如何修正Matplotlib代码绘制学校常用风格的正交斜轴3D图？

要实现y-z平面平行屏幕（y水平、z垂直）、x轴斜向下的正交投影，不能直接修改现有3D轴的变换矩阵，需要自定义完整的投影类适配Matplotlib的3D渲染流程。以下是可直接运行的修正代码：

完整代码实现 #

import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.projections import ProjectionBase
from matplotlib.transforms import Affine2D
import numpy as np

class SchoolOrthogonalProjection(ProjectionBase):
    name = 'school_ortho'

    def __init__(self, fig, rect):
        super().__init__(fig, rect)
        # 调整skew_deg的第一个参数可改变x轴倾斜角度，30°为学校绘图常用值
        self.proj_transform = Affine2D().skew_deg(30, 0)

    def get_proj(self):
        # 基础正交投影矩阵，确保y-z平面完全贴合屏幕
        ortho_base = np.array([
            [1, 0, 0, 0],
            [0, 1, 0, 0],
            [0, 0, 1, 0],
            [0, 0, 0, 1]
        ])
        # 组合x轴倾斜变换与基础正交投影
        skew_mat = self.proj_transform.get_matrix()
        return np.dot(skew_mat, ortho_base)

    def draw(self, renderer):
        super().draw(renderer)
        # 调整轴标签对齐方式，匹配倾斜的x轴
        self.axis['xaxis'].label.set_rotation(30)
        self.axis['xaxis'].label.set_ha('right')
        self.axis['yaxis'].label.set_ha('center')
        self.axis['zaxis'].label.set_va('center')

# 注册自定义投影
plt.projections.register_projection(SchoolOrthogonalProjection)

# 绘制示例验证效果
fig = plt.figure(figsize=(8, 6))
ax = fig.add_subplot(111, projection='school_ortho')

# 绘制立方体棱边
vertices = np.array([
    [0,0,0], [1,0,0], [1,1,0], [0,1,0],
    [0,0,1], [1,0,1], [1,1,1], [0,1,1]
])
edges = [[0,1],[1,2],[2,3],[3,0],[4,5],[5,6],[6,7],[7,4],[0,4],[1,5],[2,6],[3,7]]
for edge in edges:
    ax.plot3D(*vertices[edge].T, c='black')

# 设置轴标签与范围
ax.set_xlabel('X')
ax.set_ylabel('Y')
ax.set_zlabel('Z')
ax.set_xlim(0, 1.5)
ax.set_ylim(0, 1.5)
ax.set_zlim(0, 1.5)

# 可选：关闭网格，贴合手绘风格
ax.grid(False)

plt.show()

关键修正说明 #

1. 自定义投影类：必须继承ProjectionBase并实现get_proj方法，这是Matplotlib 3D渲染的核心入口，直接修改现有轴的变换矩阵会绕过内部对齐、深度测试等逻辑，导致显示异常。
2. 正交投影保证：基础矩阵ortho_base确保y、z轴完全对应屏幕的水平、垂直方向，无旋转偏移。
3. x轴倾斜控制：skew_deg(30, 0)实现x轴斜向下的效果，第一个参数为倾斜角度，可根据需求调整为20°、45°等。
4. 标签适配：在draw方法中调整x轴标签的旋转角度和对齐方式，避免标签显示错位。

常见问题修复 #

• 若之前尝试直接修改ax.get_proj()返回值，会因为Matplotlib的3D渲染流程未适配而失效，自定义投影类能完整覆盖这些逻辑。
• 如需更精细的x轴缩放比例，可在Affine2D中添加scale变换，比如Affine2D().scale(0.8, 1).skew_deg(30, 0)。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Torben