如何使用Matplotlib在环形柱状图上绘制矩形

在极坐标下直接用常规2D的Rectangle类会因为坐标转换导致图形扭曲，要实现目标效果，需要通过定义极坐标范围的顶点，转换为笛卡尔坐标后绘制多边形，具体步骤如下：

1. 导入依赖库 #

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.patches as patches
import numpy as np

2. 创建环形柱状图（极坐标基础图） #

# 创建极坐标子图
fig, ax = plt.subplots(subplot_kw={'projection': 'polar'}, figsize=(8,8))

# 示例环形柱状图数据
theta = np.linspace(0, 2*np.pi, 6, endpoint=False)  # 6个柱子的角度
radii = [5, 7, 6, 8, 9, 7]  # 每个柱子的高度（半径差）
width = 2*np.pi / 6  # 每个柱子的角度宽度

# 绘制环形柱状图（bottom设置内圈半径，形成环形）
ax.bar(theta, radii, width=width, bottom=3, edgecolor='white', facecolor='#6699cc')

# 调整极坐标显示参数
ax.set_ylim(0, 10)
ax.set_yticks([])  # 隐藏半径刻度
ax.set_xticks(theta)

3. 绘制极坐标下的矩形区域 #

要绘制的矩形对应极坐标中的角度范围和半径范围，我们可以通过生成该区域的四个顶点，转换为笛卡尔坐标后填充或绘制多边形：

# 定义目标矩形的极坐标范围
theta_start = 0  # 起始角度
theta_end = np.pi/3  # 结束角度
r_min = 4  # 内圈半径
r_max = 6  # 外圈半径

# 生成矩形四个顶点的极坐标（闭合）
polar_points = np.array([
    [theta_start, r_min],
    [theta_start, r_max],
    [theta_end, r_max],
    [theta_end, r_min],
    [theta_start, r_min]
])

# 转换为笛卡尔坐标
x = polar_points[:, 1] * np.cos(polar_points[:, 0])
y = polar_points[:, 1] * np.sin(polar_points[:, 0])

# 填充矩形区域（可调整颜色、透明度）
ax.fill(x, y, color='#ff4444', alpha=0.6)

# 可选：绘制矩形边框
ax.plot(x, y, color='#cc0000', linewidth=2)

关键说明 #

• 极坐标下的“矩形”本质是环形扇形区域，由两条固定角度的径向线和两条固定半径的圆弧围成。
• 常规Rectangle类基于笛卡尔坐标，在极坐标投影下会被自动转换，导致形状扭曲成弧形，因此必须通过顶点坐标转换的方式实现。

运行上述代码后，就能得到类似目标效果的图形。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者csg