绘图系统二：多图绘制系统

文章目录

- 坐标轴控件
- 坐标系控件
- 绘制多组数据
- 源代码

本文基于：📈从0开始实现一个三维绘图系统

坐标轴控件

三个坐标轴xyz从外观上看其实毫无区别，这种标签和输入框的组合十分常见，为了便于调用，最好实现一个类。

tkinter只要继承Frame就可以自定义组件。除了从ttk.Frame中继承到的初始化参数之外，一组标签输入框组合，至少还要有一个标签和控件宽度，并且输入框是可读可写的，其实现方式如下。

class AxisFrame(ttk.Frame):# widths 是每个控件的宽度def __init__(self, master, label, widths, **options):super().__init__(master, **options)self.pack()self.initWidgets(label, widths)def initWidgets(self, label, widths):tk.Label(self, text=label, width=widths[0]).pack(side=tk.LEFT)self.entry = tk.Entry(self)self.entry.pack(side=tk.LEFT, fill=tk.X)def get(self):return self.entry.get()

有了这个，就不需要self.entrys，而将其改为

self.afs = {}       # AxisFrames

相应地，也不需要setFrmAxis函数了，将setFrmCtrl中设置坐标输入框的部分改写为

#...
for flag in 'xyz':self.afs[flag] = AxisFrame(frmCtrl, flag, [5])self.afs[flag].pack(side=tk.TOP, fill=tk.X)

坐标类型

在三维绘图系统中，实现了代码生成、外部导入等多种数据生成方法，这些方法自然要在Combobox中选择，而最终选中的值则需绑定一个StringVar变量，故先做一个initVar函数

def initVar(self, mode):self.MODES = ("外部导入", "序列化", "源代码")self.mode = tk.StringVar()self.setMode(mode)def setMode(self, mode):if type(mode) != str:mode = self.MODES[mode]self.mode.set(mode)

然后在initWidgets中添加Combobox的设置代码

self.slct = ttk.Combobox(self, width=widths[1], textvariable=self.mode)
self.slct['value'] = self.MODES
self.slct.pack(side=tk.LEFT)

效果如下

在这里插入图片描述

这样一来，只需判断Combobox中的值，就可以确定输入框的处理方法

# 这些是AxisFrame的方法
def setData(self, data=None, **txyz):if self.mode.get() == "序列化":return self.getArray()elif self.mode.get() == "外部导入":return self.loadData(data)else:return self.readPython(**txyz)def readPython(self, t=None, x=None, y=None, z=None):self.data = eval(self.get())return self.datadef loadData(self, data):if type(data) != type(None):self.data = datareturn self.datadef getArray(self):val = self.get()self.data = eval(f"np.linspace({val})")return self.data

其中，在使用python代码时，会不可避免地用到t,x,y,z等变量，所以readPython函数中，会有t,x,y,z作为输入的变量。

最后，DrawSystem用于读取数据的函数就更加简洁了，形式如下

# 这个是DrawSystem中的方法
def readDatas(self):dct = {}for flag in 'xyz':self.data[flag] = self.afs[flag].setData(**dct)dct[flag] = self.data[flag]def btnDrawImg(self):self.readDatas()#后面接绘图代码

在这里插入图片描述

坐标系控件

自定义坐标列表控件

绘制多组数据是很自然的一个需求，但目前只有一套坐标轴，可谓巧妇难为无米之炊了。

疯狂地添加坐标轴可以解决这个问题，x,y,z用完之后再来x1,y1,z1，然后x2,y2,z2，子子孙孙无穷匮也。简单地说，就是设置一个按钮，点击之后，就会出现一组新的xyz输入框。

为了实现这个功能，最好把多个坐标输入控件AxisFrame排列起来，封装成一个新的控件。由于此前已经做了AxisFrame的自定义，所以这一步不存在难度，初步的代码如下

class AxisList(ttk.Frame):def __init__(self, master, mode, widths, **options):super().__init__(master, **options)self.pack()self.afs = {}self.initAxis(mode, widths)def initAxis(self, mode, widths):for flag in 'xyz':self.afs[flag] = AxisFrame(self, flag, mode, widths)self.afs[flag].pack(side=tk.TOP, fill=tk.X)def setData(self, flag, data=None, **options):return self.afs[flag].setData(data, **options)def setOneMode(self, flag, mode):self.afs[flag].setMode(mode)

然后将DrawSystem中需要更改的地方修改一下就可以了，首先是setFrmCtrl中做下修改，把self.AL作为AxisList对象的名字。其余类似self.afs[flag].XXX(YYY)之类的写法，均换成self.AL.XXX(flag, YYY)就可以了。

# setFrmCtrl函数
self.AL = AxisList(frmCtrl, 1, [5,10,20])
self.AL.pack(side=tk.TOP, fill=tk.X)

这一步在界面上看不出任何端倪。

显示和隐藏

如果想绘制多组数据，那么就需要很多AxisList，但这玩意一多了之后特别占地方，很难看。解决这个问题，一个比较好的方案是设置一个隐藏按钮，将这个AxisList做成类似Expander的形式。添加initWidgets方法

def initWidgets(self, title):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 = Trueself.Click()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

效果为

在这里插入图片描述

现在这个测试坐标列表上面还有两个按键，分别是绘图和加载。绘图倒是没什么可说的，但加载按钮却很可疑。当我们有多套坐标的时候，一个全局的加载按钮是让人疑惑的。

为此，可以将加载按钮挪到AxisList控件中，代码如下

def initFeature(self):frm = ttk.Frame(self._c)frm.pack(side=tk.TOP, fill=tk.X)ttk.Button(frm, text="加载",width=5,command=self.btnLoadData).pack(side=tk.LEFT)
def btnLoadData(self):name = askopenfilename()data = np.genfromtxt(name)for i, flag in enumerate('xyz'):if i >= data.shape[1]:returnself.setOneMode(flag, "外部导入")self.data[flag] = self.setData(flag, data[:,i])

最后，考虑到实际绘图时，有时要用到两个坐标轴，有时需要三个，所以最好能对单个的坐标轴进行显示和隐藏，实现方法与Expander的逻辑如出一辙，在initFeature方法中添加如下内容

self.vis = {L : True for L in 'txyz'}
for flag in 'txyz':btn = ttk.Button(frm, text=flag, width=3)btn.pack(side=tk.LEFT)btn.bind("<Button-1>", self.btnAxisCollapse)

其中self.vis是描述某个坐标控件是否显示的布尔标记，btn就是对应的按钮，而self.btnAxisCollapse则是具体的显示隐藏函数，内容如下

def btnAxisCollapse(self, evt):flag = evt.widget['text']self.vis[flag] = not self.vis[flag]for flag in 'txyz':self.afs[flag].pack_forget()for flag in 'txyz':if self.vis[flag]:self.afs[flag].pack(side=tk.TOP, fill=tk.X)

这里的实现过程稍显繁琐，主要是考虑到要保证txyz的显示顺序，结果如下

在这里插入图片描述

绘制多组数据

在实现坐标列表控件之后，自然要在在绘图系统中创建多组坐标列表，同时需要提供新增或删除对应绘图数据的功能。那么首先得添加两个功能按钮，这部分需要修改setCtrlButtons方法，并且这两个按钮分别绑定两个函数addLat和deleteLast，

addLast在最后面新增一个坐标列表，deleteLast则删除最后一个坐标列表。这两个功能十分简单，

def addLast(self, evt):title = f"坐标{len(self.als)}"al = AxisList(self.frmAxis, title, 1, [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]

其中涉及到两个全局变量，一个是self.als，用于存放所有的AxisList；另一个是self.frmAxis，是所有AxisList的父组件。

前者可以放在DrawSystem的初始化函数中，

self.als = []

后者则需要更改setFrmCtrl函数

def setFrmCtrl(self, frmCtrl):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)

效果如下

在这里插入图片描述

原有的全局变量self.data似乎已经很难描述全部数据，所以取消使用全局变量，并修改绘图最终的绘图函数

def drawPlot(self, ds):keys = 'xyz' if 'z' in ds[0] else 'xy'p = '3d' if 'z' in ds[0] else Noneax = self.fig.add_subplot(projection='3d')for data in ds:ax.plot(*[data[key] for key in keys])

这里把之前的drawPlot和drawPlot3d合并到一起了，并且只是根据第一组坐标数据来判断是否启用3D，这种写法当然十分危险。考虑到日后肯定会通过类似ComboBox来整改，所以这里暂且先这么放着。

但点击绘图按钮需要绑定的事件是需要修改的，由于后面上传了所有源码，且为了节省篇幅，这里就简单说一下，btnDrawImg函数中，首先要调用一个读取数据的函数，封装为self.readDatas，然后将这这些数据传入self.drawPlot就万事大吉。基本逻辑是，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。

最终绘图结果如下

在这里插入图片描述

源代码

import tkinter as tk
import tkinter.ttk as ttk
from tkinter.filedialog import askopenfilenameimport matplotlib as mpl
mpl.use('TkAgg')
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.backends.backend_tkagg import (FigureCanvasTkAgg, NavigationToolbar2Tk)
from matplotlib.figure import Figureimport numpy as npclass 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 = labelself.initVar(mode)self.initWidgets(widths)def initVar(self, mode):self.MODES = ("序列化", "源代码", "外部导入", "无数据")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.MODESself.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 setText(self, text):self.entry.delete(0, "end")self.entry.insert(0, text)def get(self):return self.entry.get()def setMode(self, mode):if type(mode) != str:mode = self.MODES[mode]self.mode.set(mode)def setData(self, data=None, **txyz):if self.mode.get() == "序列化":return self.getArray()elif self.mode.get() == "外部导入":return self.loadData(data)else:return self.readPython(**txyz)def readPython(self, t=None, x=None, y=None, z=None):self.data = eval(self.get())return self.datadef loadData(self, data):if type(data) != type(None):self.data = datareturn self.datadef getArray(self):val = self.get()self.data = eval(f"np.linspace({val})")return self.dataclass 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 = Trueself.Click()self.initFeature()def initAxis(self, mode, widths):for flag in 'txyz':self.afs[flag] = AxisFrame(self._c, flag, mode, widths)self.afs[flag].pack(side=tk.TOP, fill=tk.X)def initFeature(self):frm = ttk.Frame(self._c)frm.pack(pady=2, side=tk.TOP, fill=tk.X)ttk.Button(frm, text="加载",width=5,command=self.btnLoadData).pack(side=tk.LEFT)self.vis = {L : True for L in 'txyz'}for flag in 'txyz':btn = ttk.Button(frm, text=flag, width=3)btn.pack(side=tk.LEFT)btn.bind("<Button-1>", self.btnAxisCollapse)def btnAxisCollapse(self, evt):flag = evt.widget['text']self.vis[flag] = not self.vis[flag]for flag in 'txyz':self.afs[flag].pack_forget()for flag in 'txyz':if self.vis[flag]:self.afs[flag].pack(side=tk.TOP, fill=tk.X)def btnLoadData(self):name = askopenfilename()data = np.genfromtxt(name)for i, flag in enumerate('xyz'):if i >= data.shape[1]:returnself.setOneMode(flag, "外部导入")self.data[flag] = self.setData(flag, data[:,i])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.collapseddef setData(self, flag, data=None, **options):return self.afs[flag].setData(data, **options)def setOneMode(self, flag, mode):self.afs[flag].setMode(mode)class DarwSystem():def __init__(self):self.root = tk.Tk()self.root.title("数据展示工具")self.data = {}self.als = []frmCtrl = ttk.Frame(self.root,width=320)frmCtrl.pack(side=tk.RIGHT, fill=tk.Y)self.setFrmCtrl(frmCtrl)frmFig = ttk.Frame(self.root)frmFig.pack(side=tk.LEFT,fill=tk.BOTH,expand=tk.YES)self.setFrmFig(frmFig)self.root.mainloop()def setFrmCtrl(self, frmCtrl):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, 1, [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)ttk.Button(frm, text="加载",width=5,command=self.btnLoadData).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 btnLoadData(self):name = askopenfilename()data = np.genfromtxt(name)for i, flag in enumerate('xyz'):if i >= data.shape[1]:returnself.AL.setOneMode(flag, "外部导入")self.data[flag] = self.AL.setData(flag, data[:,i])def readDatas(self, al):dct = {}data = {}for flag in 'xyz':data[flag] = al.setData(flag, **dct)dct[flag] = data[flag]return datadef btnDrawImg(self):self.fig.clf()ds = [self.readDatas(al) 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 Noneax = self.fig.add_subplot(projection='3d')for data in ds:ax.plot(*[data[key] for key in keys])def setFrmFig(self, frmFig):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)if __name__ == "__main__":test = DarwSystem()