python – Matplotlib 3D绘图 – 从某些角度看参数曲线“环绕”

概述我一直在编写一个 Python脚本( GitHub LINK),用于可视化小行星/彗星/流星体轨道.该剧本还绘制了行星及其轨道的位置. 它适用于具有小半长轴(即“较小”轨道)的轨道.但是当我的轨道超越海王星(例如哈雷型彗星)时,从某些角度来看,有一种奇怪的“环绕式”(因为没有更好的词)效果. 让我告诉你我的意思： 图像编译：http://i.imgur.com/onSZG8s.png >此图像从不 我一直在编写一个 Python脚本( GitHub LINK),用于可视化小行星/彗星/流星体轨道.该剧本还绘制了行星及其轨道的位置.

它适用于具有小半长轴(即“较小”轨道)的轨道.但是当我的轨道超越海王星(例如哈雷型彗星)时,从某些角度来看,有一种奇怪的“环绕式”(因为没有更好的词)效果.

让我告诉你我的意思：

图像编译：http://i.imgur.com/onSZG8s.png

>此图像从不会断裂的角度显示该图.
>当您向右旋转相同的绘图时,就好像轨道折成两半并反转方向！
>如果你从很远的距离观察情节,你可以看到椭圆被绘制成应有的.

这里是代码的最小版本,可以用来复制问题.只有当摄像机的视角与大轨道紧密平行时,才会出现“环绕”.

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3Dimport numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltdef orbitalElements2Cartesian(a,e,I,peri,node,E):    """ Convert orbital elements to Cartesian coordinates in the Solar System.    Args:         a (float): semi-major axis (AU)        e (float): eccentricity        I (float): inclination (degrees)        peri (float): longitude of perihelion (degrees)        node (float): longitude of ascending node (degrees)        E (float): eccentric anomaly (radians)    """    # The source of equations used:    # http://farsIDe.ph.utexas.edu/teaching/celestial/CelestialHTML/node34.HTML    # Check if the orbit is parabolic or hyperbolic    if e >=1:        e = 0.99999999    # Convert degrees to radians    I,node = map(np.radians,[I,node])    # True anomaly    theta = 2*np.arctan(np.sqrt((1.0 + e)/(1.0 - e))*np.tan(E/2.0))    # distance from the Sun to the poin on orbit    r = a*(1.0 - e*np.cos(E))    # Cartesian coordinates    x = r*(np.cos(node)*np.cos(peri + theta) - np.sin(node)*np.sin(peri + theta)*np.cos(I))    y = r*(np.sin(node)*np.cos(peri + theta) + np.cos(node)*np.sin(peri + theta)*np.cos(I))    z = r*np.sin(peri + theta)*np.sin(I)    return x,y,zif __name__ == '__main__':    # Example orbital elements    # a,incl,node    orb_elements = np.array([        [2.363,0.515,4.0,205.0,346.1],[0.989,0.089,3.1,55.6,21.2],[0.898,0.460,1.3,77.1,331.2],[104.585332285,0.994914,89.3950,130.8767,282.4633]        ])    # Setup the plot    fig = plt.figure()    ax = fig.gca(projection='3d')    # Eccentric anomaly (full range)    E = np.linspace(-np.pi,np.pi,100)    # Plot the given orbits    for i,orbit in enumerate(orb_elements):        a,node = orbit        # Take extra steps in E if the orbit is very large        if a > 50:            E = np.linspace(-np.pi,(a/20.0)*100)        # Get the orbit in the cartesian space        x,z = orbitalElements2Cartesian(a,E)        # Plot orbits        ax.plot(x,z,c='#32CD32')    # Add limits (in AU)    ax.set_xlim3d(-5,5)    ax.set_ylim3d(-5,5)    ax.set_zlim3d(-5,5)    plt.tight_layout()    plt.show()

我对此有点傻眼,似乎无法找到合适的解决方案.我非常感谢一些帮助！

解决方法 根据我的经验,matplotlib不适合复杂的3D绘图(我对轴外值有类似的奇怪行为).像mayavi这样的东西值得考虑,因为它是专为3D绘图设计的……

在这个blog中给出了一个可能的解决方法,基本上只是将轴值设置为所需轴的np.NaN.如果我在您的示例中添加以下内容,

for r in [x,z]:    for i in np.arange(len(r)):        if r[i] < -5:            x[i] = np.NaN            y[i] = np.NaN            z[i] = np.NaN        elif r[i] > 5:            x[i] = np.NaN            y[i] = np.NaN            z[i] = np.NaN        else:            pass

它消除了环绕.

总结

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