在Matplotlib中绘制技术绘图中的距离箭头

技术绘图中常常需要在图像上标注距离、角度等信息，而距离箭头可以直观地表示两点之间的距离。本文将介绍如何在Matplotlib中绘制距离箭头。

绘制一个基本的距离箭头

Matplotlib提供了plt.annotate函数用于在图像上添加注释，其中，可以使用arrowprops参数添加箭头。下面是一个简单的距离箭头的示例：

import matplotlib.pyplot as plt

fig, ax = plt.subplots()

ax.plot([0, 0], [0, 1], 'b', linewidth=2)
ax.plot([1, 1], [0, 1], 'b', linewidth=2)

ax.annotate(s='', xy=(0, 0), xytext=(1, 0), arrowprops=dict(arrowstyle='<->'))
ax.annotate(s='1.0', xy=(0.5, -0.1), ha='center')

上面的代码中，我们首先创建了一个坐标系，然后用plot函数绘制了两条垂直的直线。接着，我们用annotate函数在两条直线上添加了一个距离箭头和文字。

注：annotate函数中s=''表示箭头的位置，xy=(0,0), xytext=(1,0)分别表示箭头的起点和终点。arrowprops=dict(arrowstyle='<->')表示箭头的样式为双向箭头。

自定义距离箭头

我们可以通过指定不同的参数来自定义距离箭头的颜色、样式、大小等。下面的代码示例介绍如何自定义距离箭头，以及如何在距离箭头前面添加文字：

fig, ax = plt.subplots()

ax.plot([0, 0.5], [0, 1], 'b', linewidth=2)
ax.plot([1, 0.5], [0, 1], 'b', linewidth=2)

ax.annotate(s='', xy=(0.5, 0), xytext=(0.5, 1), arrowprops=dict(arrowstyle='<->', facecolor='red', edgecolor='black', linewidth=2, shrinkA=0.1, shrinkB=0.1))
ax.annotate(s='2.0', xy=(0.5, -0.1), ha='center')
ax.annotate(s='A', xy=(0, -0.1), ha='center')
ax.annotate(s='B', xy=(1, -0.1), ha='center')

上面的代码中，我们在两条斜线上添加了一个距离箭头。箭头样式为双向箭头，颜色为红色，边框为黑色且线宽为2。shrinkA和shrinkB表示箭头两端的缩小参数。除此之外，我们还在距离箭头前面添加了文字，即“2.0”。

绘制带有斜角的距离箭头

有时候，我们需要在斜线上绘制距离箭头。此时，我们需要首先计算斜线上两点之间的距离，然后计算距离箭头应该位于斜线的何处。下面的代码示例演示了如何绘制带有斜角的距离箭头：

import math

fig, ax = plt.subplots()

ax.plot([0, 1], [0, 1], 'b', linewidth=2)
ax.plot([2, 1], [3, 1], 'b', linewidth=2)

# 计算两点之间的距离
d = math.sqrt((2-1)**2 + (3-1)**2)

# 计算箭头的位置
x = (1 + (2-1)*0.7/d, 1 + (3-1)*0.7/d)
y = (1 + (2-1)*0.3/d, 1 + (3-1)*0.3/d)

ax.annotate(s='', xy=(1, 1), xytext=(2, 3), arrowprops=dict(arrowstyle='<->', facecolor='red', edgecolor='black', linewidth=2, shrinkA=0.1, shrinkB=0.1))
ax.annotate(s='%.2f' % d, xy=((1+2)/2, (1+3)/2), ha='center')
ax.annotate(s='A', xy=(0, -0.1), ha='center')
ax.annotate(s='B', xy=(2, 3.1), ha='center')
ax.annotate(s='', xy=x, xytext=y, arrowprops=dict(arrowstyle='<->', facecolor='red', edgecolor='red', linewidth=2, shrinkA=0, shrinkB=0))

plt.show()

上面的代码中，我们首先计算出斜线AB上两点之间的距离，然后用一定的比例计算出箭头的位置。注意到我们在计算箭头位置时，使用了一个比例系数0.7，在实际使用中可以根据需要进行适当调整。