如何在matplotlib中使用set_clip_path()配合多个多边形实现裁剪

问题描述 #

我正在尝试用多个多边形裁剪点云，但不清楚能否通过plt.axis.set_clip_path()实现该功能。

由于set_clip_path()要求传入Path或Patch类型参数，该如何创建由多个Polygon组成的几何图形？我需要类似plt.MultiPolygon()的功能，但该类实际不存在。我也尝试过将所有Polygon组合为matplotlib.PatchCollection，但无法生效。

以下是期望实现的效果：

以下是我期望的代码写法参考：

import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.collections import PatchCollection
import numpy as np

fig, ax = plt.subplots()

points = np.array([np.random.random(100)*400,
                    np.random.random(100)*100]).T

A = plt.Polygon( np.array([( 0,   0),(50,100),(100,  0)]), color='w', ec='k' )
B = plt.Polygon( np.array([(120 ,  0),(170 , 100), (220,  0)]), color='w', ec='k'  )
C = plt.Polygon( np.array([(240 ,  0),(290 , 100), (340,  0)]), color='w', ec='k'  )

[ax.add_patch(i) for i in (A,B,C)]

ax.scatter(points[:,0], points[:,1], zorder=3).set_clip_path([A,B,C])

实现方案 #

matplotlib的set_clip_path()仅支持单个Path或Patch类型参数，不需要自定义MultiPolygon类，直接合并多个多边形的路径为单个复合Path即可实现需求，核心用到matplotlib.path.Path.make_compound_path()方法。

可运行完整代码 #

import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.path import Path
import numpy as np

fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 3))

# 生成随机点云
points = np.array([np.random.random(100)*400,
                   np.random.random(100)*100]).T

# 定义三个裁剪多边形
A = plt.Polygon(np.array([(0, 0), (50, 100), (100, 0)]), color='w', ec='k')
B = plt.Polygon(np.array([(120, 0), (170, 100), (220, 0)]), color='w', ec='k')
C = plt.Polygon(np.array([(240, 0), (290, 100), (340, 0)]), color='w', ec='k')

# 把多边形添加到画布展示
for patch in (A, B, C):
    ax.add_patch(patch)

# 合并多个多边形路径为单个复合路径
compound_path = Path.make_compound_path(A.get_path(), B.get_path(), C.get_path())
# 应用坐标变换，匹配画布的实际坐标体系，避免裁剪位置偏移
compound_path = compound_path.transformed(A.get_transform())

# 绘制点云并设置裁剪路径
scatter = ax.scatter(points[:, 0], points[:, 1], zorder=3)
scatter.set_clip_path(compound_path, transform=ax.transData)

ax.set_xlim(0, 400)
ax.set_ylim(0, 100)
plt.show()

关键逻辑说明 #

• 调用每个Polygon对象的get_path()方法可以获取其对应的底层路径对象
• Path.make_compound_path()可以将多个独立路径合并为一个符合参数要求的复合路径
• 必须通过transformed()方法应用Patch自带的坐标变换，否则路径会和画布上实际显示的多边形位置不匹配，导致裁剪失效

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