Как можно построить плоскость в матлабе или matplotlib из нормального вектора и точки?
Постройте плоскость на основе нормального вектора и точки в Matlab или matplotlib
Ответ 1
Для Matlab:
point = [1,2,3];
normal = [1,1,2];
%# a plane is a*x+b*y+c*z+d=0
%# [a,b,c] is the normal. Thus, we have to calculate
%# d and we're set
d = -point*normal'; %'# dot product for less typing
%# create x,y
[xx,yy]=ndgrid(1:10,1:10);
%# calculate corresponding z
z = (-normal(1)*xx - normal(2)*yy - d)/normal(3);
%# plot the surface
figure
surf(xx,yy,z)
Примечание: это решение работает до тех пор, пока нормальное (3) не равно 0. Если плоскость параллельна оси z, вы можете вращать размеры, чтобы поддерживать один и тот же подход:
z = (-normal(3)*xx - normal(1)*yy - d)/normal(2); %% assuming normal(3)==0 and normal(2)~=0
%% plot the surface
figure
surf(xx,yy,z)
%% label the axis to avoid confusion
xlabel('z')
ylabel('x')
zlabel('y')
Ответ 2
Для всех копий/пастеров, здесь есть аналогичный код для Python с использованием matplotlib:
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
point = np.array([1, 2, 3])
normal = np.array([1, 1, 2])
# a plane is a*x+b*y+c*z+d=0
# [a,b,c] is the normal. Thus, we have to calculate
# d and we're set
d = -point.dot(normal)
# create x,y
xx, yy = np.meshgrid(range(10), range(10))
# calculate corresponding z
z = (-normal[0] * xx - normal[1] * yy - d) * 1. /normal[2]
# plot the surface
plt3d = plt.figure().gca(projection='3d')
plt3d.plot_surface(xx, yy, z)
plt.show()
Ответ 3
Для копировальных аппаратов, желающих получить градиент на поверхности:
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from matplotlib import cm
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
point = np.array([1, 2, 3])
normal = np.array([1, 1, 2])
# a plane is a*x+b*y+c*z+d=0
# [a,b,c] is the normal. Thus, we have to calculate
# d and we're set
d = -point.dot(normal)
# create x,y
xx, yy = np.meshgrid(range(10), range(10))
# calculate corresponding z
z = (-normal[0] * xx - normal[1] * yy - d) * 1. / normal[2]
# plot the surface
plt3d = plt.figure().gca(projection='3d')
Gx, Gy = np.gradient(xx * yy) # gradients with respect to x and y
G = (Gx ** 2 + Gy ** 2) ** .5 # gradient magnitude
N = G / G.max() # normalize 0..1
plt3d.plot_surface(xx, yy, z, rstride=1, cstride=1,
facecolors=cm.jet(N),
linewidth=0, antialiased=False, shade=False
)
plt.show()
Ответ 4
Вышеупомянутые ответы достаточно хороши. Следует упомянуть, что они используют тот же метод, который вычисляет значение z для данного (x, y). Обратный ход приходит к тому, что они пересекают плоскость, а плоскость в пространстве может меняться (только сохраняя ее проецирование одинаково). Например, вы не можете получить квадрат в трехмерном пространстве (но искаженном).
Чтобы избежать этого, существует другой способ использования вращения. Если вы сначала генерируете данные в плоскости x-y (может быть любой формы), а затем поворачивайте ее на равную величину ([0 0 1] на ваш вектор), тогда вы получите то, что хотите. Просто запустите ниже код для справки.
point = [1,2,3];
normal = [1,2,2];
t=(0:10:360)';
circle0=[cosd(t) sind(t) zeros(length(t),1)];
r=vrrotvec2mat(vrrotvec([0 0 1],normal));
circle=circle0*r'+repmat(point,length(circle0),1);
patch(circle(:,1),circle(:,2),circle(:,3),.5);
axis square; grid on;
%add line
line=[point;point+normr(normal)]
hold on;plot3(line(:,1),line(:,2),line(:,3),'LineWidth',5)
Получает круг в 3D:
Ответ 5
Более чистый пример Python, который также работает для сложных ситуаций $z, y, z $,
from mpl_toolkits.mplot3d import axes3d
from matplotlib.patches import Circle, PathPatch
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.transforms import Affine2D
from mpl_toolkits.mplot3d import art3d
import numpy as np
def plot_vector(fig, orig, v, color='blue'):
ax = fig.gca(projection='3d')
orig = np.array(orig); v=np.array(v)
ax.quiver(orig[0], orig[1], orig[2], v[0], v[1], v[2],color=color)
ax.set_xlim(0,10);ax.set_ylim(0,10);ax.set_zlim(0,10)
ax = fig.gca(projection='3d')
return fig
def rotation_matrix(d):
sin_angle = np.linalg.norm(d)
if sin_angle == 0:return np.identity(3)
d /= sin_angle
eye = np.eye(3)
ddt = np.outer(d, d)
skew = np.array([[ 0, d[2], -d[1]],
[-d[2], 0, d[0]],
[d[1], -d[0], 0]], dtype=np.float64)
M = ddt + np.sqrt(1 - sin_angle**2) * (eye - ddt) + sin_angle * skew
return M
def pathpatch_2d_to_3d(pathpatch, z, normal):
if type(normal) is str: #Translate strings to normal vectors
index = "xyz".index(normal)
normal = np.roll((1.0,0,0), index)
normal /= np.linalg.norm(normal) #Make sure the vector is normalised
path = pathpatch.get_path() #Get the path and the associated transform
trans = pathpatch.get_patch_transform()
path = trans.transform_path(path) #Apply the transform
pathpatch.__class__ = art3d.PathPatch3D #Change the class
pathpatch._code3d = path.codes #Copy the codes
pathpatch._facecolor3d = pathpatch.get_facecolor #Get the face color
verts = path.vertices #Get the vertices in 2D
d = np.cross(normal, (0, 0, 1)) #Obtain the rotation vector
M = rotation_matrix(d) #Get the rotation matrix
pathpatch._segment3d = np.array([np.dot(M, (x, y, 0)) + (0, 0, z) for x, y in verts])
def pathpatch_translate(pathpatch, delta):
pathpatch._segment3d += delta
def plot_plane(ax, point, normal, size=10, color='y'):
p = Circle((0, 0), size, facecolor = color, alpha = .2)
ax.add_patch(p)
pathpatch_2d_to_3d(p, z=0, normal=normal)
pathpatch_translate(p, (point[0], point[1], point[2]))
o = np.array([5,5,5])
v = np.array([3,3,3])
n = [0.5, 0.5, 0.5]
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')
plot_plane(ax, o, n, size=3)
ax.set_xlim(0,10);ax.set_ylim(0,10);ax.set_zlim(0,10)
plt.show()