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基于Python实现多图绘制系统

作者：微小冷

这篇文章主要为大家详细介绍了如何基于Python实现一个简单的多图绘制系统,文中的示例代码讲解详细,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下

参考：从零开始实现一个三维绘图系统

需求和框架

本文希望实现下图所示的绘图系统，下面详细分析需求变化。

和之前实现的绘图系统相比，首先是多了【新增】和【删除】这两个按钮，其功能是控制绘图数据的个数，即下方的【坐标0】和【坐标1】。由于不同的坐标之间有着相同的组成，故而需要封装成类；而每个坐标中的x,y,z坐标轴，又十分相似，故而也需要封装成类。

综合来看，和此前的简单绘图系统相比，若想实现多图绘制的功能，至少需要实现三个类，分别表示坐标轴、坐标系以及坐标系统。

下面列出整个项目需要导入的模块，以及这三个类的命名

import tkinter as tk
import tkinter.ttk as ttk

import matplotlib as mpl
mpl.use('TkAgg')
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.backends.backend_tkagg import (
    FigureCanvasTkAgg, NavigationToolbar2Tk)
from matplotlib.figure import Figure

import numpy as np

class AxisFrame(ttk.Frame):
    pass

class AxisList(ttk.Frame):
    pass

class DarwSystem():
    pass

下面逐一实现，并讲解。

AxisFrame

下图是自定义的AxisList组件，其中每一项x,y,z均对应一组AxisFrame对象，下面就分析AxisFrame对象的特点。

首先，AxisFrame由三部分组成：坐标标签、输入类型和输入框。目前来说，由于只实现了读取Python源码这种方法，故而输入类型的下拉框显得有些多余，其目的是便于后期扩展。

据此，可得到其代码

class AxisFrame(ttk.Frame):
    # widths 是每个控件的宽度
    def __init__(self, master, label, mode, widths, **options):
        super().__init__(master, **options)
        self.pack()
        self.label = label
        self.initVar(mode)
        self.initWidgets(widths)

    def initVar(self, mode):
        self.MODES = ("源代码",)
        self.mode = tk.StringVar()
        self.setMode(mode)

    def initWidgets(self, widths):
        tk.Label(self, text=self.label,
            width=widths[0]).pack(side=tk.LEFT)
        self.slct = ttk.Combobox(self,
            width=widths[1], textvariable=self.mode)
        self.slct['value'] = self.MODES
        self.slct.pack(side=tk.LEFT)
        self.entry = tk.Entry(self, width=widths[2])
        self.entry.pack(padx=5, side=tk.LEFT, fill=tk.X)

    def setMode(self, mode):
        if type(mode) != str:
            mode = self.MODES[mode]
        self.mode.set(mode)

    def getData(self, **txyz):
        if self.mode.get() == "源代码":
            self.readPython(**txyz)
        return self.data

    def readPython(self, t=None, x=None, y=None, z=None):
        self.data = eval(self.entry.get())

其中，initVar用于初始化输入模式；setMode用于设置输入模式；initWidgets用于布局，这三个函数只需了解tkinter的工作原理，便无需详解。

getData用于将输入框中的内容转换为数值，由于目前只有【源代码】这一种模式，所以只用到了readPython这一种读取函数。readPython的逻辑很简单，根据输入的t,x,y,z的值，以及输入框中的表达式，来实现python数据的读取。

AxisList

继续分析AxisList组件，除了三个AxisFrame之外，还有一个显隐开关【坐标0】，以及坐标选框【xyz】，用于调整是否使用x,y,z等坐标轴，即实现下面的效果。

从交互逻辑而言，这里有两个功能，一是点击【坐标0】以显示或隐藏其内容，二是选择下拉框，以筛选x,y,z等坐标轴。实现代码如下

class AxisList(ttk.Frame):
    def __init__(self, master, title, mode, widths, **options):
        super().__init__(master, **options)
        self.pack()
        self.afs = {}
        self.data = {}
        self.initWidgets(title, widths)
        self.initAxis(mode, widths)

    def initWidgets(self, title, widths):
        self.btn = ttk.Button(self, text=title, width=sum(widths)+5,
            command=self.click)
        self.btn.pack(side=tk.TOP, fill=tk.X, expand=tk.YES)
        self._c = ttk.Frame(self)
        self.collapsed = True
        self.click()
        self.initVar()
        self.initFeature()

    def initVar(self):
        self.AXISES = ("x", "xy", "xyz", "tx", "txy", "txyz")
        self.axMode = tk.StringVar()
        self.axMode.set("xyz")

    def initAxis(self, mode, widths):
        for flag in 'txyz':
            self.afs[flag] = AxisFrame(self._c, flag, mode, widths)
        self.axChanged()

    def initFeature(self):
        frm = ttk.Frame(self._c)
        frm.pack(pady=2, side=tk.TOP, fill=tk.X)

        slct = ttk.Combobox(frm, width=5, textvariable=self.axMode)
        slct["value"] = self.AXISES
        slct.pack(side=tk.LEFT)
        slct.bind('<<ComboboxSelected>>', self.axChanged)

    def axChanged(self, evt=None):
        for flag in 'txyz':
            self.afs[flag].pack_forget()
        for flag in self.axMode.get():
            self.afs[flag].pack(side=tk.TOP, fill=tk.X)

    def click(self):
        if self.collapsed:
            self._c.pack(side=tk.TOP, fill=tk.BOTH, expand=tk.YES)
        else:
            self._c.pack_forget()
        self.collapsed = not self.collapsed

    def getDatas(self):
        dct = {}
        data = {}
        for flag in self.axMode.get():
            data[flag] = self.afs[flag].getData(**dct)
            dct[flag] = data[flag]
        return data

首先，点击【坐标0】之后，除了【坐标0】之外其他的内容全部隐藏，所以【坐标0】与其内容需要分开处理，从而为其他内容分配一个Frame，由于这个Frame将会频繁地被用到，所以给一个简短的名称_c。

然后，下拉框中共给定6种坐标类型，之所以有t tt选项，目的是日后可能会实现的动图绘制。

接下来，initVar, initWidgets, initAxis, initFeature是布局函数，无需多言。

axChanged即更改坐标轴系组成时的响应函数，首先隐藏所有坐标轴，再根据选择的坐标轴一个一个重新放出来。

click是点击【坐标0】时的相应，如果_c已经隐藏，就将其显示出来；如果当前可见，就让其变得不可见。

最后，getDatas是坐标系的关键函数，其功能是调用AxisFrame种中的getData函数，其中的dct装载已经获取到的数值，通过字典的双星号索引方法，将字符串key转换为变量名称，以实现最终的数值读取。

DarwSystem

DrawSystem的代码虽然较长，但内容并不复杂，其中setFrmFig更是几乎原封不动地沿用了此前的代码。

class DarwSystem():
    def __init__(self):
        self.root = tk.Tk()
        self.root.title("数据展示工具")
        self.als = []

        self.setFrmCtrl()
        self.setFrmFig()
        self.root.mainloop()

    def setFrmCtrl(self):
        frmCtrl = ttk.Frame(self.root,width=320)
        frmCtrl.pack(side=tk.RIGHT, fill=tk.Y)
        frm = ttk.Frame(frmCtrl, width=320)
        frm.pack(side=tk.TOP, fill=tk.X)
        self.setCtrlButtons(frm)
        self.frmAxis = ttk.Frame(frmCtrl)
        self.frmAxis.pack(side=tk.TOP, fill=tk.X)
        self.addLast(None)

    def addLast(self, evt):
        title = f"坐标{len(self.als)}"
        al = AxisList(self.frmAxis, title, 0, [5,10,20])
        al.pack(side=tk.TOP, fill=tk.X)
        self.als.append(al)

    def deleteLast(self, evt):
        self.als[-1].pack_forget()
        del self.als[-1]

    def setCtrlButtons(self, frm):
        ttk.Button(frm, text="绘图",width=5,
            command=self.btnDrawImg).pack(side=tk.LEFT)
        btn = ttk.Button(frm, text="新增", width=5)
        btn.pack(side=tk.LEFT)
        btn.bind("<Button-1>", self.addLast)

        btn = ttk.Button(frm, text="删除", width=5)
        btn.pack(side=tk.LEFT)
        btn.bind("<Button-1>", self.deleteLast)

    def btnDrawImg(self):
        self.fig.clf()
        ds = [al.getDatas() for al in self.als]
        self.drawPlot(ds)
        self.fig.subplots_adjust(left=0.1, right=0.95, top=0.95, bottom=0.08)
        self.canvas.draw()

    def drawPlot(self, ds):
        keys = 'xyz' if 'z' in ds[0] else 'xy'
        p = '3d' if 'z' in ds[0] else None
        ax = self.fig.add_subplot(projection=p)
        for data in ds:
            ax.plot(*[data[key] for key in keys])

    def setFrmFig(self):
        frmFig = ttk.Frame(self.root)
        frmFig.pack(side=tk.LEFT,fill=tk.BOTH,expand=tk.YES)
        self.fig = Figure()
        self.canvas = FigureCanvasTkAgg(self.fig,frmFig)
        self.canvas.get_tk_widget().pack(
            side=tk.TOP,fill=tk.BOTH,expand=tk.YES)
        self.toolbar = NavigationToolbar2Tk(self.canvas,frmFig,
            pack_toolbar=False)
        self.toolbar.update()
        self.toolbar.pack(side=tk.RIGHT)

相比之下，其实只添加了两个功能：

对于前者，其通过addLast在最后面新增一个坐标列表，delLast则删除最后一个坐标列表，实现并不复杂。

对于后者，只需遍历所有AxisList并提取数据，然后将所有数据传递给绘图函数进行图像绘制。

至此，需求得以实现，下面演示一下其工作流程

到此这篇关于基于Python实现多图绘制系统的文章就介绍到这了,更多相关Python多图绘制系统内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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