如何用matplotlib.patches实现带透明圆形孔的不透明白色背景？

要实现“白色纸张挖圆形孔洞”的效果，不能用普通的Circle叠加alpha的方式——因为Matplotlib的图层是从上到下绘制的，白色背景会覆盖圆形的透明效果。正确的做法是使用路径布尔运算创建“挖去圆形的矩形”，让圆形区域自然透出底层的透明，而矩形区域保持白色不透明。

完整实现代码 #

import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.patches import PathPatch
from matplotlib.path import Path

# 初始化画布与坐标轴
fig, ax = plt.subplots(figsize=(4, 4))
ax.set_xlim(0, 1)
ax.set_ylim(0, 1)
ax.axis('off')  # 隐藏冗余坐标轴

# 定义覆盖整个画布的矩形路径
rect_vertices = [
    (0, 0), (1, 0), (1, 1), (0, 1), (0, 0)
]
rect_path = Path(rect_vertices)

# 定义圆形路径，并平移缩放到画布中心（半径0.1）
circle_path = Path.unit_circle()
circle_transform = plt.matplotlib.transforms.Affine2D().scale(0.1).translate(0.5, 0.5)
circle_path = circle_path.transformed(circle_transform)

# 创建复合路径：矩形减去圆形（实现挖洞效果）
combined_path = Path.make_compound_path(rect_path, circle_path)
# 绘制复合路径，填充白色，无描边
path_patch = PathPatch(combined_path, facecolor='white', edgecolor='none')

ax.add_patch(path_patch)

# 保存图像，无需设置transparent=True
plt.savefig("circle_with_hole.pdf", dpi=300)
plt.show()

关键原理说明 #

• Path.make_compound_path默认使用DIFFERENCE布尔运算：以第一个路径（矩形）为基础，减去第二个路径（圆形），最终得到的区域是“矩形区域减去圆形区域”。
• 挖空的圆形区域不会被白色填充，因此保存为PDF/PNG时，该区域会呈现透明效果，而矩形区域保持不透明白色。
• 无需设置plt.savefig(transparent=True)，因为我们已经通过路径运算明确定义了白色区域的范围，背景透明仅存在于挖空的圆形部分。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Amos Egel