如何在Matplotlib中为掩码添加无内部线条的轮廓？

要绘制轴对齐且无内部网格线的掩码轮廓，我们可以利用网格边界结合shapely库对单元格多边形进行合并，从而自动去除内部边界。以下是具体实现：

步骤说明 #

1. 生成掩码后，为每个True单元格创建对应的矩形多边形。
2. 使用shapely的unary_union合并所有多边形，消除内部重叠边界。
3. 将合并后的多边形绘制到Matplotlib或Cartopy轴上，支持填充或仅轮廓样式。

完整代码示例 #

1. 基础Matplotlib实现（填充+轮廓） #

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from shapely.geometry import Polygon
from shapely.ops import unary_union

# 生成掩码
N = 50
xbound = np.linspace(0, 10, N + 1)
ybound = np.linspace(0, 10, N + 1)
x = (xbound[:-1] + xbound[1:]) / 2
y = (ybound[:-1] + ybound[1:]) / 2

X, Y = np.meshgrid(x, y)
Z = np.exp(-((X - 2.5)**2 + (Y - 2.5)**2)) + np.exp(-2 * ((X - 7.5)**2 + (Y - 6.5)**2))
mask = Z > 0.2

# 创建所有True单元格的多边形
polygons = []
for i in range(mask.shape[0]):
    for j in range(mask.shape[1]):
        if mask[i, j]:
            # 单元格的四个边界坐标
            x1, x2 = xbound[j], xbound[j+1]
            y1, y2 = ybound[i], ybound[i+1]
            poly = Polygon([(x1, y1), (x2, y1), (x2, y2), (x1, y2)])
            polygons.append(poly)

# 合并多边形，去除内部边界
unioned_polys = unary_union(polygons)

# 绘制结果
fig, ax = plt.subplots(figsize=(8,8))

# 处理单个多边形或多个多边形（如示例中的两个区域）
if hasattr(unioned_polys, 'exterior'):
    # 单个多边形
    patch = plt.Polygon(list(unioned_polys.exterior.coords), 
                        facecolor='#f9d923', edgecolor='black', linewidth=1.5)
    ax.add_patch(patch)
else:
    # 多个多边形（MultiPolygon）
    for poly in unioned_polys.geoms:
        patch = plt.Polygon(list(poly.exterior.coords), 
                            facecolor='#f9d923', edgecolor='black', linewidth=1.5)
        ax.add_patch(patch)

# 设置轴范围和样式
ax.set_xlim(0, 10)
ax.set_ylim(0, 10)
ax.set_aspect('equal')
plt.xlabel('X')
plt.ylabel('Y')
plt.title('轴对齐掩码轮廓（无内部网格线）')
plt.show()

2. 仅绘制轮廓（无填充） #

只需修改facecolor为'none'：

patch = plt.Polygon(list(poly.exterior.coords), 
                    facecolor='none', edgecolor='black', linewidth=2)

3. Cartopy集成示例 #

如果需要在地图投影上展示，只需将多边形添加到Cartopy轴，并指定坐标变换：

import cartopy.crs as ccrs

fig, ax = plt.subplots(figsize=(8,8), subplot_kw={'projection': ccrs.PlateCarree()})

# 设置地图范围（示例使用0-10的坐标，可替换为实际经纬度）
ax.set_extent([0, 10, 0, 10], crs=ccrs.PlateCarree())

# 添加合并后的多边形
if hasattr(unioned_polys, 'exterior'):
    patch = plt.Polygon(list(unioned_polys.exterior.coords), 
                        facecolor='#f9d923', edgecolor='black', linewidth=1.5,
                        transform=ccrs.PlateCarree())
    ax.add_patch(patch)
else:
    for poly in unioned_polys.geoms:
        patch = plt.Polygon(list(poly.exterior.coords), 
                            facecolor='#f9d923', edgecolor='black', linewidth=1.5,
                            transform=ccrs.PlateCarree())
        ax.add_patch(patch)

# 添加地图要素（如海岸线，仅实际经纬度场景有效）
# ax.coastlines()

plt.title('Cartopy上的轴对齐掩码轮廓')
plt.show()

优势说明 #

• 轴对齐边缘：直接使用网格边界，避免了plt.contour的插值对角线问题。
• 无内部线条：多边形合并自动去除相邻单元格的内部边界。
• 灵活样式：支持填充、仅轮廓等多种展示方式。
• Cartopy兼容：通过坐标变换可轻松集成到地图投影中。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者markmuetz