繪製等位線的方法：SciDAVis

作者：王一哲
日期：2018/3/15

前言

最近正好教到靜電學，想要試著用電腦畫出等位線。一開始想到以前用過的 Gnuplot 好像可以辦到，但是它的選項全部都要用指令調整，有點麻煩。後來又想到 Python 當中有一個功能強大的繪圖套件 Matplotlib，但是在網路上找到的範例看起來看麻煩。最後才想到 SciDAVis 應該有這樣的功能，在 Google 上搜尋關鍵字 scidavis 3d plot 的第1個結果就是我尋找已久的答案：http://scidavis.sourceforge.net/manual/x528.html

用 SciDAVis 搭配 matrix 繪製的等電位線圖形

使用版本

SciDAVis 1.22，下載頁面 https://sourceforge.net/projects/scidavis/files/SciDAVis/1.22/

繪圖步驟

1. 啟動 SciDAVis，由選單：File ⇒ New ⇒ New Project 或按 Ctrl + N 建立新的專案。

建立新的專案


2. 由選單：File ⇒ New ⇒ New Matrix 或按 Ctrl + M 開啟建立矩陣頁面，預設的矩陣為 32 × 32。

建立矩陣選單


建立矩陣頁面


3. 由頁面右側的視窗修改 X、Y 的數值範圍，我選擇的是 -2 到 +2 ，最後記得要按下 Apply 。

修改 X、Y 的數值範圍


4. 先在頁面左側按滑鼠左鍵，再按 Ctrl + A 全選所有的儲存格。再從頁面右側的第三個分頁修改儲存格數值的運算式，我預設的狀況是點電荷電量 $q_1 = 2 \times 10^{-8} ~\mathrm{C}$、位置為 (-1, -1)，點電荷電量 $q_2 = -2 \times 10^{-8} ~\mathrm{C}$ 、位置為 (+1, +1)，因此輸入的運算式為
   V1 = 8.988E9\*2E-8/sqrt((x-(-1))^2 + (y-(-1))^2)
   V2 = 8.988E9\*(-2E-8)/sqrt((x-1)^2 + (y-1)^2)
   V = V1 + V2
   最後記得要按下 Apply 。

輸入運算式後的矩陣頁面


5. 由選單：3D Plot ⇒ 3D Wire Surface 開啟 3D 繪圖視窗，按下之後會顯示由矩陣資料繪製的 3D 圖形，可以由上方的工具列選擇是否繪製等高線，也可以用滑鼠左鍵在圖上拖曳旋轉視角。

開啟 3D 繪圖視窗選單


由矩陣資料繪製的 3D 圖形


6. 如果覺得分割的格子太少、數據點不夠多，可以再回到矩陣資料視窗，由選單：Matrix ⇒ Dimensions開啟矩陣維度視窗，手動修改矩陣的行(column)、列(row)數，在此我將行、列數都改為50。

開啟矩陣維度視窗選單


修改矩陣行數視窗


7. 修改完行、列數後，仿照步驟4，更新所有儲存格的數值，圖形會自動更新。

修改矩陣行、列數後的圖形

結語

用 SciDAVis 只要幾個步驟，不需要輸入複雜的指令，就能做出這樣的效果，難度遠低於使用 Gnuplot 和 Matplotlib，實在是方便多了。

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HackMD 版本連結：https://hackmd.io/s/SkDbNNO4E