如何操作 3D 數組以將笛卡爾坐標轉換為球坐標

Question

所以我是 Python 的新手，我想將包含笛卡爾坐標的 3D 數組轉換為球坐標。 我已經完成了這個計算轉換的函數：

def cart2sph(x, y, z):
   xy = np.sqrt(x**2 + y**2) # sqrt(x² + y²)
    
   x_2 = x**2
   y_2 = y**2
   z_2 = z**2

   r = np.sqrt(x_2 + y_2 + z_2) # r = sqrt(x² + y² + z²)

   theta = np.arctan2(y, x) 

   phi = np.arctan2(xy, z) 

   return r, theta, phi

但是，如果我有一個隨機數組 (N,N,N)，例如

N = 3   
array = np.random.rand(N, N, N).astype(dtype=np.float16)

並將 x、y 和 z 坐標傳遞給我的函數以從笛卡爾坐標轉換為球面坐標

x = np.asarray(array_np)[:,0].astype(dtype=np.float16)

y = np.asarray(array_np)[:,1].astype(dtype=np.float16)

z = np.asarray(array_np)[:,2].astype(dtype=np.float16)

sphere_coord = cart2sph(x,y,z)
 

我不斷收到錯誤的轉換結果。 我嘗試了不同的方法，但仍然無法弄清楚我做錯了什么。

Answer 1

我已經用唯一的 (x, y, z) 檢查了該函數，它似乎轉換為 (r, theta, phi) 就好了。

我認為您的問題在於您如何獲得隨機數（x，y，z）。 也許嘗試這樣的事情：

import numpy as np

def cart2sph(x, y, z):
   xy = np.sqrt(x**2 + y**2) # sqrt(x² + y²)
    
   x_2 = x**2
   y_2 = y**2
   z_2 = z**2

   r = np.sqrt(x_2 + y_2 + z_2) # r = sqrt(x² + y² + z²)

   theta = np.arctan2(y, x) 

   phi = np.arctan2(xy, z) 

   return r, theta, phi

N = 3   
array_np = np.random.rand(N).astype(dtype=np.float16)
print('array_np:')
print(array_np)

x = np.asarray(array_np)[0].astype(dtype=np.float16)

y = np.asarray(array_np)[1].astype(dtype=np.float16)

z = np.asarray(array_np)[2].astype(dtype=np.float16)

sphere_coord = cart2sph(x,y,z)

print('\nCartesian:')
print('x',x,'\ny',y,'\nz',z)

print('\nSpherical:')
print(sphere_coord)

輸出：

array_np：[0.2864 0.938 0.9243]

笛卡爾坐標：x 0.2864 y 0.938 z 0.9243

球面：(1.3476626409849026, 1.274, 0.8150028593437515)