Matplotlibで透視投影と正投影の違いを可視化する方法

Matplotlibでは、3Dグラフの投影方式として「透視投影」と「正投影」を選択できます。両者を左右に並べて描画することで、その見た目の違いを直感的に把握できます。

透視投影と正投影の違い

• 透視投影：人間の目やカメラと同じように、遠くにある部分ほど小さく描画されます。奥行き感のある自然な立体表現が得られます。
• 正投影：平行投影とも呼ばれ、距離に関係なくすべての部分が同じスケールで描画されます。技術図面のような正確な形状比較に適しています。

実装の手順

1. 図のサイズを設定し、サブプロット間および周囲の余白を調整します。
2. plt.figure()で新しい図を作成します。
3. fig.add_subplot()でサブプロットとしてAxesを追加します。
4. 左側のax1にはset_proj_type('persp')で透視投影を設定し、タイトルを付けます。
5. 右側のax2にはset_proj_type('ortho')で正投影を設定し、タイトルを付けます。
6. plt.show()メソッドで図を表示します。

サンプルコード

import matplotlib.pyplot as plt

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

fig = plt.figure()

# 左側：透視投影
ax1 = fig.add_subplot(1, 2, 1, projection='3d')
ax1.set_proj_type('persp')
ax1.set_title('Perspective')

# 右側：正投影
ax2 = fig.add_subplot(1, 2, 2, projection='3d')
ax2.set_proj_type('ortho')
ax2.set_title('Orthographic')

plt.show()

出力結果

ポイント解説

set_proj_type()メソッドの引数には、透視投影なら'persp'、正投影なら'ortho'を指定します。3Dプロットのデフォルトは透視投影です。なお、透視投影の場合はfocal_length引数で焦点距離を調整でき、値を大きくすると正投影に近い見た目になります。データの全体構造を直感的に見せたい場合は透視投影、座標値を正確に読み取りたい場合は正投影を選ぶとよいでしょう。