Matplotlibで等高線の投影付き3Dサーフェスプロット（plot_surface）を描画する方法

Matplotlibで3Dのplot_surface()によるサーフェスプロットに等高線プロットの投影を組み合わせて描画するには、plot_surface()メソッドとcontourf()メソッドを使用します。

手順

• 図のサイズを設定し、サブプロット間およびその周囲のパディング（余白）を調整します。

• numpyを使用して x、y、X、Y、Z のデータポイントを作成します。

• figure() メソッドで新しい図を作成するか、既存の図をアクティブにします。

• サブプロット構成の一部として、3D投影を指定した ~.axes.Axes を図に追加します。

• plot_surface() メソッドを使用してサーフェスプロットを作成します。

• contourf() メソッドを使用して、塗りつぶし等高線プロットを作成します。

• 軸を非表示にします。

• 図を表示するには、show() メソッドを使用します。

サンプルコード

import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt

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

x = np.arange(-5, 5, 0.1)
y = np.arange(-5, 5, 0.1)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = X * np.exp(-X - Y)

fig = plt.figure()

ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
surf = ax.plot_surface(X, Y, Z, rstride=8, cstride=8, alpha=1, cmap="copper")
ax.contourf(X, Y, Z, zdir='z', offset=np.min(Z), cmap="plasma")
ax.contourf(X, Y, Z, zdir='x', offset=-5, cmap="PiYG_r")
ax.contourf(X, Y, Z, zdir='y', offset=5, cmap="PuBuGn")

ax.axis('off')
plt.show()

出力結果

解説のポイント

このコードでは、np.meshgrid()で生成したグリッドデータに対して Z = X * np.exp(-X - Y) という関数を適用し、3D空間上の曲面を作成しています。plot_surface() の引数 rstride と cstride は行・列方向の描画間隔を指定し、値を大きくすると曲面が粗く描かれます。

contourf() の zdir 引数で等高線を投影する平面の方向（'z'、'x'、'y'）を指定し、offset 引数でその平面の位置を決定します。これにより、Z軸方向の底面だけでなく、X・Y軸側面にも等高線を投影でき、3Dデータの分布を多角的に把握できます。各投影面ごとに異なるカラーマップ（cmap）を指定することで、視認性がさらに向上します。