[matplotlib] 127. 3D空間でポリゴン（多角形）を生成・表示する方法

はじめに

3Dデータの可視化は、科学研究、エンジニアリング、デザインなど様々な分野で重要な役割を果たしています。PythonのライブラリMatplotlibを使用すると、3D空間でポリゴン（多角形）を生成・表示することができます。この記事では、3Dポリゴンの基本的な生成方法から応用例まで紹介します。

Matplotlibのmplot3dツールキットを使うことで、3D空間に多角形を描画できます。基本的な手順は以下の通りです：

このコードは、Matplotlibを使用して3D空間に八角形ポリゴンを描画するものです。主要部分の解説は以下の通りです：

ライブラリのインポート: matplotlib、numpy、3D描画用のツールキットをインポートしています。
描画領域の設定: 3D投影を持つサブプロットを作成しています。
八角形の頂点計算:
- 半径1の円周上に8点を等間隔で配置。
- numpy.linspace関数で0から2πまでの角度を8等分し、各頂点のx,y座標を計算。
ポリゴンの描画:
- 頂点をリスト化して3Dポリゴンコレクションを作成。
- 透明度(alpha=0.8)とサーモン色を設定。
表示設定: 軸の範囲設定、ラベル付け、アスペクト比の設定を行い、最終的にプロットを表示。

上記の基本例を拡張して、複数の六角形を異なるz座標に積み重ねることができます。これにより、より複雑な3D構造を表現できます。

描画環境のセットアップ：fig = plt.figure()でプロット領域を作成し、ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')で3D表示用のサブプロットを設定しています。
多層ポリゴンの定義：z_values = [0, 0.5, 1]で3つの異なる高さ（Z座標）を定義し、それぞれの高さに8角形を配置するようにしています。
色の設定：colors = ['red', 'green', 'blue']で各層のポリゴンに対して異なる色を割り当てています。
ポリゴンの生成と表示：forループを使って、各高さごとに8角形のポリゴンを生成しています。
- verts = [list(zip(x, y, [z]*8))]で頂点の座標リストを作成。
- poly = Poly3DCollection(verts, alpha=.5)で透明度0.5のポリゴンオブジェクトを作成。
- 最初にset_color('salmon')を実行していますが、その後set_color(colors[i])で各層に異なる色（赤、緑、青）を割り当て直しています。
表示設定：軸の比率、範囲、ラベルを設定して、最終的にplt.show()でプロットを表示しています。