如何在 Matplotlib 中旋转 3D 箭袋中的箭头？

Question

我正在尝试使用 Python 和 Matplotlib 复制以下绘图。

然而，我能做出的最好的结果如下：

这里的主要问题是箭头不在平面内，即使我总体上对情节的质量不满意。我已经搜索了在 3D 绘图中使用 2D箭袋的解决方案，但我还没有找到有关如何执行此操作的任何有用信息。还有其他方法可以实现平面内箭头吗？

import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from matplotlib import cm

params = {
   'font.family' : 'serif',
   'mathtext.fontset': 'stix',
   'axes.labelsize': 13,
   'legend.fontsize': 8,
   'xtick.labelsize': 13,
   'ytick.labelsize': 13,
   'text.usetex': True,
   'figure.figsize': [10, 5]
   }


plt.rcParams.update(params)

plt.close('all')


x_ax = np.linspace(-10, 10, 24)
y_ax = np.linspace(-10, 10, 24)

x, y = np.meshgrid(x_ax, y_ax, indexing='ij')

r = np.sqrt(x**2 + y**2)

j_x = -y/r*(- np.exp(-np.abs(r)) + np.exp(-np.abs(r)/2) )*2
j_y = +x/r*(- np.exp(-np.abs(r)) + np.exp(-np.abs(r)/2) )*2

#c = np.arctan2(x, -y)
c = np.sqrt(j_x**2 + j_y**2)
c = (c.ravel() - c.min()) / c.ptp()
c = np.concatenate((c, np.repeat(c, 2)))
c = cm.jet(c)
#c = plt.cm.hsv(c)

fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')

ax.quiver(x, y, 0, j_x, j_y, 0, colors=c, length=1.2, pivot='middle')


t = np.linspace(-10, 10, 200)

psi = 1 - np.exp(-np.abs(t))
b = np.exp(-t**2)
j_abs = np.abs(t)*np.exp(-t**2)*2
#j_abs = (- np.exp(-np.abs(t)) + np.exp(-np.abs(t)/2) )*2

ax.plot(t, psi, zs=0, zdir='y', label=r"$|\psi|$")
ax.plot(t, b, zs=0, zdir='y', label=r"$|\vec B|$")
ax.plot(t, j_abs, zs=0, zdir='y', label=r"$|\vec j|$")

ax.legend()

ax.set_proj_type('ortho')
ax.set_axis_off()

ax.set_zlim([-0.2, 1.4])
ax.view_init(elev=45, azim=90)
ax.dist=5
fig.savefig("vortex.pdf", bbox_inches="tight")

Answer 1

也许 mplot3d 在这里不是正确的工具，因为这不是真正的 3 维绘图​​，而只是两个 2 维绘图的组合。考虑这种方法：

1. 以二维方式绘制底部平面的箭头，就像从中心上方看去一样，并将绘图保存为方形图像。
2. 创建另一个图像作为第一个图像的投影，从所需的角度查看。例如来自warpPerspective()OpenCV。
3. 制作一个包含三个线图的新图，插入 2. 中的图像plt.imshow()。

我想上面的原始情节大致就是这样制作的。它将处理诸如箭头位于平面中以及前景中的箭头大于背景中的箭头等效果。