3D Poké Ball と 2D Pikachu

1. 実装構成

本スクリプトは以下の 3 セクションで構成される。

1. 3D ポケボール描画関数 plot_kocchi_ball()
   球面座標（φ, θ）からメッシュを生成し、
   RGB アレイによるマテリアル割り当てでポケボールを再現。

2. 2D ピカチュウ描画関数 draw_pikachu()
   Matplotlib の patches（円、楕円、ポリゴン）を組み合わせて
   フラットデザインのピカチュウを描画。

3. メイン実行部 if __name__ == "__main__":
   3D → 2D の順でウィンドウを表示。

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2. 3D Poké Ball 描画の仕組み

2.1 球面メッシュ生成

phi = np.linspace(0, np.pi, 200)
theta = np.linspace(0, 2*np.pi, 200)
phi, theta = np.meshgrid(phi, theta)

球の半径 r=1 とし、デカルト座標へ変換：

x = r * np.sin(phi) * np.cos(theta)
y = r * np.sin(phi) * np.sin(theta)
z = r * np.cos(phi)

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2.2 マテリアル（色）割り当て

球全体の配列 colors に RGB 値をセットする。

colors = np.full(x.shape + (3,), [0.95, 0.95, 0.95])

部分的マスクを使い色分け：

• 上半分（赤）
• 中央帯（黒）
• 正面ボタン（白・黒・グレー）

これにより、3D ポケボールが視覚的に構築される。

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2.3 3D 描画

Matplotlib の plot_surface に facecolors を渡してレンダリング：

ax.plot_surface(x, y, z, facecolors=colors, shade=True)

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3. 2D Pikachu 描画の仕組み

ピカチュウは 図形プリミティブの組み合わせで構成する。

使用する要素：

パーツ	描画方法
顔	Circle
耳	Ellipse
頬	Circle
目	Circle（白反射も Circle）
鼻	Polygon
口	NumPy 生成の曲線（cos + abs）

例：耳（左）

ear_l = patches.Ellipse((-0.7, 1.1), 0.35, 1.0, angle=40, color='gold')

口は数式でカーブを設計：

x = np.linspace(-0.3, 0.3, 100)
y = -0.15 + 0.05*np.cos(20*x) + 0.1*np.abs(x)
ax.plot(x, y, color='black', linewidth=2)

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4. 統合スクリプト

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import matplotlib.patches as patches

# ---------------------------------------------------------
# 3D POKÉ BALL
# ---------------------------------------------------------
def plot_kocchi_ball():
    phi = np.linspace(0, np.pi, 200)
    theta = np.linspace(0, 2*np.pi, 200)
    phi, theta = np.meshgrid(phi, theta)

    r = 1.0
    x = r * np.sin(phi) * np.cos(theta)
    y = r * np.sin(phi) * np.sin(theta)
    z = r * np.cos(phi)

    colors = np.full(x.shape + (3,), [0.95, 0.95, 0.95])

    mask_top = z > 0.03
    colors[mask_top] = [0.85, 0.1, 0.1]

    mask_band = (z >= -0.03) & (z <= 0.03)
    colors[mask_band] = [0.1, 0.1, 0.1]

    r_sq = y**2 + z**2
    mask_button_rim   = (r_sq < 0.25**2) & (x > 0)
    mask_button_inner = (r_sq < 0.15**2) & (x > 0)
    mask_button_core  = (r_sq < 0.10**2) & (x > 0)

    colors[mask_button_rim]   = [0.1, 0.1, 0.1]
    colors[mask_button_inner] = [0.95, 0.95, 0.95]
    colors[mask_button_core]  = [0.85, 0.85, 0.85]

    fig = plt.figure(figsize=(8, 8), dpi=100)
    ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')

    ax.plot_surface(
        x, y, z,
        facecolors=colors,
        rstride=1, cstride=1,
        shade=True,
        antialiased=False
    )

    ax.set_axis_off()
    ax.set_box_aspect([1, 1, 1])
    ax.view_init(elev=20, azim=10)
    plt.title("Poké Ball", fontsize=14)
    plt.show()

# ---------------------------------------------------------
# 2D PIKACHU
# ---------------------------------------------------------
def draw_pikachu():
    fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
    ax.set_xlim(-1.5, 1.5)
    ax.set_ylim(-1.5, 2.0)
    ax.set_aspect('equal')
    ax.axis('off')

    ear_l = patches.Ellipse((-0.7, 1.1), 0.35, 1.0, angle=40, color='gold')
    ear_l_tip = patches.Ellipse((-0.88, 1.35), 0.25, 0.4, angle=40, color='black')

    ear_r = patches.Ellipse((0.7, 1.1), 0.35, 1.0, angle=-40, color='gold')
    ear_r_tip = patches.Ellipse((0.88, 1.35), 0.25, 0.4, angle=-40, color='black')

    ax.add_patch(ear_l); ax.add_patch(ear_l_tip)
    ax.add_patch(ear_r); ax.add_patch(ear_r_tip)

    face = patches.Circle((0, 0), radius=1.0, color='gold')
    ax.add_patch(face)

    cheek_l = patches.Circle((-0.8, -0.2), 0.25, color='red')
    cheek_r = patches.Circle((0.8, -0.2), 0.25, color='red')
    ax.add_patch(cheek_l); ax.add_patch(cheek_r)

    eye_l = patches.Circle((-0.4, 0.15), 0.13, color='black')
    eye_l_high = patches.Circle((-0.45, 0.20), 0.05, color='white')
    
    eye_r = patches.Circle((0.4, 0.15), 0.13, color='black')
    eye_r_high = patches.Circle((0.35, 0.20), 0.05, color='white')

    ax.add_patch(eye_l); ax.add_patch(eye_l_high)
    ax.add_patch(eye_r); ax.add_patch(eye_r_high)

    nose = patches.Polygon([[-0.05, 0.0],[0.05, 0.0],[0.0,-0.05]], closed=True, color='black')
    ax.add_patch(nose)

    x = np.linspace(-0.3, 0.3, 100)
    y = -0.15 + 0.05*np.cos(20*x) + 0.1*np.abs(x)
    ax.plot(x, y, color='black', linewidth=2)

    plt.title("Pikachu with Matplotlib", fontsize=15)
    plt.show()

# ---------------------------------------------------------
# MAIN
# ---------------------------------------------------------
if __name__ == "__main__":
    plot_kocchi_ball()
    draw_pikachu()

この構造により、スクリプトを実行するだけで
3D ポケボール → 2D ピカチュウ の順に表示される。

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