matplotlib – 円、長方形、多角形を描画する方法

概要

matplotlib で円、長方形、多角形などの図形を描画する方法について解説します。

図形の種類

matplotlib.patches では次の種類の図形が提供されています。

patches.Arc: 弧
patches.Arrow: 矢印
patches.Circle: 円
patches.CirclePolygon: 多角形で近似した円
patches.Ellipse: 楕円
patches.FancyArrow: カスタマイズ可能な矢印
patches.FancyBboxPatch: カスタマイズ可能な長方形
patches.Polygon: ポリゴン
patches.Rectangle: 長方形
patches.RegularPolygo: 正多角形
patches.Wedge: くさび

patches.Arc (弧)

class matplotlib.patches.Arc(xy, width, height, angle=0.0, theta1=0.0, theta2=360.0, **kwargs)

引数

名前	型	デフォルト値
xy	(float, float)
xy	楕円の中心。
width	float
width	横軸の長さ。
height	float
height	縦軸の長さ。
angle	float	0.0
angle	楕円の回転角度を度で指定します。(反時計回り)。
theta1, theta2	float, default: 0, 360
theta1, theta2	円弧の開始角度と終了角度を度で指定します。これらの値は angle に対する相対的なもので、例えば angle = 45 で theta1 = 90 の場合、絶対的な開始角度は 135 となります。デフォルトでは、tehta1 = 0, theta2 = 360、すなわち完全な楕円です。円弧は反時計回りに描かれます。360 以上、または 0 より小さい角度は、入力値 mod 360 を用いて、[0, 360] の範囲内の等価な角度で表現されます。

In [1]:

from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.Arc(xy=(1, 1), width=2, height=1, angle=45, theta1=0, theta2=270)

fig, ax = plt.subplots()
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()

patches.Arrow (矢印)

class matplotlib.patches.Arrow(x, y, dx, dy, width=1.0, **kwargs)

引数

名前	型	デフォルト値
x	float
x	矢印の尾のx座標。
y	float
y	矢印の尾のy座標。
dx	float
dx	x 方向の矢印の長さ。
dy	float
dy	y 方向の矢印の長さ。
width	float, default: 1	1.0
width	矢印の幅のスケールファクタ。デフォルト値は1で、尾の幅は0.2、頭の幅は0.6です。

patches.Arrow

In [2]:

from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.Arrow(x=0.5, y=0.5, dx=0.2, dy=0.2, width=0.1)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()

patches.Circle (円)

class matplotlib.patches.Circle(xy, radius=5, **kwargs)

引数

名前	型	デフォルト値
xy	(float, float)
xy	円の中心。
radius	float
radius	円の半径。

In [3]:

from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.Circle(xy=(1, 1), radius=2)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()

patches.CirclePolygon (多角形で近似した円)

class matplotlib.patches.CirclePolygon(xy, radius=5, resolution=20, **kwargs)

引数

名前	型	デフォルト値
xy	(float, float)
xy	円の中心。
radius	float
radius	円の半径。
resolution	int
resolution	何角形で近似するか。

In [4]:

from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.CirclePolygon(xy=(1, 1), radius=2, resolution=10)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()

patches.Ellipse (楕円)

class matplotlib.patches.Ellipse(xy, width, height, angle=0, **kwargs)

引数

名前	型	デフォルト値
xy	(float, float)
xy	楕円の中心。
width	float
width	横軸の長さ。
height	float
height	縦軸の長さ。
angle	float	0.0
angle	楕円の回転角度を度で指定します。(反時計回り)

In [5]:

from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.Ellipse(xy=(1, 1), width=2, height=1, angle=45)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()

patches.FancyArrow (カスタマイズ可能な矢印)

class matplotlib.patches.FancyArrow(x, y, dx, dy, width=0.001, length_includes_head=False, head_width=None, head_length=None, shape='full', overhang=0, head_starts_at_zero=False, **kwargs)

引数

名前	型	デフォルト値
x	float
x	矢印の尾のx座標。
y	float
y	矢印の尾のy座標。
dx	float
dx	x 方向の矢印の長さ。
dy	float
dy	y 方向の矢印の長さ。
width	float	0.001
width	矢印の尾の幅
length_includes_head	bool	False
length_includes_head	長さを計算する際に頭を含めるかどうか。
head_width	float or None	3 * width
head_width	矢印の頭の幅。
head_length	float or None	1.5 * head_width
head_length	矢印の頭の長さ。
shape	“full”	{“full”, “left”, “right”}
shape	左半分、右半分、または完全な矢印を描画します。
overhang	float	0
overhang	矢印が後方に掃引される割合（0の場合は三角形を意味します）。負の値または1より大きい値を指定することができます。
head_starts_at_zero	bool	False
head_starts_at_zero	True にすると、ヘッドは座標 0 で終了するのではなく、座標 0 で描画を開始します。

patches.Arrow と同様ですが、矢印の見た目をより細かく設定できるようになっています。

patches.FancyArrow

In [6]:

from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.FancyArrow(x=1, y=1, dx=3, dy=3, width=1, head_width=4, head_length=3, overhang=0.2)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()

patches.FancyBboxPatch (カスタマイズ可能な長方形)

class matplotlib.patches.FancyBboxPatch(xy, width, height, boxstyle='round', bbox_transmuter=None, mutation_scale=1.0, mutation_aspect=None, **kwargs)

引数

名前	型	デフォルト値
xy	float, float
xy	矩形の左下の点の座標。
width	float
width	矩形の幅。
height	float
height	矩形の高さ。
boxstyle	str or matplotlib.patches.BoxStyle	‘round’
boxstyle	FancyBboxPatch のスタイル。これは BoxStyle のインスタンスか、スタイル名とオプションでカンマ区切りの属性 (例: “Round, pad=0.2”) の文字列のいずれかです。この文字列は BoxStyle オブジェクトを構築するために BoxStyle に渡されます。
mutation_scale	float, default: 1	1.0
mutation_scale	ボックススタイルの属性に適用されるスケーリング係数。
mutation_aspect	float	None
mutation_aspect	矩形の高さは変更前にこの値で絞られ、変更したボックスはその逆数で引き伸ばされます。例えば、これにより、水平方向と垂直方向で異なるパディングが可能になります。

FancyBboxPatch は Rectangle と似ていますが、長方形の角を丸めたりすることができます。

In [7]:

from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.FancyBboxPatch(
    xy=(1, 2), width=2, height=3, boxstyle="round4", mutation_scale=2
)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()

boxstyle には次の値が指定できます。

patches.Rectangle (長方形)

class matplotlib.patches.Rectangle(xy, width, height, angle=0.0, **kwargs)

引数

回転角度を度で指定します。(反時計回り)

名前	型	デフォルト値
xy	float, float
xy	矩形の左下の点の座標。
width	float
width	矩形の幅。
height	float
height	矩形の高さ。
angle	float	0
angle

In [8]:

from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.Rectangle(xy=(1, 2), width=2, height=3, angle=45)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()

patches.Polygon (ポリゴン)

class matplotlib.patches.Polygon(xy, closed=True, **kwargs)

引数

名前	型	デフォルト値
xy	(n, 2) array
xy	ポリゴンを構成する点。
closed	bool	True
closed	ポリゴンが閉じているかどうか。

In [9]:

from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

points = [[0.55, 0], [1, 0.83], [0.27, 1], [0.0, 0.9], [0.55, 0]]

patch = patches.Polygon(xy=points, closed=True)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()

patches.RegularPolygon (正多角形)

class matplotlib.patches.RegularPolygon(xy, numVertices, radius=5, orientation=0, **kwargs)

引数

名前	型	デフォルト値
xy	(float, float)
xy	中心点。
numVertices	int
numVertices	頂点数。
radius	float	5
radius	中心と各頂点との距離。
orientation	float	0
orientation	ポリゴンの回転角度をラジアンで指定する。

In [10]:

from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.RegularPolygon(
    xy=(0.5, 0.5), numVertices=5, radius=0.3, orientation=np.pi / 4
)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()

patches.Wedge (くさび)

wedge = mpatches.Wedge(center, r, theta1, theta2, width=None, **kwargs)[source]

引数

名前	型	デフォルト値
center	(float, float)
center	くさびの中心点。
r	float
r	くさびの半径。
theta1, theta2	float, default: 0, 360
theta1, theta2	円弧の開始角度と終了角度を度で指定します。360 以上、または 0 より小さい角度は、入力値 mod 360 を用いて、[0, 360] の範囲内の等価な角度で表現されます。
width	float	None
width	width を指定した場合、r – width から r まで部分的なくさびが描かれます。

In [11]:

from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import patches

patch = patches.Wedge(center=(1, 1), r=2, theta1=0, theta2=270, width=1)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))
ax.add_patch(patch)
ax.autoscale()
ax.grid()

plt.show()