matplotlib 3D表面的半透明度和颜色渐变？

Question

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

X = np.arange(1, 4, 0.2)
Y = np.copy(X)
X, Y = np.meshgrid(X, Y)

Z1 = np.copy(X)
Z2 = 2/X

fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')
surf1 = ax.plot_surface(X, Y, Z1, rstride=1, cstride=1, color='b')
surf2 = ax.plot_surface(X, Y, Z2, rstride=1, cstride=1, color='r')

plt.show()

当我运行上面的代码时，我得到以下信息。请注意，出于说明的目的，我从底部设置了视点。

两个问题：

1. 为什么红色平面有漂亮的渐变色，而蓝色平面有这种不规则的图案？如何使蓝色的图案像红色的一样或使着色均匀？

2. 我想让这两个平面从观察者的角度来看，哪个平面部分“在”另一个“前面”是可见的。例如，在上图中，显示的大部分红色平面是可见的，但在 z = sqrt(2) ~= 1.41 的交线上方，它将隐藏在蓝色平面的后面。我怎样才能让 Matplotlib 做到这一点？

Answer 1

您的示例暴露了 matplotlib 着色算法中的一个错误。阴影 算法计算表面中每个面的法线，uses the color and its normal vector to shade the facet:

colset = self._shade_colors(color, normals)

虽然理论上平面的法线都是相同的，但实际上，有 由于变幻莫测，数值的变化非常小 浮点运算。这些非常细微的变化被放大了 normalization 因为这个 stretches the minimum and maximum shades 介于 0 和 1 之间。

因此，所有完全平面的表面都容易出现这种着色错误。

当颜色一致时（例如color='b'）并且法线都相同（原样 平面的情况），每个面的阴影应该是相同的。归一化应该使阴影为零。所以对于飞机来说，阴影不应该 完全改变颜色。

因此，要解决此错误，请使用 shade=False 关闭着色：

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

X = np.arange(1, 4, 0.2)
Y = np.copy(X)
X, Y = np.meshgrid(X, Y)
Z1 = np.copy(X)
Z2 = 2/X

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

surf1 = ax.plot_surface(
    X, Y, Z1, rstride=1, cstride=1, color='b', 
    shade=False, alpha=1.0)

surf2 = ax.plot_surface(
    X, Y, Z2, rstride=1, cstride=1, color='r', 
    shade=True, alpha=1.0)

ax.view_init(elev=-45, azim=-30)
plt.show()

---

PS。如果您想查看规范化出错的确切位置，请将上面代码中的 shade=False 更改为 shade=True，然后将这些 print 语句放在您安装的 matplotlib/colors.py 中：

resdat = result.data
resdat -= vmin
print(resdat[0, :10])
resdat /= (vmax - vmin)
print(resdat[0, :10])
result = np.ma.array(resdat, mask=result.mask, copy=False)

运行上面的脚本然后打印

[  0.00000000e+00   0.00000000e+00   0.00000000e+00   0.00000000e+00
   0.00000000e+00   0.00000000e+00   2.22044605e-16   0.00000000e+00
   0.00000000e+00   2.22044605e-16]
[ 0.  0.  0.  0.  0.  0.  1.  0.  0.  1.]

如果resdat 一直保持不变，则resdat 中的所有值在标准化后都将为零。相反，resdat 中的微小错误会被放大为等于 1。这会导致您在蓝色表面上看到有趣的阴影。