Matplotlibの極座標プロットで曲線を描く方法をわかりやすく解説

Matplotlibの極座標プロットでは、通常の直交座標とは異なり、角度と半径を使ってデータを表現します。この記事では、極座標プロット上に放射状の直線と滑らかな曲線を描画する方法を、具体的なコード例とともに解説します。

実装の手順

• 図のサイズを設定し、rcParamsを使ってサブプロット間および周囲の余白（パディング）を自動調整します。

• 新しい図を作成するか、既存の図をアクティブにします。

• サブプロット構成の一部として、図にax（軸オブジェクト）を追加します。このとき、projection="polar"を指定して極座標モードにします。

• 複数の角度（0度・90度・360度）に対して、color='green'とlinewidth=2を指定した直線をプロットします。

• 曲線となるx・yのデータポイントを作成し、plot()メソッドで太い赤色の曲線として描画します。

• 最後に、show()メソッドを呼び出して図を表示します。

コード例

from matplotlib import pyplot as plt
from scipy.interpolate import interp1d
import numpy as np

plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.00, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection="polar")

for degree in [0, 90, 360]:
    rad = np.deg2rad(degree)
    ax.plot([rad, rad], [0, 1], color="green", linewidth=2)

for curve in [[[0, 90], [0.45, 0.75]]]:
    curve[0] = np.deg2rad(curve[0])
    x = np.linspace(curve[0][0], curve[0][1], 500)
    y = interp1d(curve[0], curve[1])(x)
    ax.plot(x, y, lw=7, color='red')

plt.show()

コードのポイント

このコードでは、np.deg2rad()で度数法の角度をラジアンに変換している点が重要です。極座標プロットはラジアン単位で角度を扱うため、この変換を忘れると意図した位置に描画されません。また、scipy.interpolate.interp1dを使うことで、少数の制御点から500点もの滑らかな補間曲線を生成しています。

出力結果

上記のコードを実行すると、次のような図が出力されます。

緑色の放射状の直線が中心から外側へ伸び、その間を赤色の太い曲線が滑らかにつないでいることが確認できます。この手法を応用すれば、極座標系でのデータ可視化や、円形のチャート・レーダーチャートなどの装飾にも活用できます。