用python画动态三维轨迹_Python学习(一) —— matplotlib绘制三维轨迹图

在研究SLAM时常常需要对其输出的位姿进行复现以检测算法效果,在ubuntu系统中使用Python可以很好的完成相关的工作。

一. Ubuntu下Python的使用

在Ubuntu下使用Python有两种方法,一种是直接在控制台中运行Python文件,一种是下载IDE编辑并运行Python文件。

在控制台中使用Python方法如下:

首先确认有Python文件(filename.py),然后打开控制台进入文件当前目录,并输入以下内容就可以运行了。

python file_name.py

虽然控制台可以运行Python,不过由于不能调试等问题仍然比较推荐使用IDE。

官网中提供professional和community两种版本,因为community版本免费大家可以直接下载使用。下载好后直接放到安装目录中解压,然后跟着解压后的说明文件执行安装命令即可安装成功(部分电脑由于配置原因可能会报错,网上有很多讲解配置环境安装博客,大家可以参考)。安装成功后,PyCharm界面如下图。

用python画动态三维轨迹_Python学习(一) —— matplotlib绘制三维轨迹图_第1张图片

二. matplotlib绘制三维轨迹

Matplotlib是Python的一个绘图库,想面将讲解如何使用这个库来绘制三维线段,以此检测SLAM算法的输出结果(电脑配置Python 2.7)。

2.1. 绘制基本三维曲线

首先给出完整代码,以及输出结果。

# import necessary module

from mpl_toolkits.mplot3d import axes3d

import matplotlib.pyplot as plt

import numpy as np

# load data from file

# you can replace this using with open

data1 = np.loadtxt("./stereo/CameraTrajectoryNew2000.txt")

first_2000 = data1[:, 3]

second_2000 = data1[:, 7]

third_2000 = data1[:, 11]

# print to check data

print first_2000

print second_2000

print third_2000

# new a figure and set it into 3d

fig = plt.figure()

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

# set figure information

ax.set_title("3D_Curve")

ax.set_xlabel("x")

ax.set_ylabel("y")

ax.set_zlabel("z")

# draw the figure, the color is r = read

figure = ax.plot(first_2000, second_2000, third_2000, c='r')

plt.show()

用python画动态三维轨迹_Python学习(一) —— matplotlib绘制三维轨迹图_第2张图片

这段代码非常简单,而且相关的注释也很完善,因此只简要说明几个需要注意的地方。第一个需要注意的是读取文件中数据比较推荐用with open 然后逐行读取;第二点是在新建图像时一定别忘了添加这段代码,这是输出图像设定为3D的关键。

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

2.2. 同一张图中绘制多个三维曲线

代码和输出结果如下:

# import necessary module

from mpl_toolkits.mplot3d import axes3d

import matplotlib.pyplot as plt

import numpy as np

# load data from file

# you replace this using with open

data1 = np.loadtxt("./stereo/CameraTrajectoryNew2000.txt")

first_2000 = data1[:, 3]

second_2000 = data1[:, 7]

third_2000 = data1[:, 11]

data2 = np.loadtxt("./stereo/CameraTrajectoryNew1500.txt")

first_1000 = data2[:, 3]

second_1000 = data2[:, 7]

third_1000 = data2[:, 11]

# new a figure and set it into 3d

fig = plt.figure()

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

# set figure information

ax.set_title("3D_Curve")

ax.set_xlabel("x")

ax.set_ylabel("y")

ax.set_zlabel("z")

# draw the figure, the color is r = read

figure1 = ax.plot(first_2000, second_2000, third_2000, c='r')

figure2 = ax.plot(first_1000, second_1000, third_1000, c='b')

plt.show()

用python画动态三维轨迹_Python学习(一) —— matplotlib绘制三维轨迹图_第3张图片

实现这个功能只需要在之前代码中加入读取新数据的相关代码,以及在画图时多生成一个图即可,也是非常的简单。

2.3. 将区域划分后绘制三维图像

代码和输出结果如下:

# import necessary module

from mpl_toolkits.mplot3d import axes3d

import matplotlib.pyplot as plt

import numpy as np

# load data from file

# you replace this using with open

data1 = np.loadtxt("./stereo/CameraTrajectoryNew2000.txt")

first_2000 = data1[:, 3]

second_2000 = data1[:, 7]

third_2000 = data1[:, 11]

data2 = np.loadtxt("./stereo/CameraTrajectoryNew1500.txt")

first_1500 = data2[:, 3]

second_1500 = data2[:, 7]

third_1500 = data2[:, 11]

# new a figure and set it into 3d

fig = plt.figure()

# ############ first subplot ############

ax = fig.add_subplot(2, 2, 1, projection='3d')

ax.set_title("3D_Curve1")

ax.set_xlabel("x")

ax.set_ylabel("y")

ax.set_zlabel("z")

# draw the figure, the color is r = read

figure1 = ax.plot(first_2000, second_2000, third_2000, c='r')

figure2 = ax.plot(first_1500, second_1500, third_1500, c='b')

# ############ second subplot ############

ax = fig.add_subplot(2, 2, 2, projection='3d')

# set figure information

ax.set_title("3D_Curve2")

ax.set_xlabel("x")

ax.set_ylabel("y")

ax.set_zlabel("z")

# draw the figure, the color is r = read

figure1 = ax.plot(first_2000, second_2000, third_2000, c='r')

figure2 = ax.plot(first_1500, second_1500, third_1500, c='b')

# ############ third subplot ############

ax = fig.add_subplot(2, 2, 3, projection='3d')

# set figure information

ax.set_title("3D_Curve3")

ax.set_xlabel("x")

ax.set_ylabel("y")

ax.set_zlabel("z")

# draw the figure, the color is r = read

figure1 = ax.plot(first_2000, second_2000, third_2000, c='r')

figure2 = ax.plot(first_1500, second_1500, third_1500, c='b')

# ############ fourth subplot ############

ax = fig.add_subplot(2, 2, 4, projection='3d')

# set figure information

ax.set_title("3D_Curve4")

ax.set_xlabel("x")

ax.set_ylabel("y")

ax.set_zlabel("z")

# draw the figure, the color is r = read

figure1 = ax.plot(first_2000, second_2000, third_2000, c='r')

figure2 = ax.plot(first_1500, second_1500, third_1500, c='b')

plt.show()

用python画动态三维轨迹_Python学习(一) —— matplotlib绘制三维轨迹图_第4张图片

主要需要解释下面这行代码:

ax = fig.add_subplot(2, 2, 1, projection='3d')

这行代码主要是说,将当前空间拆分建立新的子图,子图个数为四,按照2x2矩阵排列方式进行,当前子图为四个子图中的第一个,且为3D模式。

以上就是就是如何使用matplotlib绘制三位曲线。总的来说比较简单,没有什么难度,Python的确是一个非常好用的编程语言。更多关于matplotlib的使用方法大家可以参考他们的官方网站,里面有相关的tutorial以及examples。

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