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MatplotlibはPythonのおよび、NumPy用のグラフ描画ライブラリです。多くの場合、IPythonと連携して使われます。

Python

Pythonは、コードの読みやすさが特徴的なプログラミング言語の1つです。 強い型付け、動的型付けに対応しており、後方互換性がないバージョン2系とバージョン3系が使用されています。 商用製品の開発にも無料で使用でき、OSだけでなく仮想環境にも対応。Unicodeによる文字列操作をサポートしているため、日本語処理も標準で可能です。

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matplotlib : 三次元ベクトル場に着色をしたい

astromelt0416

総合スコア15

Matplotlib

MatplotlibはPythonのおよび、NumPy用のグラフ描画ライブラリです。多くの場合、IPythonと連携して使われます。

Python

Pythonは、コードの読みやすさが特徴的なプログラミング言語の1つです。 強い型付け、動的型付けに対応しており、後方互換性がないバージョン2系とバージョン3系が使用されています。 商用製品の開発にも無料で使用でき、OSだけでなく仮想環境にも対応。Unicodeによる文字列操作をサポートしているため、日本語処理も標準で可能です。

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投稿2020/08/30 11:11

編集2020/08/30 12:00

前提・実現したいこと

以下のように、各行に(x座標 y座標 z座標 u v w)となっているデータファイルがあります。

1.000 1.000 1.000 0.4348 -0.4661 -0.770
2.000 2.000 2.000 -0.3613 0.2414 0.9006
3.000 3.000 3.000 0.55511 0.4136 0.7216

matplotlibを用いてこのデータの3次元ベクトル場をプロットします。(ここまではできました。)
また各ベクトルはwの値を用いて、w=-1のとき青、w=1のとき赤となるようなグラデーションで彩色を行いたいと考えているのですが、この彩色の部分ができず困っています。

やったこと

このデータをベクトル場としてプロットするにはmatplotlibでquiverを使うと便利であると以下のサイト様で学びました。
[matplotlib 3D] 13. 3Dグラフでベクトル

このサイトをもとにかいたソースコードが以下になります。

python

1 2import matplotlib.pyplot as plt 3import numpy as np 4from mpl_toolkits.mplot3d import axes3d 5 6plt.style.use('ggplot') 7plt.rcParams["axes.facecolor"] = 'white' 8fig = plt.figure() 9ax = fig.gca(projection='3d') 10 11x = [] 12y = [] 13z = [] 14u = [] 15v = [] 16w = [] 17 18f = open('test.d') 19for line in f: 20 data = line.split() 21 x.append(float(data[0])) 22 y.append(float(data[1])) 23 z.append(float(data[2])) 24 #プロットの都合でサイズを調節 /2.5 25 u.append(float(data[3])/2.5) 26 v.append(float(data[4])/2.5) 27 w.append(float(data[5])/2.5) 28f.close() 29 30ax.set(xlabel='x',ylabel='y',zlabel='z') 31ax.quiver(x, y, z, u, v, w) 32plt.savefig('test.png' , dpi = 120) 33plt.show()

こうして得られた図が以下になります。
test.png

調べたこと

2次元のベクトル場に対しては、matplotlib.axes.Axes.quiver
にもありますように、quiver(X, Y, U, V, [C])と引数Cを取ればいいとのことですが、3次元ではどのようにすればいいかわからない状態です。私の調査不足かもしれませんが、ご存知の方がいれば教えていただきたいです。

###追記
can110様、回答ありがとうございます。
以下のようにカラーマップを導入してみました。

python

1import matplotlib 2import matplotlib.pyplot as plt 3import numpy as np 4from mpl_toolkits.mplot3d import axes3d 5 6plt.style.use('ggplot') 7plt.rcParams["axes.facecolor"] = 'white' 8fig = plt.figure() 9ax = fig.gca(projection='3d') 10cm = matplotlib.cm.seismic 11 12x = [] 13y = [] 14z = [] 15u = [] 16v = [] 17w = [] 18 19f = open('test.d') 20for line in f: 21 data = line.split() 22 x.append(float(data[0])) 23 y.append(float(data[1])) 24 z.append(float(data[2])) 25 #プロットの都合でサイズを調節 /2.5 26 u.append(float(data[3])/2.5) 27 v.append(float(data[4])/2.5) 28 w.append(float(data[5])/2.5) 29f.close() 30 31ax.set(xlabel='x',ylabel='y',zlabel='z') 32ax.quiver(x, y, z, u, v, w, color=cm(0.5*np.array(w)+0.5) 33plt.savefig('test.png' , dpi = 120) 34plt.show()

この結果以下のような図が得られました。
test.png

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回答1

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ベストアンサー

3次元でも同じく色を指定でき、以下のようにカラーマップも使えます。

Python

1import matplotlib 2cm = matplotlib.cm.bwr 3 4ax.quiver(x, y, z, u, v, w, color=cm(0.5*np.array(w)+0.5))

投稿2020/08/30 11:47

can110

総合スコア38339

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astromelt0416

2020/08/30 12:03

ご回答ありがとうございます。 確かに、カラーマップを導入することはできたのですが、ベクトルの先端の部分が完全には色が変わらない?ようです(追記をご参照ください)。例えば、座標(2.2.2)のベクトルは赤色に染まるはずなのですが、先端だけ青色になっています。 これはmatplotlibの仕様なのでしょうか。もしご存知であれば併せて教えていただきたいです。
can110

2020/08/30 12:34

そうですね。矢印を構成する一部の線分の色が固定されている感じですね。 ちょっと原因は分かりませんが、不具合のような気がします。
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