Matplotlib_Bar3d绘制彩色带颜色标尺的3D柱形图

Qifei
Python

发布于：2023年3月2日
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Bar3d的官方示例并不好看，因为它不能根据柱的高度来显示不同的颜色。虽然bar3d函数可以设置每个柱子的颜色，但如何设置呢？右侧的颜色标尺又如何添加？本文将详细介绍代码和必要的解释。

Matplotlib是一个流行的Python可视化库，它可以用来创建各种图表，包括3D柱形图。bar3d函数可以用来创建3D柱形图，其中每个柱子由其长度、宽度和高度定义。下面是使用Matplotlib创建3D柱形图的基本步骤：

1.导入Matplotlib和Numpy库

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import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from matplotlib.colors import LightSource

2.准备数据 为了创建3D柱形图，需要准备以下数据：

  • x,y,z：每个柱子的底面中心坐标。
  • dx, dy, dz：每个柱子的宽度、长度和高度。
  • colors：每个柱子的颜色。

下面是一个示例数据：

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_x = np.arange(4)	\\生成0到3的list
_y = np.arange(5)	\\生成0到4的list
_xx, _yy = np.meshgrid(_x, _y)	\\创建一个4行5列的网格坐标阵列，每个坐标为一个元组(_x,_y)。_xx，和_yy则分别为对应的4行5列坐标的x轴和y轴值。
x, y = _xx.ravel(), _yy.ravel()	\\将x轴和y轴的4行5列网格的展开为一维列表。
dz = x + y	\\柱子高度为x+y
z = np.zeros_like(dz)

dx = dy = 1 	\\柱子长宽为1，如果x或者y的ticks不同，比如x为[1,3,5]，dx设置为2才能使柱子相互之间没有间距
\\设置每根柱子的颜色，最小值为蓝色，最大值为红色，中间值渐变。
if((dz.max() - dz.min()) != 0):
    colors = plt.cm.jet((dz.flatten() - dz.min()) / (dz.max() - dz.min()))
else:
    colors = plt.cm.jet((dz.flatten() - dz.min()))

3.创建图形对象并绘制柱形图

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fig = plt.figure(figsize=(6, 5),dpi=300)
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
ax.bar3d(x, y, z, dx, dy, dz, color=colors,shade=True)
plt.show()

这将创建一个3D柱形图，其中每个柱子的颜色根据柱子的高度不同而变化。如果想要添加一个颜色标尺，可以使用以下代码：

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fig = plt.figure(figsize=(6, 5),dpi=300)
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
ax.bar3d(x, y, z, dx, dy, dz, color=colors,shade=True)
cbar = fig.colorbar(plt.cm.ScalarMappable(cmap = 'jet'), ax = ax,ticks=[0, 0.5, 1], pad=0.1)
\\ ticks设定了标尺的标量刻度，0为最小刻度，1为满刻度，这里只显示三个刻度。
cbar.ax.set_yticklabels([round(dz.min(),2),round((dz.min()+dz.max())/2,2),round(dz.max(),2)])
\\设置刻度的显示值，分别为柱子高度的最低值，中间值和最大值。
plt.show()

4.可选的样式和格式 可以使用bar3d函数的其他参数来调整柱形图的样式和格式，例如：alpha、edgecolor、linewidth等。

5.如果图形颜色比较暗或者比较亮，可以使用lightsource参数调节光源的位置。

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lightsource = LightSource(azdeg=45)
ax.bar3d(x, y, z, dx, dy, dz, color=colors,shade=True，lightsource=lightsource)

LightSource有几个参数，其中用到比较多的就是azdeg，这个值是光源从三维图俯视角度上看下去在图里的位置，默认为315°，表示，光源处在俯视图上，西北方向。正北方为0°，按顺时针方向角度增加。如果默认光源不合适，可以将azdeg设置为45°。

6.除了光源问题，还有柱子堆积方向的问题，由于x轴和y轴是固定从小到大排列，柱子高度可能会在y轴较小时比较大，导致矮的柱子被高的柱子遮挡，此时可以尝试反转轴排列方向，让y轴从大到小排列。

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ax.set_ylim(max(y),min(y))	\\y轴从大到小排列
ax.set_xlim(max(x),min(x))	\\x轴从大到小排列
ax.bar3d(x, y, z, dx, dy, dz, color=colors,shade=True，lightsource=lightsource)

7.柱子高度变化值相对于柱子高度值太小，比如dz在(666666,666699)之间。呈现出来的结果可能时，柱子高度几乎相同，但是颜色却变化很大。为了避免此问题，可以将柱子高度的范围缩小到(0,33)之间，而刻度值显示其真是大小。

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z = min(dz)
dz=np.array(dz)-z
ax.bar3d(x, y, z, dx, dy, dz, color=colors,shade=True，lightsource=lightsource)

z是柱子底面中心的坐标，原来全为0，现在改为柱子高度最小的值，dz为柱子的高度，现在改为原来的高度-高度最小值。那么每个柱子的高度，就是当前柱子与最短柱子的差。

这就是使用Matplotlib创建3D柱形图的基本步骤。通过调整数据和参数，可以创建出各种样式和格式的3D柱形图。

下面是我的数据绘制出的一个例子。
Matplotlib_Bar3d绘制彩色带颜色标尺的3D柱形图_001.png

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更新于：2024年3月26日

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