Cartopy绘制大地线出现弯折问题：如何正确渲染大圆线段？

问题描述 #

我尝试在地球表面绘制一条“直线”（大圆线），在非正对该曲线的正射投影（Orthographic）中它应呈现为曲线。但使用Cartopy的Geodetic变换连接两点时，线条出现弯折。请问该弯折的成因是什么？如何正确渲染大圆线段？

原测试代码 #

import matplotlib.pyplot as plt
import cartopy.crs as ccrs

lats = [0, 36]
lons = [15, 76]
ax = plt.axes(projection = ccrs.Orthographic(central_longitude=0, central_latitude=45))
ax.plot(lons, lats, transform=ccrs.Geodetic())
ax.set_global()
ax.gridlines()

异常效果示意图 #

弯折成因 #

这个弯折的核心原因是Cartopy的Geodetic()变换默认仅对输入的离散端点做投影转换，没有在两点之间生成足够多的中间点来模拟大圆曲线的连续形态。当两点在正射投影下的投影轨迹跨越了投影的视野边缘（或投影不连续区域）时，直接连接两个投影后的端点就会出现这种突兀的折线。

正确渲染方法 #

要绘制平滑的大圆线段，需要手动在两点之间生成足够多的大圆路径上的中间点，再对这些密集点做投影转换后绘制。可以借助Cartopy内置的Geodesic工具类生成大圆上的密集点：

修改后的代码 #

import matplotlib.pyplot as plt
import cartopy.crs as ccrs
from cartopy.geodesic import Geodesic

# 定义起点和终点经纬度
start_lon, start_lat = 15, 0
end_lon, end_lat = 76, 36

# 生成大圆路径上的密集点（100个点足够保证曲线平滑）
geod = Geodesic()
n_points = 100
path = geod.interpolate([(start_lon, start_lat), (end_lon, end_lat)], n_points)
lons = path[:, 0]
lats = path[:, 1]

# 创建正射投影轴并绘制平滑大圆线
ax = plt.axes(projection=ccrs.Orthographic(central_longitude=0, central_latitude=45))
ax.plot(lons, lats, transform=ccrs.Geodetic())
ax.set_global()
ax.gridlines()

plt.show()

代码说明 #

通过Geodesic.interpolate方法在两点之间生成100个沿大圆路径分布的点，确保绘制的线条能完整贴合大圆的真实形态，避免出现弯折。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Nordlendingen