【Python绘图】如何用Python绘制炫酷的立体地形图

clarmy

众所周知，Python的matplotlib是一个非常全面的制图库，它不仅可以绘制图表、地图，还可以绘制3D效果图，试想一下，如果你在写论文的时候，可以将立体地形图作为底图，那逼格噌一下子就上来了，今天我就来教大家画一个带有地理坐标属性的立体地形图，啥也不说，咱先上效果图：

                               
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上面这张图是展示了基于matplotlib+cartopy的山地阴影图在不同光影参数下的变化效果。这个变化效果有利于我们理解matplotlib对该效果的设计理念。

在我讲解之前，我推荐大家读一下matplotlib官方文档库里的这一篇文章：Topographic hillshading，该文章已经介绍了如何单独基于matplotlib绘制山地阴影图，并给出了不同渲染参数下的渲染效果图。我当初对山地立体图的学习就是从这篇文章开始的。

本教程代码所需依赖：

1. matplotlib
   
2. cartopy>=0.19.0
   
3. cnmaps
   
4. netCDF4
   
5. numpy

复制代码

本教程使用的DEM数据：和鲸社区数据集: CHINA_DEM

另外如果想要了解cnmaps这个包的请移步文章：如何用Python优雅地绘制中国的地图

神说：要有光

光，是三维世界最重要的东西，要绘制山地立体图，首先需要理解matplotlib中的LightSource对象，顾名思义，这个对象就是“光源”，与3D 建模里的光源是同一个东西，它的调用方法是：

1. from matplotlib.colors import LightSource
   
2. ls = LightSource(azdeg=360, altdeg=30)

复制代码

其中azdeg是方位角，altdeg是高度角，这两个参数可以确定一个光源的投射方向，进而可以知道被光源投射的物体，哪一部分应该是光，哪一部分应该是影，而光影便是实现地形立体效果的金钥匙。

在我们创建了光源以后，就需要基于该光源对地形数据生成光影对象，通常情况下，对于山地阴影，我们有两个方法可以选择，一个是hillshade，另一个是shade，其中hillshade返回的是以0-1的数字代表的光影明暗特征，你可以把它理解为一个灰度图，而shade返回的是一个RGBA数组，也就是彩图，下面我们使用shade来看一个实际的例子：

1. import netCDF4 as nc
   
2. import numpy as np
   
3. import matplotlib.pyplot as plt
   
4. import cartopy.crs as ccrs
   
5. from matplotlib.colors import LightSource
   
6. from cnmaps import get_map, draw_map
   
7. 
   
8. ds = nc.Dataset('./data/cldasgrid_dem.nc')
   
9. 
   
10. _lon = ds.variables['LON'][:]
    
11. _lat = ds.variables['LAT'][:]
    
12. _dem = ds.variables['elevation'][:]
    
13. 
    
14. lon = _lon[4032: 4662]
    
15. lat = _lat[1635: 2134]
    
16. 
    
17. dem = _dem[1635: 2134, 4032: 4662]
    
18. 
    
19. ls = LightSource(azdeg=360, altdeg=30)
    
20. 
    
21. rgb = ls.shade(dem[::-1], cmap=plt.cm.gist_earth, blend_mode='overlay',
    
22.                vert_exag=0.5, dx=10, dy=10, fraction=1.5, vmin=-2300)
    
23. 
    
24. fig = plt.figure(figsize=(8, 8))
    
25. ax = fig.add_subplot(111, projection=ccrs.PlateCarree())
    
26. 
    
27. img = ax.imshow(rgb, extent=(lon.min(),lon.max(),lat.min(),lat.max()), transform=ccrs.PlateCarree())
    
28. 
    
29. draw_map(get_map('河南'), color='w', linewidth=2)
    
30. 
    
31. ax.set_extent(get_map('河南').get_extent(buffer=0))
    
32. 
    
33. plt.show()

复制代码

                               
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这样，我们的第一张立体地形图就出来了，是不是很炫酷？此外，如果你调整azdeg和altdeg的值，阴影的方位就会随之改变，就像文章开头那张动图一样，它就是通过修改azdeg的值以达到光线旋转照射的效果的。

由于帖子有字数限制，阅读全文请移步：如何用Python绘制炫酷的立体地形图

气象小白01

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蒙同学_/╱°.

膜拜呀！漂亮！{:eb502:}{:eb502:}

飘散的梦

牛！！！！！

phys

楼主请教一下，LON，LAT，DEM的范围是怎么确定的？换个区域怎么画?

ゼヅ欢チニ

刘哔，强强强

独孤酒见

太牛逼了，谢谢楼主分享。

muggle

mark一下                             

clarmy

phys 发表于 2022-3-8 21:10
楼主请教一下，LON，LAT，DEM的范围是怎么确定的？换个区域怎么画?

范围是读取nc文件的时候根据索引手动选择的

lxy287131416

牛啊牛啊，最近刚好在用地形nc画图