Matplotlibで3D連続線をプロットする方法

Matplotlibを使って3次元空間に連続的な線（3Dライン）を描画する方法を解説します。基本的な手順は以下の通りです。

3Dプロットの手順

• 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 と y のデータポイントを作成します。
• xとyのデータポイントから z のデータポイントを計算して作成します。
• figure() メソッドを使って、新しい図を作成するか既存の図をアクティブにします。
• add_subplot() メソッドに3D投影（projection='3d'）を指定して、Axesを追加します。
• plot() メソッドを使って、x、y、zのデータポイントをプロットします。
• show() メソッドを呼び出して、図を表示します。

コード例

import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt

# 図のサイズとレイアウトの自動調整を設定
plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.50, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True

# x と y のデータポイントを作成
x = np.linspace(-4 * np.pi, 4 * np.pi, 50)
y = np.linspace(-4 * np.pi, 4 * np.pi, 50)

# x と y から z のデータポイントを計算
z = x ** 2 + y ** 2

# 新しい図を作成し、3D投影のAxesを追加
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

# 3D連続線をプロット
ax.plot(x, y, z)

plt.show()

実行結果

このコードを実行すると、x-y平面上の放物線状の軌跡に沿って、z = x² + y² の値が変化する3次元の連続曲線が表示されます。螺旋や波状の曲線など、他の数式を使えばさまざまな3Dラインを簡単に描画できます。

補足：より見やすい3Dプロットにするには

デフォルトの状態でも十分表示できますが、以下のような工夫で可読性を高められます。

• ax.set_xlabel() / set_ylabel() / set_zlabel()：各軸にラベルを追加し、どの軸が何を表すか明確にします。
• ax.plot(x, y, z, color='red', linewidth=2)：線の色や太さを指定して視認性を向上させます。
• ax.view_init(elev=30, azim=45)：視点の角度を調整し、曲線の形状が分かりやすい角度から表示します。