PythonとMatplotlibで3Dカラーサーフェス（着色曲面）を描画する方法

Pythonを使って3Dのカラーサーフェス（着色された曲面）を取得するには、Matplotlibのplot_surface()メソッドを利用します。以下の手順に従うことで、簡単に美しい3D曲面グラフを作成できます。

手順

• 図のサイズを設定し、サブプロット間および周囲の余白（パディング）を調整します。
• NumPyを使用してx・yのデータポイントを作成します。
• メッシュグリッドを生成し、z値（3Dデータ）を計算します。
• 新しい図を作成するか、既存の図をアクティブにします。
• 3D投影の axes を取得します。
• plot_surface() でサーフェスプロットを作成します。カラーマップを指定すると、z値に応じた色分けが可能です。
• show() メソッドで図を表示します。

サンプルコード

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.50, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True

x = np.linspace(-3, 3, 100)
y = np.cos(x)

x, y = np.meshgrid(x, y)

z = x ** 2 + y ** 2 - 2

fig = plt.figure()

ax = plt.axes(projection='3d')

surf = ax.plot_surface(x, y, z,
cmap=plt.get_cmap('hot'),
edgecolor='none')

plt.show()

実行結果

上記のコードを実行すると、hot カラーマップによって赤〜黄色にグラデーション表示された3D曲面が出力されます。z値が大きいほど明るい色で表現され、曲面の高低が直感的に把握できます。

ポイント解説

• np.meshgrid(): 1次元のx・y配列から2次元の格子座標を生成し、曲面全体をカバーできるようにします。
• cmap引数: 'hot' のほかにも 'viridis' や 'coolwarm' など、さまざまなカラーマップを指定できます。
• edgecolor: 'none' を指定すると面の境界線が非表示になり、滑らかな見た目になります。