matplotlib画图自定义marker

matplotlib画图自定义marker

在matplotlib工具箱中可以画marker的高级作图函数一共有两个，分别为plot和scatter，可以画出多种marker。但如果需要绘制一些特殊的marker，则必须通过自的定义marker来实现。一般有两种方式可以实现，一是在绘图中插入特殊marker的icon图片¹，二是借助于matplotlib.path中的Path类，自定义marker的Path参数。但无论何种方式，实现的marker都要具有一般marker的特点。

marker的特点

1. 固定大小：marker的大小只依赖于markersize关键字定义的数值，不随着绘制的图形的放大或缩小而变化；
2. 可改变方向： matplotlib默认支持的某些marker可以通过传入的参数调整marker的方向

基于marker的上述两个特点，因此不能简单地通过plot绘制特殊marker的折线或者简单地进行图片插入实现。

通过插入图片实现自定义marker

from matplotlib 
import pyplot as pltimport numpy as np


'图片插入(普通)'
N = 100
x = np.linspace(0, 10, N)
y = np.sin(x)
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111)
ax.imshow(plt.imread('icon\\icon-test.png'), extent=(x[0],x[0]+1,y[0],y[0]+1))
ax.plot(x, y)
plt.show()

如上图所示，基本可以实现marker的插入，但大小会随figure的大小变化，而且也不能改变方向。进一步完善代码如下：

from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib.offsetbox import OffsetImage, AnnotationBbox
import numpy as np


'图片插入(大小不变)'
N = 100
x = np.linspace(0, 10, N)
y = np.sin(x)
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111)
ax.plot(x, y)
img = plt.imread('icon\\icon-test.png')
im = OffsetImage(img, zoom=0.3)
ab = AnnotationBbox(im, (x[0],y[0]), xycoords='data', frameon=False)
ax.add_artist(ab)
plt.show()

此时插入的marker不再随figure大小的变化而变化，但还不能做到自定义旋转角度，如果要实现该功能，则可以通过定义旋转矩阵，将plt.imread读取的图片数据img进行旋转变换以实现对marker的角度旋转。
但这种方法仍然不同灵活，不像真正的“marker”，而且效率也不高。下面介绍如何通过Path实现自定义marker。

通过Path实现自定义marker

from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib.path import Path
import numpy as np


'通过Path类自定义marker'
#定义旋转矩阵
def rot(verts, az):
    #顺时针旋转
    rad = az / 180 * np.pi
    verts = np.array(verts)
    rotMat = np.array([[np.cos(rad), -np.sin(rad)], [np.sin(rad), np.cos(rad)]])
    transVerts = verts.dot(rotMat)
    return transVerts
    
iconMat = np.array([[-1.414, 1.414],
			[0, 0],
			[2.828, 2.828],
			[0, 0],
			[-1.414, 1.414]])

class CustomMarker(Path):
    def __init__(self, icon, az):
         if icon == "icon": 
             verts = iconMat  
         vertices = rot(verts, az)  
         super().__init__(vertices)

N = 30
x = np.linspace(0, 10, N)
y = np.sin(x)
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111)
ax.scatter(x, y, marker=IconMarker("icon", 20), c="red", s=1000)
plt.show()

实现效果如上图所示，就像普通的marker一样，大小固定，不随figure大小变化，而且可以调节方向（旋转）。
实现的主要原理是：
matplotlib中的plot和scatter绘图函数中的marker关键字传递的值会被matplotlib.markers中的MarkerStyle类处理，而MarkerStyle类中的set_marker是可以处理path对象的。因此，先生成自定义的marker的Path对象的路径点参数，然后定义旋转矩阵，根据旋转角度对路径点参数进行旋转，生成指定方向的marker的Path对象的路径点参数。剩下的marker的大小/颜色等可由MarkerStyle类或plot/scatter函数其他相关的关键字属性自动处理。

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1. https://stackoverflow.com/questions/11487797/python-matplotlib-basemap-overlay-small-image-on-map-plot ↩︎