Matplotlib：如何在3D空间的XY平面内旋转椭圆？

你说得没错，Ellipse的angle参数是在2D绘图坐标系内绕椭圆中心旋转，当你用pathpatch_2d_to_3d把它映射到3D空间后，这个旋转的效果可能和你期望的“在3D目标平面内的方位角旋转”不一致——因为2D的angle是基于原始XY轴的旋转，而不是3D空间中目标平面的轴。

要实现3D空间内指定平面的椭圆旋转，我们可以通过两种方式处理：

方法1：先对2D椭圆路径做旋转变换，再映射到3D #

如果你的目标是让椭圆在某个3D平面（比如你当前的x=5000平面，平行于YZ平面）内旋转，可以先对2D椭圆的路径应用旋转变换，再转换到3D空间。

修改后的代码示例：

from matplotlib.patches import Ellipse
import matplotlib.pyplot as plt
import mpl_toolkits.mplot3d.art3d as art3d
from matplotlib.transforms import Affine2D

fig = plt.figure(figsize=(10,8))
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

# 创建2D椭圆
p = Ellipse(xy=(6000,7000), width=2000, height=150, edgecolor='b', fc='b', lw=2)

# 定义旋转变换：绕椭圆中心旋转45度（这里的角度是你想要的方位角）
rotation_angle = 45  # 你可以修改这个值
transform = Affine2D().rotate_deg_around(*p.center, rotation_angle) + p.get_transform()
p.set_transform(transform)

# 将2D椭圆映射到3D的x=5000平面
ax.add_patch(p)
art3d.pathpatch_2d_to_3d(p, z=5000, zdir="x")

ax.set_xlim(0, 12500)
ax.set_ylim(0, 12500)
ax.set_zlim(6500, 7600)
plt.show()

方法2：对3D中的patch直接应用空间旋转 #

如果你已经把椭圆映射到3D空间，还可以用art3d提供的旋转函数对其进行3D空间的旋转，比如绕x轴旋转（对应在x=常数的平面内旋转）：

from matplotlib.patches import Ellipse
import matplotlib.pyplot as plt
import mpl_toolkits.mplot3d.art3d as art3d
import numpy as np

fig = plt.figure(figsize=(10,8))
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

p = Ellipse(xy=(6000,7000), width=2000, height=150, edgecolor='b', fc='b', lw=2)
ax.add_patch(p)
art3d.pathpatch_2d_to_3d(p, z=5000, zdir="x")

# 绕x轴旋转45度（弧度制）
rotation_angle = np.deg2rad(45)
art3d.rotate_patch(p, rotation_angle, 'x')

ax.set_xlim(0, 12500)
ax.set_ylim(0, 12500)
ax.set_zlim(6500, 7600)
plt.show()

关键说明： #

• 如果你想让椭圆在XY平面（z固定）内旋转（绕z轴旋转），只需要把zdir设置为"z"，然后用绕z轴的旋转即可：

  # 映射到XY平面（z=5000）
  art3d.pathpatch_2d_to_3d(p, z=5000, zdir="z")
  # 绕z轴旋转45度
  art3d.rotate_patch(p, np.deg2rad(45), 'z')
  

• Ellipse的angle参数是在2D绘图时的旋转，它会改变椭圆自身的长轴方向，但当你把它映射到3D空间后，这个旋转是基于原始2D坐标系的，而不是3D空间的目标平面，所以才会出现“绕轴转动”的不符合预期的效果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Dark Knight