【附源码】Python ：正方体建模

news2024/9/28 7:16:00

系列文章目录

Python 建模入门：正方体建模

文章目录

系列文章目录
一、建模需求
二、源代码
三、代码分析
四、效果展示
总结

一、建模需求

使用matplotlib库和mpl_toolkits.mplot3d模块来绘制一个立方体的3D图形

二、源代码

代码如下：

import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d.art3d import Poly3DCollection

def draw_cube():
    # 立方体的八个顶点
    vertices = [
        [0, 0, 0],  # 前下左
        [1, 0, 0],  # 前下右
        [1, 1, 0],  # 前上右
        [0, 1, 0],  # 前上左
        [0, 0, 1],  # 后下左
        [1, 0, 1],  # 后下右
        [1, 1, 1],  # 后上右
        [0, 1, 1]   # 后上左
    ]

    # 立方体的六个面（每个面由两个三角形组成）
    faces = [
        ((0, 1, 3, 2), (0, 2, 6, 5)),  # 前面
        ((1, 2, 6, 7), (2, 3, 7, 6)),  # 右面
        ((0, 3, 7, 4), (3, 1, 5, 7)),  # 后面
        ((0, 4, 5, 1), (0, 1, 5, 4)),  # 左面
        ((4, 5, 6, 7), (4, 7, 6, 2)),  # 上面
        ((0, 3, 1, 4), (1, 2, 6, 5))   # 下面
    ]

    # 创建3D图形
    fig = plt.figure()
    ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

    # 绘制立方体的面
    for face in faces:
        polygons = []
        for edge in face:
            polygon = [[vertices[vertex_index][0], vertices[vertex_index][1], vertices[vertex_index][2]]
                       for vertex_index in edge]
            polygons.append(polygon)
        face_collection = Poly3DCollection(polygons, facecolors='cyan', linewidths=1, edgecolors='r', alpha=.25)
        ax.add_collection3d(face_collection)

    # 设置坐标轴等比例
    ax.set_box_aspect([1,1,1])
    ax.set_xlim([0, 1])
    ax.set_ylim([0, 1])
    ax.set_zlim([0, 1])

    # 隐藏坐标轴
    plt.axis('off')

    # 显示图形
    plt.show()

# 调用函数绘制立方体
draw_cube()

三、代码分析

1-2行：导入matplotlib.pyplot模块，并给它起了个简短的别名plt。同时从mpl_toolkits.mplot3d.art3d导入Poly3DCollection，这个类用于绘制3D多边形集合。

4-11行：定义了一个名为draw_cube的函数，这个函数不接受任何参数，用于绘制立方体。

13-20行：在draw_cube函数内部，定义了一个名为vertices的列表，包含了立方体的8个顶点的坐标。这些顶点按照在空间中的相对位置被编号和列出。

22-27行：定义了一个名为faces的列表，包含了立方体的6个面。每个面由两组三角形组成，每组三角形由顶点的索引定义。

29-31行：创建一个新的matplotlib图形，并添加一个3D坐标轴。

33-41行：遍历faces列表中的每个面。对于每个面，提取构成该面的两个三角形的顶点索引，然后根据这些索引从vertices列表中获取顶点坐标。使用这些坐标创建多边形，并将其添加到Poly3DCollection中。

43-46行：设置3D坐标轴的比例为等比例（即所有轴的单位长度相同），并设置x、y、z轴的显示范围。

48-49行：隐藏坐标轴，使得图形看起来更干净。

51行：调用plt.show()来显示图形。

53-54行：调用draw_cube函数来绘制立方体。

代码中使用的Poly3DCollection对象face_collection设置了以下属性：
facecolors: 多边形面的颜色，这里是’cyan’，即青色。
linewidths: 多边形边缘的线宽。
edgecolors: 多边形边缘的颜色，这里是’r’，即红色。
alpha: 设置多边形的透明度。