如何使用Matplotlib 3D实现环面绕Oz轴的旋转动画

• 你当前的代码没有实现旋转的核心原因是update函数中每次生成的环面坐标完全相同，没有应用绕Oz轴的旋转变换，自然不会产生旋转效果
• 额外的小问题：代码缺少numpy导入语句，直接运行会抛出名称错误

绕Oz轴的二维旋转变换公式如下，θ为当前帧的旋转角度：

x_new = x * cosθ - y * sinθ
y_new = x * sinθ + y * cosθ
z_new = z
在动画帧更新时，随帧序号递增修改θ值，再代入上述公式计算新的环面坐标即可实现自旋效果。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation

t = np.linspace(0, 2 * np.pi, 50)
th, ph = np.meshgrid(t, t)
r = 0.4
# 预计算初始环面坐标，后续只做旋转变换不用重复生成
x_ori, y_ori, z_ori = 1.5*r * np.sin(ph), (2 + r * np.cos(ph)) * np.sin(th), (2 + r * np.cos(ph)) * np.cos(th)
z_ori += 2 # 提前加z轴偏移

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(projection='3d')
plot = [ax.plot_surface(x_ori, y_ori, z_ori, rstride=2, cstride=1, color='green', alpha=.5)]

ax.set(xlim=[-4, 4], ylim=[-4, 4], zlim=[0, 4])
# 静态蓝色小球部分不用修改
u = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)
v = np.linspace(0, np.pi, 100)
a = 0.5 * np.outer(np.cos(u), np.sin(v))
b = 0.5 * np.outer(np.sin(u), np.sin(v))
c = 0.4 * np.outer(np.ones(np.size(u)), np.cos(v))
ax.plot_surface(a, b, c+4, rstride=4, cstride=4, color='b', linewidth=0)

ax.view_init(elev=60, azim=0)

def update(num):
    plot[0].remove()
    # 计算当前帧旋转角度，100帧转一圈
    theta = num * 2 * np.pi / 100
    cos_theta = np.cos(theta)
    sin_theta = np.sin(theta)
    # 应用绕Oz轴旋转变换
    x_new = x_ori * cos_theta - y_ori * sin_theta
    y_new = x_ori * sin_theta + y_ori * cos_theta
    z_new = z_ori
    plot[0] = ax.plot_surface(x_new, y_new, z_new, rstride=2, cstride=1, color='green', alpha=.5)

ani = animation.FuncAnimation(fig, update, frames=100, interval=40)
plt.show()

• 新增了numpy导入，修复运行报错问题
• 预计算初始环面坐标，避免每帧重复生成冗余计算
• 在update函数中根据帧序号计算旋转角度，应用z轴旋转矩阵得到新的坐标，实现自旋效果
• 把视角初始化统一放到view_init中，避免分散设置的混乱

内容的提问来源于stack exchange，提问作者tyt