Matplotlib 3Dプロット - パラメトリックカーブを特定の視点からラップアラウンドする

Question

小惑星/彗星/隕石軌道を視覚化するためのPythonスクリプト（GitHub LINK）を書いています。スクリプトはまた、惑星とその軌道の位置をプロットします。

小さな半長軸（すなわち、「より小さい」軌道）の軌道に対してはうまく動作します。しかし、私が（例えば、ハレー型の彗星の）海王星を越える軌道を持ち、特定の視点から見ると、（より良い言葉の欠如のために）奇妙な「回り込み」があります。

私が何を意味するかをお見せしましょう：

画像編集：http://i.imgur.com/onSZG8s.png

1. この画像は、それが破壊されない視点からのプロットを示しています。

2. 同じプロットを少し右に回転させると、あたかも軌道が半分に折り畳まれ、その方向が逆転しているようです！

3. 大きな距離からプロットを見ると、そのようにプロットされていることがわかります。

ここでは、問題を再現できるコードの最小限のバージョンを示します。 「ラップアラウンド」は、カメラの視点が大回りの軌道とほぼ平行である場合にのみ発生します。

from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D 
import numpy as np 
import matplotlib.pyplot as plt 

def orbitalElements2Cartesian(a, e, I, peri, node, E): 
    """ Convert orbital elements to Cartesian coordinates in the Solar System. 

    Args: 
     a (float): semi-major axis (AU) 
     e (float): eccentricity 
     I (float): inclination (degrees) 
     peri (float): longitude of perihelion (degrees) 
     node (float): longitude of ascending node (degrees) 
     E (float): eccentric anomaly (radians) 

    """ 

    # The source of equations used: 
    # http://farside.ph.utexas.edu/teaching/celestial/Celestialhtml/node34.html 

    # Check if the orbit is parabolic or hyperbolic 
    if e >=1: 
     e = 0.99999999 

    # Convert degrees to radians 
    I, peri, node = map(np.radians, [I, peri, node]) 

    # True anomaly 
    theta = 2*np.arctan(np.sqrt((1.0 + e)/(1.0 - e))*np.tan(E/2.0)) 

    # Distance from the Sun to the poin on orbit 
    r = a*(1.0 - e*np.cos(E)) 

    # Cartesian coordinates 
    x = r*(np.cos(node)*np.cos(peri + theta) - np.sin(node)*np.sin(peri + theta)*np.cos(I)) 
    y = r*(np.sin(node)*np.cos(peri + theta) + np.cos(node)*np.sin(peri + theta)*np.cos(I)) 
    z = r*np.sin(peri + theta)*np.sin(I) 

    return x, y, z 


if __name__ == '__main__': 

    # Example orbital elements 
    # a, e, incl, peri, node 
    orb_elements = np.array([ 
     [2.363, 0.515, 4.0, 205.0, 346.1], 
     [0.989, 0.089, 3.1, 55.6, 21.2], 
     [0.898, 0.460, 1.3, 77.1, 331.2], 
     [104.585332285, 0.994914, 89.3950, 130.8767, 282.4633] 
     ]) 

    # Setup the plot 
    fig = plt.figure() 
    ax = fig.gca(projection='3d') 


    # Eccentric anomaly (full range) 
    E = np.linspace(-np.pi, np.pi, 100) 

    # Plot the given orbits 
    for i, orbit in enumerate(orb_elements): 
     a, e, I, peri, node = orbit 

     # Take extra steps in E if the orbit is very large 
     if a > 50: 
      E = np.linspace(-np.pi, np.pi, (a/20.0)*100) 

     # Get the orbit in the cartesian space 
     x, y, z = orbitalElements2Cartesian(a, e, I, peri, node, E) 

     # Plot orbits 
     ax.plot(x, y, z, c='#32CD32') 

    # Add limits (in AU) 
    ax.set_xlim3d(-5,5) 
    ax.set_ylim3d(-5,5) 
    ax.set_zlim3d(-5,5) 

    plt.tight_layout() 
    plt.show() 

私は少し馬鹿馬鹿しくて、適切な解決策を見つけることができません。私はいくつかの助けに非常に感謝します！

Answer 1

matplotlibは、私の経験では複雑な3Dプロットにはあまり適していません（私は軸外の値で同様の奇妙な動作をしています）。 mayaviような何かそれは3Dプロットのために設計されていますよう検討する価値がある可能性が...

可能な回避策は、基本的にはちょうどあなたに必要な軸のnp.NaNに軸の値のうち、設定し、このblogに与えられています。あなたの例に以下を追加した場合、

for r in [x,y,z]: 
    for i in np.arange(len(r)): 
     if r[i] < -5: 
      x[i] = np.NaN 
      y[i] = np.NaN 
      z[i] = np.NaN 
     elif r[i] > 5: 
      x[i] = np.NaN 
      y[i] = np.NaN 
      z[i] = np.NaN 
     else: 
      pass 

ラップアラウンドが削除されます。

Answer 2

私も同様の問題があり、ユーザーフレンドリーなものを作りたいと思っていました。私はこのライブラリのすべての関数をjavascriptに移動し、Three.jsでWebGLインターフェイスを作成しました。ここで必要なことを行えるようになりました。また、時間関数を使ってアニメーションを持つ小惑星/彗星の位置をプロットします。それを使用するにはウェブブラウザが必要です。確認してください:)

http://rankinstudio.com/asteroids/asteroids.html