pyvista

PyVista - 3D 可视化

快速参考

import pyvista as pv

mesh = pv.read('model.vtk')
plotter = pv.Plotter()
plotter.add_mesh(mesh, scalars='property', cmap='viridis')
plotter.show()

关键类

类	用途
pv.Plotter	主可视化窗口
pv.PolyData	表面网格、点云
pv.StructuredGrid	规则 3D 网格
pv.UnstructuredGrid	非规则网格
pv.ImageData	3D 体素数据（地震数据）

基本操作

加载并显示网格

mesh = pv.read('model.vtk')
plotter = pv.Plotter()
plotter.add_mesh(mesh, scalars='lithology', cmap='Set1')
plotter.show()

创建结构化网格（表面）

x, y = np.meshgrid(np.arange(-10, 10, 0.5), np.arange(-10, 10, 0.5))
z = np.sin(np.sqrt(x**2 + y**2))
grid = pv.StructuredGrid(x, y, z)
pv.Plotter().add_mesh(grid, scalars=z.ravel(), cmap='terrain').show()

可视化点云

cloud = pv.PolyData(np.random.rand(1000, 3) * 100)
cloud['depth'] = cloud.points[:, 2]
pv.Plotter().add_mesh(cloud, scalars='depth', point_size=5,
                      render_points_as_spheres=True).show()

体渲染（地震数据）

grid = pv.ImageData(dimensions=(nx+1, ny+1, nz+1), spacing=(25, 25, 10))
grid.cell_data['amplitude'] = data.ravel(order='F')
pv.Plotter().add_volume(grid, cmap='seismic', opacity='sigmoid').show()

对体数据进行切片

volume = pv.read('seismic.vti')
slice_x = volume.slice(normal='x', origin=volume.center)
pv.Plotter().add_mesh(slice_x, cmap='seismic').show()

可视化井轨迹

points = np.column_stack([x, y, z])  # Well trajectory
tube = pv.Spline(points, 500).tube(radius=5)
pv.Plotter().add_mesh(tube, color='brown', label='Well').add_legend().show()

合并多个表面

plotter = pv.Plotter()
plotter.add_mesh(horizon1, color='gold', opacity=0.7, label='Top')
plotter.add_mesh(horizon2, color='blue', opacity=0.7, label='Base')
plotter.add_mesh(fault, color='red', opacity=0.5, label='Fault')
plotter.add_legend().show()

导出用于出版

plotter = pv.Plotter(off_screen=True)
plotter.add_mesh(mesh, cmap='terrain')
plotter.screenshot('figure.png', scale=3)   # High-res image
plotter.export_html('model.html')           # Interactive HTML

颜色映射

映射	用例
terrain	地形、海拔
seismic	地震振幅（发散）
viridis	通用科学用途
Set1, Set2	分类数据（岩性）

支持的格式

.vtk、.vtu、.vti、.vtp、.stl、.obj、.ply（读写）

适用场景与替代方案

工具	最适用于	局限性
pyvista	Python 风格的 3D 可视化、VTK 封装、网格操作、脚本编写	需要显示器或离屏后端
Mayavi	科学 3D 可视化、体渲染	依赖较重，开发活跃度较低
ParaView	通过交互式 GUI 探索大型 3D 数据集	侧重 GUI，脚本功能次要
matplotlib 3D	简单的 3D 散点图/曲面图	交互性有限，并非真正的 3D 引擎

在以下情况下使用 pyvista：需要以编程方式可视化地质模型、网格或点云，并利用 VTK 的强大功能和 Python 风格的 API。

在以下情况下考虑替代方案：需要通过完整 GUI 探索大型模型（使用 ParaView）、进行传统科学可视化（使用 Mayavi），或只需要简单的 3D 散点图（使用 matplotlib 3D）。

常见工作流

可视化包含多个表面的 3D 地质模型

• 使用 pv.read() 加载每个表面/层位的网格文件
• 使用 pv.Plotter() 创建绘图器（脚本中使用 off_screen=True）
• 使用 plotter.add_mesh() 添加各个表面，并设置不同的颜色/不透明度
• 使用 pv.Spline().tube() 将井轨迹添加为管状体
• 使用 plotter.add_axes() 和 plotter.add_legend() 添加坐标轴和图例
• 设置相机位置以获得所需的视角
• 使用 plotter.screenshot() 导出截图，或使用 plotter.export_html() 导出 HTML

提示

• 批处理时使用 off_screen=True
• 使用 plotter.add_axes() 添加坐标轴，以用于出版
• 导出为 HTML，以便交互式分享
• 使用不透明度显示内部结构

参考资料

• 网格类型 - PyVista 网格类及其适用场景
• 绘图选项 - Plotter 设置和渲染选项

脚本

• scripts/visualize_surface.py - 从文件可视化地质表面