在Matplotlib中绘制3d立方体，球体和向量

我使用Matplotlib搜索如何以较少的指令绘制内容，但是在文档中找不到任何帮助。

我要绘制以下内容：

• 以0为中心，边长为2的线框立方体
• 以0为中心，半径为1的“线框”球体
• 坐标为[0，0，0]的点
• 从此点开始到[1，1，1]的向量

怎么做？

这有点复杂，但是您可以通过以下代码绘制所有对象：

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from itertools import product, combinations


fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')
ax.set_aspect("equal")

# draw cube
r = [-1, 1]
for s, e in combinations(np.array(list(product(r, r, r))), 2):
    if np.sum(np.abs(s-e)) == r[1]-r[0]:
        ax.plot3D(*zip(s, e), color="b")

# draw sphere
u, v = np.mgrid[0:2*np.pi:20j, 0:np.pi:10j]
x = np.cos(u)*np.sin(v)
y = np.sin(u)*np.sin(v)
z = np.cos(v)
ax.plot_wireframe(x, y, z, color="r")

# draw a point
ax.scatter([0], [0], [0], color="g", s=100)

# draw a vector
from matplotlib.patches import FancyArrowPatch
from mpl_toolkits.mplot3d import proj3d


class Arrow3D(FancyArrowPatch):

    def __init__(self, xs, ys, zs, *args, **kwargs):
        FancyArrowPatch.__init__(self, (0, 0), (0, 0), *args, **kwargs)
        self._verts3d = xs, ys, zs

    def draw(self, renderer):
        xs3d, ys3d, zs3d = self._verts3d
        xs, ys, zs = proj3d.proj_transform(xs3d, ys3d, zs3d, renderer.M)
        self.set_positions((xs[0], ys[0]), (xs[1], ys[1]))
        FancyArrowPatch.draw(self, renderer)

a = Arrow3D([0, 1], [0, 1], [0, 1], mutation_scale=20,
            lw=1, arrowstyle="-|>", color="k")
ax.add_artist(a)
plt.show()

仅画箭头，有一个更简单的方法：

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import matplotlib.pyplot as plt
fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')
ax.set_aspect("equal")

#draw the arrow
ax.quiver(0,0,0,1,1,1,length=1.0)

plt.show()

颤动实际上可用于一次绘制多个矢量。用法如下：-[来自http://matplotlib.org/mpl_toolkits/mplot3d/tutorial.html?highlight=quiver#mpl_toolkits.mplot3d.Axes3D.quiver]

颤抖（X，Y，Z，U，V，W，** kwargs）

参数：

X，Y，Z： 箭头位置的x，y和z坐标

U，V，W： 箭头向量的x，y和z分量

参数可以是类似数组的或标量的。

关键字参数：

长度： [1.0 | float]每个颤振的长度，默认为1.0，单位与轴相同

arrow_length_ratio： [0.3 | 浮动]箭头相对于颤动的比率，默认为0.3

枢纽： ['tail'| '中间'| 'tip']箭头在网格点的部分；箭头围绕该点旋转，因此命名为支点。默认为'tail'

归一化： [False | [True]为True时，所有箭头的长度均相同。默认为False，其中箭头的长度将取决于u，v，w的值。

我的答案是上述两者的结合，并扩展到用户定义的不透明度和一些注释的绘图范围。它可在球体的b矢量可视化中用于磁共振图像（MRI）。希望你觉得它有用：

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

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

# draw sphere
u, v = np.mgrid[0:2*np.pi:50j, 0:np.pi:50j]
x = np.cos(u)*np.sin(v)
y = np.sin(u)*np.sin(v)
z = np.cos(v)
# alpha controls opacity
ax.plot_surface(x, y, z, color="g", alpha=0.3)


# a random array of 3D coordinates in [-1,1]
bvecs= np.random.randn(20,3)

# tails of the arrows
tails= np.zeros(len(bvecs))

# heads of the arrows with adjusted arrow head length
ax.quiver(tails,tails,tails,bvecs[:,0], bvecs[:,1], bvecs[:,2],
          length=1.0, normalize=True, color='r', arrow_length_ratio=0.15)

ax.set_xlabel('X-axis')
ax.set_ylabel('Y-axis')
ax.set_zlabel('Z-axis')

ax.set_title('b-vectors on unit sphere')

plt.show()