Z'),
    )
)

fig.show()

修改视角

可以使用 Camera 对象来控制绘图的视角。例如，将视角调整为从上方观察：

fig.update_layout(scene_camera=dict(
    up=dict(x=0, y=0, z=1),
    center=dict(x=0, y=0, z=0),
    eye=dict(x=1.5, y=1.5, z=0.5)
))

fig.show()

调整流线粗细

可以使用 tube_radius 参数来调整流线的粗细：

fig = go.Figure(data=go.Streamtube(
    x=x.flatten(),
    y=y.flatten(),
    z=z.flatten(),
    u=u.flatten(),
    v=v.flatten(),
    w=w.flatten(),
    tube_radius=0.2,
    colors=np.linspace(0, 2, len(x.flatten())),
    showscale=False)
)

fig.show()

总结

在 Python 中使用 Plotly 绘制 3D Streamtube 绘图是一种非常强大的可视化工具。通过使用简单的 Streamtube 对象，可以轻松绘制具有高度信息可视化的 3D 图表。在实际应用中，需要使用自定义方法来满足具体的要求。