PyQtGraph中的PlotWidget詳解

前言

PlotWidget 確實(shí)是 PyQtGraph 庫的基石，它提供了一個開箱即用、功能強(qiáng)大的繪圖區(qū)域。為了幫你快速構(gòu)建起對它的整體認(rèn)知，下面這個表格匯總了其核心特性和在PyQtGraph類體系中的定位。

核心架構(gòu)與協(xié)作

PlotWidget的強(qiáng)大在于其內(nèi)部精密的協(xié)作關(guān)系，下圖直觀地展示了其核心構(gòu)成及數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)路徑：

正如流程圖所示，PlotWidget內(nèi)部包含一個 PlotItem作為圖表的“大腦”。PlotItem則管理著 ViewBox（負(fù)責(zé)顯示數(shù)據(jù)和處理交互）、坐標(biāo)軸（AxisItem）和標(biāo)簽等組件。通過 PlotWidget的 plot()方法添加數(shù)據(jù)時，它會創(chuàng)建 PlotDataItem等對象并在 ViewBox中渲染 。

基本使用與樣式定制

基本的使用流程非常直接，同時允許進(jìn)行豐富的樣式定制。

創(chuàng)建與數(shù)據(jù)繪制：

import pyqtgraph as pg
from PyQt5.QtWidgets import QApplication
import numpy as np
import sys
app = QApplication(sys.argv)
plot_widget = pg.PlotWidget(title="基礎(chǔ)示例") # 設(shè)置圖表標(biāo)題
# 準(zhǔn)備并繪制數(shù)據(jù)
x = np.linspace(0, 10, 100)
y = np.sin(x)
plot_widget.plot(x, y, pen='b', name='正弦波') # 繪制一條藍(lán)色曲線，并命名
plot_widget.show()
sys.exit(app.exec_())

背景與網(wǎng)格：

plot_widget.setBackground('w')  # 設(shè)置背景為白色
plot_widget.showGrid(x=True, y=True, alpha=0.3)  # 顯示網(wǎng)格并設(shè)置透明度

坐標(biāo)軸與標(biāo)題：

plot_widget.setLabel('left', '幅度', units='V') # 設(shè)置坐標(biāo)軸標(biāo)簽
plot_widget.setLabel('bottom', '時間', units='s')
plot_widget.setTitle("信號波形圖", color='b', size='14pt') # 設(shè)置圖表標(biāo)題

線條與數(shù)據(jù)點(diǎn)：通過 pen（線條）、symbol（標(biāo)記點(diǎn)）、symbolBrush（標(biāo)記填充色）等參數(shù)自定義 。

# 繪制帶紅色圓形標(biāo)記的實(shí)線
plot_widget.plot(x, y, pen='b', symbol='o', symbolSize=5, symbolBrush='r')

效果如圖：

PlotWidget常用屬性、函數(shù)、信號

下面這個表格匯總了 PlotWidget 最常用的屬性、函數(shù)和信號。

核心功能詳解與代碼示例

下面我們結(jié)合具體代碼，進(jìn)一步了解這些功能如何協(xié)同工作。

基本圖表設(shè)置與繪制

下面的代碼展示了如何創(chuàng)建一個基本的圖表，包括設(shè)置背景、標(biāo)題、坐標(biāo)軸標(biāo)簽和網(wǎng)格。

import pyqtgraph as pg
from PyQt5.QtWidgets import QApplication
import sys
import numpy as np
app = QApplication(sys.argv)
# 創(chuàng)建PlotWidget
plot_widget = pg.PlotWidget()
# 設(shè)置背景為白色
plot_widget.setBackground('w')
# 設(shè)置圖表標(biāo)題
plot_widget.setTitle("溫度變化曲線", color='b', size='14pt')
# 設(shè)置坐標(biāo)軸標(biāo)簽
plot_widget.setLabel('left', '溫度', '°C')
plot_widget.setLabel('bottom', '時間', 's')
# 顯示網(wǎng)格
plot_widget.showGrid(x=True, y=True, alpha=0.3)
# 生成示例數(shù)據(jù)并繪圖
x = np.linspace(0, 10, 100)
y = np.sin(x)
# 繪制一條紅色、帶圓形標(biāo)記的曲線，并命名為“示例曲線”
plot_widget.plot(x, y, pen='r', symbol='o', symbolSize=5, name='示例曲線')
# 添加圖例
plot_widget.addLegend()
plot_widget.show()
sys.exit(app.exec_())

視圖控制與交互

通過設(shè)置視圖范圍和使用信號，可以實(shí)現(xiàn)圖表的自動縮放或聯(lián)動。

# 將X軸范圍鎖定在0到5，Y軸范圍鎖定在-1.5到1.5，并且不留邊距（padding=0）
plot_widget.setXRange(0, 5, padding=0)
plot_widget.setYRange(-1.5, 1.5, padding=0)
# 連接信號，當(dāng)視圖范圍改變時在控制臺打印新范圍
def on_x_range_changed(view, range_tuple):
   print(f"X軸范圍變?yōu)? {range_tuple}")
plot_widget.sigXRangeChanged.connect(on_x_range_changed)

動態(tài)數(shù)據(jù)更新

對于實(shí)時數(shù)據(jù)展示，高效的方法是更新已有數(shù)據(jù)項(xiàng)，而非清除重繪。

# 初始繪制一條空曲線，并保存其引用
curve = plot_widget.plot(pen='b')
# 初始化數(shù)據(jù)容器
data_x = []
data_y = []
# 模擬數(shù)據(jù)更新函數(shù)
def update_data(new_value):
   data_x.append(len(data_x))  # 假設(shè)X軸是數(shù)據(jù)點(diǎn)索引
   data_y.append(new_value)
   # 高效更新曲線數(shù)據(jù)
   curve.setData(data_x, data_y)

效果如圖：

實(shí)用技巧與進(jìn)階概念

掌握了基本操作后，了解一些進(jìn)階概念和技巧能讓你的圖表更出色。

理解底層架構(gòu)：PlotWidget是一個高級封裝，其內(nèi)部核心是一個 PlotItem，而 PlotItem又包含一個負(fù)責(zé)實(shí)際顯示和交互的 ViewBox。當(dāng)你調(diào)用 plot_widget.plot()時，實(shí)際上是在其內(nèi)部的 PlotItem上操作。這種設(shè)計(jì)使得 PlotWidget既易用又強(qiáng)大。

線條與標(biāo)記樣式：通過 pg.mkPen()和 pg.mkBrush()可以創(chuàng)建更復(fù)雜的線條和填充樣式。

# 創(chuàng)建自定義的筆（Pen）：藍(lán)色、2像素寬、虛線
custom_pen = pg.mkPen(color='b', width=2, style=pg.QtCore.Qt.DashLine)
# 創(chuàng)建自定義的畫刷（Brush）：綠色填充
custom_brush = pg.mkBrush('g')
plot_widget.plot(x, y, pen=custom_pen, symbol='s', symbolBrush=custom_brush)

多圖表布局：如果需要在一個窗口中排列多個圖表，可以使用 GraphicsLayoutWidget，它類似于一個網(wǎng)格布局，可以輕松地添加和管理多個 PlotItem。

layout_widget = pg.GraphicsLayoutWidget()
plot1 = layout_widget.addPlot(row=0, col=0, title="圖表1")
plot2 = layout_widget.addPlot(row=0, col=1, title="圖表2")
plot3 = layout_widget.addPlot(row=1, col=0, colspan=2, title="圖表3") # 合并兩列

高級功能與應(yīng)用

實(shí)時數(shù)據(jù)更新：這是PyQtGraph的強(qiáng)項(xiàng)。正確做法是更新已有數(shù)據(jù)項(xiàng)，而非重繪 。

# 初始化時獲取曲線引用
self.curve = plot_widget.plot(pen='y')
# ... 數(shù)據(jù)更新邏輯
new_y = np.sin(new_x)
self.curve.setData(new_x, new_y) # 高效更新數(shù)據(jù)

鼠標(biāo)交互與事件：默認(rèn)支持縮放和平移。還可以連接鼠標(biāo)事件實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊添加點(diǎn)等高級交互 。

# 連接鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件示例
def on_click(event):
    pos = event.scenePos()
    # 將場景坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)坐標(biāo)...
plot_widget.scene().sigMouseClicked.connect(on_click)

實(shí)用技巧

• 性能優(yōu)先：處理海量數(shù)據(jù)或需要高頻實(shí)時更新時，PlotWidget是理想選擇 。
• 理解層次：明確 PlotWidget(容器) 、PlotItem(圖表管理) 和 ViewBox(數(shù)據(jù)視圖) 的分工，有助于解決復(fù)雜問題 。
• 善用示例：通過運(yùn)行 import pyqtgraph.examples; pyqtgraph.examples.run()來探索大量現(xiàn)成案例 。

擴(kuò)展

PlotWidget是如何體現(xiàn)GraphicsView、GraphicsScene、GraphicsItem這三個核心組件交互的

PlotWidget 的精妙之處在于，它作為一個高度集成的高級組件，將 Qt Graphics View 框架中三個核心組件——GraphicsView（視圖）、GraphicsScene（場景）和 GraphicsItem（圖元）的復(fù)雜交互封裝了起來，為我們提供了一個開箱即用、功能強(qiáng)大的繪圖界面。

為了更直觀地理解這三者是如何在 PlotWidget 內(nèi)部協(xié)同工作的，我們可以參考下面的協(xié)作流程圖：

下面我們來詳細(xì)解讀這個協(xié)作過程。

核心交互流程

1. 視圖（GraphicsView）：交互的窗口

PlotWidget 本身繼承自 GraphicsView，它充當(dāng)了觀察窗口的角色。

• 職責(zé)：負(fù)責(zé)將不可見的場景內(nèi)容可視化顯示在屏幕上，并處理最基礎(chǔ)的鼠標(biāo)縮放、平移、鍵盤事件等用戶交互。
• 在PlotWidget中的體現(xiàn)：當(dāng)你創(chuàng)建一個 PlotWidget 時，就已經(jīng)創(chuàng)建了一個“準(zhǔn)備好了”的視圖窗口。你無需手動創(chuàng)建 QGraphicsView，PlotWidget 已經(jīng)包含了它。

2. 場景（GraphicsScene）：圖元的舞臺

PlotWidget 內(nèi)部自動創(chuàng)建并管理著一個 PlotItem（它本身是一種特殊的 GraphicsItem），而 PlotItem又包含一個 ViewBox和一個默認(rèn)的 GraphicsScene。

• 職責(zé)：GraphicsScene是一個不可見的容器和管理者。它不負(fù)責(zé)繪制，而是管理所有添加到其中的圖元（GraphicsItem），處理事件的派發(fā)（比如將鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件傳遞給正確的圖元），并管理圖元的狀態(tài)（如選擇狀態(tài)）。
• 在PlotWidget中的體現(xiàn)：當(dāng)你調(diào)用 PlotWidget.plot()方法繪制一條曲線時，曲線（一個 PlotDataItem）實(shí)際上是被添加到了這個內(nèi)部的場景中。場景負(fù)責(zé)維護(hù)這條曲線和其他所有圖元（如坐標(biāo)軸、網(wǎng)格、標(biāo)簽）的層次和關(guān)系。

3. 圖元（GraphicsItem）：真正的內(nèi)容

在場景中顯示的每一個獨(dú)立元素都是一個圖元。

• 職責(zé)：這是具體的內(nèi)容繪制者。一條曲線、一個數(shù)據(jù)點(diǎn)、一段文字、一個坐標(biāo)軸刻度，都可以是單獨(dú)的圖元。它們知道自己如何被繪制（通過重寫 paint()方法），并能響應(yīng)發(fā)生在其自身范圍內(nèi)的事件。
• 在PlotWidget中的體現(xiàn)：PlotWidget.plot()方法會創(chuàng)建并返回一個 PlotDataItem（它是 GraphicsItem的子類），它就是你看到的那條曲線。同樣，坐標(biāo)軸（AxisItem）、圖例等也都是圖元。

協(xié)作實(shí)例：一次鼠標(biāo)點(diǎn)擊的旅程

假設(shè)你在 PlotWidget 的曲線圖上點(diǎn)擊了一下鼠標(biāo)，這個過程清晰地展示了三者的協(xié)作：

• 視圖接收：PlotWidget（作為 GraphicsView）首先接收到原始的鼠標(biāo)點(diǎn)擊視圖坐標(biāo)（以像素為單位，原點(diǎn)在視圖左上角）。
• 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：PlotWidget使用 mapToScene()函數(shù)將視圖坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為場景坐標(biāo)。
• 事件派發(fā)：轉(zhuǎn)換后的事件被傳遞給內(nèi)部的 GraphicsScene。
• 定位圖元：GraphicsScene根據(jù)場景坐標(biāo)，查詢哪個（些）圖元位于點(diǎn)擊位置之下（例如，你的曲線圖元），這就是所謂的碰撞檢測。
• 圖元響應(yīng)：事件被派發(fā)給命中了的曲線圖元（PlotDataItem）。這個圖元可以觸發(fā)相應(yīng)的動作，例如發(fā)射一個包含點(diǎn)擊位置數(shù)據(jù)坐標(biāo)的信號，或者改變自身外觀以示被選中。

開發(fā)者視角的簡化

對于我們開發(fā)者而言，PlotWidget 的偉大之處在于它將底層交互封裝成了簡單的 API。在絕大多數(shù)情況下，你不需要直接操作 GraphicsScene或底層的 GraphicsItem。

• 添加內(nèi)容：使用 PlotWidget.plot(), PlotWidget.addItem()等方法。PlotWidget 會幫你處理將這些圖元添加到正確場景的一切事宜。
• 設(shè)置樣式：直接調(diào)用 PlotWidget的方法，如 setBackground(), showGrid(), setLabel()。這些調(diào)用最終都會由 PlotWidget 傳遞給內(nèi)部對應(yīng)的場景和圖元（如坐標(biāo)軸圖元）來執(zhí)行。
• 獲取內(nèi)部組件：在需要更高級控制時，你可以通過 PlotWidget.getPlotItem(), PlotWidget.getViewBox(), PlotWidget.scene()等方法來獲取內(nèi)部的組件，從而進(jìn)行深度定制。

總結(jié)

簡單來說，PlotWidget 是一個“導(dǎo)演”，它搭建了一個完整的演出舞臺（整合了 Scene 和 View），并提供了豐富的“劇本”（API）。而我們開發(fā)者就像“制片人”，只需要下達(dá)指令（“在這里畫一條正弦曲線”），導(dǎo)演就會指揮演員（GraphicsItem）在舞臺上的正確位置進(jìn)行表演，并處理好觀眾（用戶）與演員之間的所有互動。

希望這些介紹能幫助你更好地理解和使用 PlotWidget。它是一個在功能、易用性和性能之間取得了出色平衡的工具，非常適合用于構(gòu)建交互式科學(xué)計(jì)算應(yīng)用程序的圖形界面。

到此這篇關(guān)于PyQtGraph中的PlotWidget基本使用和代碼示例的文章就介紹到這了,更多相關(guān)PyQtGraph PlotWidget使用內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！