如何修复地图中缩放后破损变形的散点式饼图？

问题背景 #

• 为每个国家绘制带统计数据的散点饼图，数据样本中除geometry和size外的列均为饼图分类
• 基于现有方案实现了基础视觉效果，但放大后饼图出现破损，需满足出版物级画质要求

实现的正常散点饼图效果：

现有代码 #

import geopandas as gpd
import numpy as np
import shapely
import matplotlib.pyplot as plt
import math

# 参考相关方案实现的饼图绘制工具函数
def draw_pie(dist, xpos, ypos, size, ax):
    # 计算饼图切片的累积占比
    cumsum = np.cumsum(dist)
    cumsum = cumsum / cumsum[-1]
    pie = [0] + cumsum.tolist()

    size = math.sqrt(size)
    
    colors = ["blue", "red", "yellow", "pink", "purple", "black", "red", "yellow", "pink"]
    for i, (r1, r2) in enumerate(zip(pie[:-1], pie[1:])):
        angles = np.linspace(2 * np.pi * r1, 2 * np.pi * r2)
        x = [0] + np.cos(angles).tolist()
        y = [0] + np.sin(angles).tolist()

        xy = np.column_stack([x, y])
        ax.scatter([xpos], [ypos], marker=xy, s=size, color=colors[i], alpha=1)

    return ax

fig, ax = plt.subplots(figsize=(20,40))

for idx, row in sample.iterrows():
    ax = draw_pie([row[cols].tolist()], row.geometry.x, row.geometry.y, row["size"], ax)

cx.add_basemap(ax, crs=countries_centers.crs, source=cx.providers.OpenStreetMap.Mapnik)

问题现象 #

放大后饼图出现边缘破损、不连续的情况：

解决思路 #

• 提升角度采样密度：np.linspace()默认仅生成50个采样点，放大后会因点数量不足导致边缘断裂。修改为np.linspace(2 * np.pi * r1, 2 * np.pi * r2, num=200)（可根据实际需求调整num值），增加切片的平滑度
• 替换为Patch矢量绘制：放弃散点自定义marker的方式，改用matplotlib的Wedge类直接绘制扇形补丁，生成的矢量图形放大后无失真，更适配出版物需求，示例代码：

  def draw_pie(dist, xpos, ypos, size, ax):
      cumsum = np.cumsum(dist)
      cumsum = cumsum / cumsum[-1]
      pie = [0] + cumsum.tolist()
      radius = math.sqrt(size) / 100  # 根据实际size调整半径缩放比例
      
      colors = ["blue", "red", "yellow", "pink", "purple", "black", "red", "yellow", "pink"]
      for i, (r1, r2) in enumerate(zip(pie[:-1], pie[1:])):
          wedge = plt.Wedge((xpos, ypos), radius, r1*360, r2*360, color=colors[i])
          ax.add_patch(wedge)
      return ax
  

• 导出矢量格式文件：保存图片时选择PDF、SVG等矢量格式，而非JPG/PNG位图，从根源上避免放大失真，示例：plt.savefig('scatter_pie.pdf', dpi=300, bbox_inches='tight')
• 优化尺寸缩放逻辑：当前size = math.sqrt(size)的缩放可能导致小尺寸饼图的绘制精度不足，可调整缩放系数，确保小饼图也有足够的绘制细节

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jan Pisl