使用 path.Path 和 patches.PathPatch 创建甜甜圈

简介

在本教程中，我们将使用 Matplotlib 的 ~.path.Path 和 ~.patches.PathPatch 创建一个甜甜圈。我们将使用 make_circle() 函数创建圆形，并将内部和外部子路径连接在一起以创建甜甜圈。

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导入必要的库

我们将从导入本教程所需的库开始。

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import matplotlib.patches as mpatches
import matplotlib.path as mpath

定义辅助函数

我们将定义一个辅助函数 wise() 来确定路径的方向。

def wise(v):
    if v == 1:
        return "CCW"
    else:
        return "CW"

创建圆形

我们将使用 make_circle() 函数创建圆形。该函数以圆的半径作为输入，并返回圆的 x 和 y 坐标。

def make_circle(r):
    t = np.arange(0, np.pi * 2.0, 0.01)
    t = t.reshape((len(t), 1))
    x = r * np.cos(t)
    y = r * np.sin(t)
    return np.hstack((x, y))

创建甜甜圈

我们将通过把内部和外部子路径连接在一起来创建甜甜圈。我们将使用 codes 来指定每个顶点的类型（如 MOVETO、LINETO 等）。然后，我们将使用 mpath.Path 创建一个 Path 对象，并使用 mpatches.PathPatch 创建一个 PathPatch 对象。最后，我们将使用 ax.add_patch() 把 PathPatch 对象添加到 Axes 对象中。

Path = mpath.Path
fig, ax = plt.subplots()

inside_vertices = make_circle(0.5)
outside_vertices = make_circle(1.0)
codes = np.ones(
    len(inside_vertices), dtype=mpath.Path.code_type) * mpath.Path.LINETO
codes[0] = mpath.Path.MOVETO

for i, (inside, outside) in enumerate(((1, 1), (1, -1), (-1, 1), (-1, -1))):
    ## 把内部和外部子路径连接在一起，根据需要改变它们的顺序
    vertices = np.concatenate((outside_vertices[::outside],
                               inside_vertices[::inside]))
    ## 移动路径
    vertices[:, 0] += i * 2.5
    ## 除了每个子路径开头的 "MOVETO" 命令外，所有代码都将是 "LINETO" 命令
    all_codes = np.concatenate((codes, codes))
    ## 创建 Path 对象
    path = mpath.Path(vertices, all_codes)
    ## 添加并绘制它
    patch = mpatches.PathPatch(path, facecolor='#885500', edgecolor='black')
    ax.add_patch(patch)

    ax.annotate(f"外部 {wise(outside)},\n内部 {wise(inside)}",
                (i * 2.5, -1.5), va="top", ha="center")

ax.set_xlim(-2, 10)
ax.set_ylim(-3, 2)
ax.set_title('Mmm, 甜甜圈！')
ax.set_aspect(1.0)
plt.show()

总结

在本教程中，我们学习了如何使用 Matplotlib 的 ~.path.Path 和 ~.patches.PathPatch 创建甜甜圈。我们使用 make_circle() 函数创建圆形，并将内部和外部子路径连接在一起以创建甜甜圈。我们还学习了如何指定每个顶点的类型，并使用 mpath.Path 创建一个 Path 对象。最后，我们学习了如何使用 mpatches.PathPatch 创建一个 PathPatch 对象，并使用 ax.add_patch() 将其添加到 Axes 对象中。

总结

恭喜你！你已经完成了使用 ~.path.Path 和 ~.patches.PathPatch 创建甜甜圈的实验。你可以在 LabEx 中练习更多实验来提升你的技能。