将箭头重新缩放为与坐标轴纵横比一致的物理单位

Question

将箭头重新缩放为与坐标轴纵横比一致的物理单位

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我已经花了几个小时来尝试自定义matplotlib.quiver，但是一直没有成功。文档非常令人困惑，我无法解析如何设置每个参数。在我的轴中，一个垂直像素比一个水平像素的物理距离小得多，我希望quiver可以根据这个纵横比自动缩放箭头。使用以下代码时，我目前得到的是水平箭头：

Tlevs = np.arange(-1.,8.5,.5) + 0.
yy, zz = np.meshgrid(ds.YC, ds.Z)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(8,5))
fig.set_tight_layout(True)
im = ax.contourf(T_clim.YC, T_clim.Z, T_clim, levels=Tlevs)
ax.quiver(yy[::3,::10], zz[::3,::10], 
          vpFep_b[::3,::10], wpFep_b[::3,::10], 
          pivot='mid', angles='xy', units='xy')
ax.set_xlabel('Y [m]', fontsize=13)
ax.set_ylabel('Depth [m]', fontsize=13)
cbar = fig.colorbar(im, ax=ax)
cbar.set_label(r"[$^\circ$C]")

将 quiver 选项设置为以下内容，只会显示箭头的点:

ax.quiver(yy[::3,::10], zz[::3,::10], 
              vpFep_b[::3,::10], wpFep_b[::3,::10], 
              pivot='mid', angles='xy', scale_units='xy', scales=1.)

并且：

ax.quiver(yy[::3,::10], zz[::3,::10], 
              vpFep_b[::3,::10], wpFep_b[::3,::10], 
              pivot='mid', angles='xy', scale_units='xy')

显示以下错误：

/home/takaya/miniconda3/envs/uptodate/lib/python3.6/site-packages/matplotlib/quiver.py:666: RuntimeWarning: divide by zero encountered in double_scalars
  length = a * (widthu_per_lenu / (self.scale * self.width))
/home/takaya/miniconda3/envs/uptodate/lib/python3.6/site-packages/matplotlib/quiver.py:666: RuntimeWarning: invalid value encountered in multiply
  length = a * (widthu_per_lenu / (self.scale * self.width))
/home/takaya/miniconda3/envs/uptodate/lib/python3.6/site-packages/matplotlib/quiver.py:719: RuntimeWarning: invalid value encountered in less
  short = np.repeat(length < minsh, 8, axis=1)
/home/takaya/miniconda3/envs/uptodate/lib/python3.6/site-packages/matplotlib/quiver.py:733: RuntimeWarning: invalid value encountered in less
  tooshort = length < self.minlength

非常感谢您的帮助。谢谢！

- takachanbo

你想在相同的单位和比例尺下绘制箭头吗？我不明白所需的输出是什么。 - OriolAbril

是的，与轴的实际物理单位相同的比例尺。 - takachanbo

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- OriolAbril · Accepted Answer

quiver文档中写道：

要在x-y平面上绘制向量，使u和v具有与x和y相同的单位，请使用angles='xy'，scale_units='xy'，scale=1

因此，使用这些参数即可解决问题。这是因为关键字units影响箭头尺寸除了长度外，而scale_units仅影响长度。

编辑：

matplotlib's quiver参数行为示例

确实，文档并不完全清晰，还有许多具有类似名称的参数，而且这些参数对于quiver来说是唯一的。

下面有许多不同参数行为的示例，特别是与本问题相关的参数：angles，units和scale_units。每个示例都有一个可以通过单击扩展的图像。

所有绘图的数据都相同，可以使用以下代码重现：

x = np.linspace(0,50,5)
y = np.linspace(-150,150,7)
X,Y = np.meshgrid(x,y)
U = 3.5*np.ones_like(X)
V = 3.5*np.ones_like(Y)

`角度`

文档中的条目为:

angles : [ ‘uv’ | ‘xy’ ], 数组, 可选

确定箭头角度的方法。默认值为 'uv'。

'uv': 箭轴长宽比为1，因此如果U*==*V，则箭头在绘图上的方向与水平轴逆时针45度（向右为正）。

'xy': 箭头从（x，y）指向（x+u，y+v）。例如，用于绘制梯度场。

在我们的情况下，U和V之间的比率为1，因此在'uv'情况下箭头将指向45度，但是在'xy'情况下，由于y和x轴的范围不同，箭头不会指向45度以保持从（x，y）到（x+u，y+v）的位移。这很重要要考虑，因为根据轴长宽比，梯度（u，v）=（1，1）的角度不一定为45度。

`单位`

文档中的条目为：

units : [ ‘width’ | ‘height’ | ‘dots’ | ‘inches’ | ‘x’ | ‘y’ | ‘xy’ ]

箭头的尺寸（除了长度）以此单位的倍数来衡量。

‘width’或‘height’：轴的宽度或高度

‘dots’或‘inches’：基于图形dpi的像素或英寸

‘x’、‘y’或‘xy’：分别是X、Y或数据单位

箭头的大小因单位不同而有所不同。对于‘x’或‘y’，随着缩放，箭头变得越来越大；对于其他单位，箭头大小与缩放状态无关。对于‘width’或‘height’，当窗口大小调整时，箭头大小分别随轴的宽度和高度增加；对于‘dots’或‘inches’，调整大小不会改变箭头。

如上所述，该参数定义了除箭头长度外的所有尺寸的单位。然而，参数宽度（最相关的参数，因为箭头头宽和头长等都是它的倍数定义的）具有依赖于所使用的单位的默认值。

下面是不同单位的示例，将宽度固定为可比较的情况。参数“dots”或“inches”几乎等效，因此在示例中仅考虑其中一个。因此，“width”和“height”的宽度设置为0.01，“dots”设置为3，“x”，“y”和“xy”设置为2。如果不固定相同的宽度，则会根据后端产生不同的结果：即在jupyter中使用matplotlib inline时，在任何情况下都没有区别，在Qt5中有些区别，但很难解释，因为宽度未知。

可以看到，由于绘图坐标轴的宽度大于高度，将单位设置为“width”会得到比“length”更粗的箭头，因为宽度相同。同样，比较“x”、“y”和“xy”，根据x轴测量的1的距离要比根据y轴测量的1的距离大得多。

“scale_units”

文档中的条目是：

- scale_units : [ ‘width’ | ‘height’ | ‘dots’ | ‘inches’ | ‘x’ | ‘y’ | ‘xy’ ]，None，可选 - 如果scale kwarg为None，则箭头长度单位。默认值为None。 - 例如，scale_units为“inches”，scale为2.0，（u，v）=（1,0），则矢量长度为0.5英寸。 - 如果scale_units为“width”/“height”，则矢量将是轴宽度/高度的一半。 - 如果scale_units为“x”，则矢量将是0.5 x轴单位。要在x-y平面上绘制具有与x和y相同单位的u和v的矢量，请使用angles ='xy'，scale_units ='xy'，scale = 1。

关于调整绘图大小时缩放的解释与单位相同。但是，“如果scale kwarg为None”语句完全不清楚，并导致错误。

如果scale为None，则箭头的长度将根据比例单位设置为默认值，以保持宽度和高度之间的合理比例，并保持箭头的良好形状（即合理的箭头头部）。然后，在调整图表大小时才能正确使用比例单位（由于不同比例单位的缩放差异）。

如果scale不等于None，则箭头长度不再设置为其默认值，而是遵循文档中的示例。

下面有一个图，比较了不同比例单位的值，其中scale=1，单位设置为其默认值'width'。

可以看到，对于'y'这种情况，箭头由于U、V向量的大小与y轴范围之间的差异（约为5），看起来像是点；而对于'width'和'length'这两种情况，绘图轴的大小增加了5倍，箭头变得巨大。