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Python 建模入门：三棱柱建模
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- 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
在Python中创建和显示一个三棱柱（Prism）的三维模型。
二、源代码
代码如下：
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import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d.art3d import Poly3DCollection
import matplotlib
matplotlib.use('TkAgg')# 定义三棱柱的顶点
vertices = np.array([[0, 0, 0], # 底面顶点1[1, 0, 0], # 底面顶点2[0.5, np.sqrt(3)/2, 0], # 底面顶点3[0, 0, 1], # 顶面顶点1[1, 0, 1], # 顶面顶点2[0.5, np.sqrt(3)/2, 1] # 顶面顶点3
])# 定义三棱柱的面
faces = [[vertices[0], vertices[1], vertices[2]], # 底面[vertices[3], vertices[4], vertices[5]], # 顶面[vertices[0], vertices[1], vertices[4], vertices[3]], # 侧面1[vertices[1], vertices[2], vertices[5], vertices[4]], # 侧面2[vertices[2], vertices[0], vertices[3], vertices[5]] # 侧面3
]# 创建图形和轴
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')# 添加面到图形
for face in faces:poly = Poly3DCollection([face])poly.set_color('cyan')ax.add_collection3d(poly)# 设置轴的界限
ax.set_xlim([0, 1])
ax.set_ylim([0, np.sqrt(3)/2])
ax.set_zlim([0, 1])# 显示图形
plt.show()
三、代码分析
import numpy as np：导入numpy库，这是一个用于科学计算的库，提供了大量的数学函数和操作数组的能力。
import matplotlib.pyplot as plt：导入matplotlib.pyplot模块，它提供了一个类似于MATLAB的绘图框架。
from mpl_toolkits.mplot3d.art3d import Poly3DCollection：从matplotlib的mpl_toolkits.mplot3d.art3d模块中导入Poly3DCollection类，这个类用于在三维空间中创建多边形集合。
import matplotlib：再次导入matplotlib库，这通常用于设置全局参数。
matplotlib.use(‘TkAgg’)：设置matplotlib的后端为TkAgg，这是一个用于创建图形界面的后端。这行代码确保了即使在没有交互式环境（如Jupyter Notebook）的情况下，也能正确显示图形。
#定义三棱柱的顶点：这是注释，说明接下来的代码块定义了三棱柱的顶点。
vertices = np.array([…])：定义了一个numpy数组，包含了三棱柱的六个顶点的坐标。这些顶点分为两组，每组三个，分别代表三棱柱的底面和顶面。
#定义三棱柱的面：这是注释，说明接下来的代码块定义了三棱柱的面。
faces = […]：定义了一个列表，包含了三棱柱的五个面的顶点索引。每个面由四个顶点组成，这些顶点在vertices数组中定义。底面和顶面各由三个顶点组成，而侧面由四个顶点组成（每个侧面由底面的一个顶点、顶面对应的顶点和两个相邻的顶点组成）。
#创建图形和轴：这是注释，说明接下来的代码块用于创建图形和三维坐标轴。
fig = plt.figure()：创建一个新的图形对象。
ax = fig.add_subplot(111, projection=‘3d’)：在图形对象中添加一个子图，使用111表示这个子图占满整个图形，projection='3d’指定这个子图是三维的。
#添加面到图形：这是注释，说明接下来的代码块用于将三棱柱的面添加到三维坐标轴中。
for face in faces:：遍历faces列表中的每个面。
poly = Poly3DCollection([face])：为当前面创建一个Poly3DCollection对象。
poly.set_color(‘cyan’)：设置多边形集合的颜色为青色。
ax.add_collection3d(poly)：将多边形集合添加到三维坐标轴中。
#设置轴的界限：这是注释，说明接下来的代码块用于设置坐标轴的显示范围。
ax.set_xlim([0, 1])：设置x轴的显示范围从0到1。
ax.set_ylim([0, np.sqrt(3)/2])：设置y轴的显示范围从0到三棱柱底面高度的一半（考虑到三棱柱是等边三角形底面）。
ax.set_zlim([0, 1])：设置z轴的显示范围从0到1。
#显示图形：这是注释，说明接下来的代码块用于显示图形。
plt.show()：显示图形窗口。
四、效果展示
总结
整体来看，这段代码创建了一个三棱柱模型，并将其显示在一个三维空间中。每个面都是一个多边形，由三棱柱的顶点定义。侧面是四边形，而底面和顶面是三角形。
