快捷導(dǎo)航

基于Python繪制一個(gè)會(huì)動(dòng)的3D立體粽子

更新時(shí)間：2023年06月14日 09:29:30 作者：微小冷

下周就要到端午節(jié)了，所以本文小編就來和大家分享一個(gè)有趣的Python項(xiàng)目——繪制會(huì)動(dòng)的3D立體粽子，文中的示例代碼講解詳細(xì)，感興趣的可以了解一下

粽子曲面

之前通過matplotlib繪制了圓錐曲面，但matplotlib繪制曲面圖有幾個(gè)問題，其中plot_surface需要有規(guī)范的xOy坐標(biāo)，然后根據(jù)其坐標(biāo)繪制z軸參數(shù)；plot_trisurf則必須有明確的三角面的頂點(diǎn)。這些限制提高了繪制三維曲面的技術(shù)要求，所以接下來用open3d來以點(diǎn)云的形式來繪制一些更復(fù)雜的曲面。

首先就是下面這個(gè)參數(shù)方程對(duì)應(yīng)的曲面

下面是繪圖代碼

import numpy as np
import open3d as o3d

def getSin(N):
    u = np.linspace(0, np.pi*2, N)
    v = np.linspace(0, np.pi*2, N)
    u,v = np.meshgrid(u,v)
    x = np.cos(u).reshape(-1)
    y = np.cos(v).reshape(-1)
    z = np.cos(u+v).reshape(-1)
    return np.array([x,y,z]).T

pcd = o3d.geometry.PointCloud()
pcd.points = o3d.utility.Vector3dVector(getSin(500))
o3d.visualization.draw_geometries([pcd])

最后效果如下，非常像一個(gè)粽子

真·粽子曲面

上面的粽子圖，其實(shí)是散點(diǎn)圖，只不過點(diǎn)數(shù)太多，看上去就比較連續(xù)，接下來通過open3d，將這個(gè)粽子的散點(diǎn)圖，轉(zhuǎn)換為粽子曲面。由于曲面生成的本質(zhì)是繪制三角面，而隨著點(diǎn)數(shù)的增多，所需繪制時(shí)間也就越長(zhǎng)，故而少選一些點(diǎn)

tri = o3d.geometry.TriangleMesh

pcd = o3d.geometry.PointCloud()
pcd.points = o3d.utility.Vector3dVector(getSin(20))
mesh = tri.create_from_point_cloud_alpha_shape(pcd, 2)
mesh.compute_vertex_normals()
o3d.visualization.draw_geometries([mesh], mesh_show_back_face=True)

其中，o3d.geometry.TriangleMesh是一個(gè)類，之所以將其重新賦值，皆因后面調(diào)用的生成曲面的方法名字太長(zhǎng)，這樣可以縮減一下一行的長(zhǎng)度。

compute_vertex_normals用于生成法線，如果沒有這個(gè)，最后得到的曲面是看不出三維效果的。

最終得到的效果如下，像是個(gè)金屬質(zhì)感的粽子，還挺好看的

點(diǎn)擊Ctrl+數(shù)字，可以更改曲面的配色，為了表現(xiàn)得更加細(xì)膩，下面用100×100的網(wǎng)格來生成粽子曲面，效果如下

正弦曲面

粽子曲面又叫余弦曲面，如果把cos換成sin，那么就得到了正弦曲面

其繪圖代碼如下

import numpy as np
import open3d as o3d

def getCos(N):
    u = np.linspace(0, np.pi*2, N)
    v = np.linspace(0, np.pi*2, N)
    u,v = np.meshgrid(u,v)
    x = np.sin(u).reshape(-1)
    y = np.sin(v).reshape(-1)
    z = np.sin(u+v).reshape(-1)
    return np.array([x,y,z]).T

pcd = o3d.geometry.PointCloud()
pcd.points = o3d.utility.Vector3dVector(getCos(500))
pcd.estimate_normals()
o3d.visualization.draw_geometries([pcd])

其中，estimate_normals用于估計(jì)點(diǎn)的法線，這樣在繪圖的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生漂亮的光效，最終繪圖結(jié)果如下，可見正弦曲面和余弦曲面的確有著類似互補(bǔ)的性質(zhì)。