【Matplotlib】視点の変更 (仰角と方位角の設定)

Axes3D.view_init(elev, azim)

　Matplotlib では、Axes3D.view_init(elev, azim) を使って、三次元グラフを「どの方向から見るか」を指定できます (下図の矢印が視線の方向)。
 
引数の elev, azim は、それぞれ elevation angle (仰角)、azimuth (方位角) の略で、上図の θ, φ に相当するパラメータです（”azimuth” は「アジマス」と発音します）。
 
Matplotlib をインポートして、適当な三次元グラフをプロットしてみます。

# MATPLOTLIB_AXES3D_INIT_VIEW

# In[1]

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

fig = plt.figure(figsize = (8, 6))
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

# 軸ラベルを設定
ax.set_xlabel("x", size=16)
ax.set_ylabel("y", size=16)
ax.set_zlabel("z", size=16)

# 分割数
n = 256

# x-y格子点を生成
x = np.linspace(-4 * np.pi, 4 * np.pi, n)
y = np.linspace(-4 * np.pi, 4 * np.pi, n)
X, Y = np.meshgrid(x, y)

# 格子点の高度Zを計算
Z = X**2 - Y**2

# 曲面を描画
ax.plot_surface(X, Y, Z, cmap = "gnuplot")

elev, azim のデフォルト値は、それぞれ 30, -60 です。つまり、デフォルト設定では、仰角 30°、方位角 – 60°の方角からグラフを見ていることになります。
elev = 0 (仰角 0°) に設定してみましょう。

# In[2]

# 視点を仰角 0°、方位角 -60°に設定
ax.view_init(elev=0)

display(fig)

x-y 平面と平行な視点となっていますね。
次は方位角を 0°にしてみます。

# In[3]

# 視点を仰角30°、方位角0°に設定
ax.view_init(azim=0)

display(fig)

視線の方向は x 軸の正から負の方向となっています。この記事の一番上に掲載した図を見て、方位角を 0°にした時の視線方向をイメージしてください。
 
グラフを真上から見る時は仰角を 90°に設定します。

# In[4]

# 真上からの視点に設定
ax.view_init(elev=90)

display(fig)

次のコードを実行すると、仰角を 30°に固定して、方位角を 0°から 45°刻みに変化させながら三次元プロットエリア (Axes3D オブジェクト) を表示します。

# In[5]

# 8個のAxes3Dを2列に並べる
fig, ax = plt.subplots(4, 2, figsize=(10,18), subplot_kw=dict(projection='3d'))

ct = 0

# 仰角を30°に固定し、方位角を0°から45°刻みに変化させながらプロットエリアを表示
for k in ax.ravel():
    k.view_init(azim=ct*45)
    k.set_title("elev=30, azim={}".format(ct*45))
    k.set_xlabel("x", size=16)
    k.set_ylabel("y", size=16)
    k.set_zlabel("z", size=16)
    ct += 1

plt.show()

次のコードを実行すると、方位角を -60°に固定して、仰角を 0°から 15°刻みに変化させながら三次元プロットエリア (Axes3D オブジェクト) を表示します。

# In[6]

# 3×2個の3DAxesオブジェクトを作成
fig, ax = plt.subplots(3, 2, figsize=(10,16), subplot_kw=dict(projection='3d'))

ct = 0

# 方位角を-60°に固定し、仰角を0°から15°刻みに変化させる
for k in ax.ravel():
    k.view_init(elev=ct*15)
    k.set_title("elev={}, azim=-60".format(ct*15))
    k.set_xlabel("x", size=16)
    k.set_ylabel("y", size=16)
    k.set_zlabel("z", size=16)
    ct += 1

plt.show()

仰角と方位角は、Axes3D のコンストラクタで予め設定しておくことも可能です。

# In[7]

fig = plt.figure(figsize = (8, 6))

# 仰角と方位角を45°に設定して三次元プロットエリアを作成
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d', elev=45, azim=45)

# 格子点の高度Zを計算
W = X - Y

# 曲面を描画
ax.plot_surface(X, Y, W, cmap="Greens")

plt.show()