Matplotlibで2本の線の間の角度をプロットする最良の方法

Matplotlibで2本の線の間にできる角度をプロットする最も良い方法は、Arcクラスを使って角度を示す円弧を描くことです。この記事では、その具体的な手順とサンプルコードを詳しく解説します。

実装の手順

• 図のサイズを設定し、サブプロット間および周囲の余白を調整します。
• figure()メソッドを使用して、新しい図を作成するか既存の図をアクティブにします。
• add_subplot()メソッドを使って、サブプロット配置の一部として'~.axes.Axes'を図に追加します。
• 2Dの線インスタンスをl1とl2として作成します。
• 作成した線を現在の軸（Axes）に追加します。
• 角度をプロットするために、楕円弧を返すユーザー定義メソッドを呼び出します。弧の長さは各線の傾きから計算できます。
• add_patch()メソッドを使用して、アーティスト（ここではarc）を追加します。
• 図を表示するには、show()メソッドを使用します。

コード例

from matplotlib import pyplot as plt, patches
import math

plt.rcParams["figure.figsize"] = [7.50, 3.50]
plt.rcParams["figure.autolayout"] = True

def angle_plot(line1, line2, offset=1.0, color=None, origin=(0, 0),
len_x_axis=1, len_y_axis=1):
    xy1 = line1.get_xydata()
    xy2 = line2.get_xydata()
    slope1 = (xy1[1][1] - xy1[0][1]) / float(xy1[1][0] - xy1[0][0])
    angle1 = abs(math.degrees(math.atan(slope1)))
    slope2 = (xy2[1][1] - xy2[0][1]) / float(xy2[1][0] - xy2[0][0])
    angle2 = abs(math.degrees(math.atan(slope2)))
    theta1 = min(angle1, angle2)
    theta2 = max(angle1, angle2)
    angle = theta2 - theta1
    if color is None:
        color = line1.get_color()

    return patches.Arc(origin, len_x_axis * offset, len_y_axis * offset, 0, theta1, theta2, color=color, label=str(angle) + u"\u00b0")

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(1, 1, 1)

l1 = plt.Line2D([0, 1], [0, 4], linewidth=1, linestyle="-", color="green")
l2 = plt.Line2D([0, 4.5], [0, 3], linewidth=1, linestyle="-", color="red")

ax.add_line(l1)
ax.add_line(l2)

angle = angle_plot(l1, l2, 0.25)
ax.add_patch(angle)

plt.show()

コードのポイント解説

このコードでは、まずget_xydata()で各線の座標データを取得し、その差分から傾き（slope）を計算します。次にmath.atan()とmath.degrees()を組み合わせて、傾きを角度（度数法）に変換しています。2つの角度の大小を比較し、小さい方をtheta1、大きい方をtheta2として、その差が求める角度になります。

最後にpatches.Arc()で原点を中心とした楕円弧を作成し、add_patch()で軸に追加することで、2本の線の間の角度が視覚的に表示されます。offset引数を調整すれば、弧の大きさも自由に変更可能です。

出力結果

上記のコードを実行すると、緑色と赤色の2本の線と、それらの間の角度を示す円弧が描画されたグラフが表示されます。