Графики стиля xkcd в MATLAB

Итак, талантливые люди выяснили, как сделать xkcd графы стиля в Mathematica, в LaTeX, в Python и в R уже.

Как можно использовать MATLAB для создания графика, который выглядит как выше?

Что я пробовал

Я создал вигглые линии, но я не мог получить остроконечные топоры. Единственное решение, о котором я думал, это перезаписать их с помощью wiggly линий, но я хочу, чтобы иметь возможность изменять фактические оси. Я также не мог получить шрифт Юмор, используемый бит кода:

 annotation('textbox',[left+left/8 top+0.65*top 0.05525 0.065],...
'String',{'EMBARRASSMENT'},...
'FontSize',24,...
'FontName','Humor',...
'FitBoxToText','off',...
'LineStyle','none');

Для линии wiggly я экспериментировал с добавлением небольшого случайного шума и сглаживания:

 smooth(0.05*randn(size(x)),10)

Но я не мог сделать белый фон вокруг себя, когда они пересекаются...

Ответ 1

Я вижу два способа решить эту проблему: Первый способ - добавить некоторый джиттер к координатам x/y для сюжетных функций. Преимущество этого заключается в том, что вы можете легко изменить сюжет, но вам нужно нарисовать оси самостоятельно, если вы хотите, чтобы они были xkcdyfied (см. решение @Rody Oldenhuis). Второй способ - создать нечеткий сюжет и использовать imtransform для применения случайного искажения к изображению. Это имеет то преимущество, что вы можете использовать его с любым сюжетом, но в итоге вы получите изображение, а не редактируемый сюжет.

Сначала я покажу # 2, и моя попытка №1 ниже (если вам нравится # 1 лучше, посмотрите решение Rody!).

Это решение основывается на двух ключевых функциях: EXPORT_FIG из обмена файлами, чтобы получить сглаженный скриншот и IMTRANSFORM, чтобы получить преобразование.

%# define plot data
x = 1:0.1:10;
y1 = sin(x).*exp(-x/3) + 3;
y2 = 3*exp(-(x-7).^2/2) + 1;

%# plot
fh = figure('color','w');
hold on
plot(x,y1,'b','lineWidth',3);
plot(x,y2,'w','lineWidth',7);
plot(x,y2,'r','lineWidth',3);

xlim([0.95 10])
ylim([0 5])
set(gca,'fontName','Comic Sans MS','fontSize',18,'lineWidth',3,'box','off')

%# add an annotation 
 annotation(fh,'textarrow',[0.4 0.55],[0.8 0.65],...
     'string',sprintf('text%shere',char(10)),'headStyle','none','lineWidth',1.5,...
     'fontName','Comic Sans MS','fontSize',14,'verticalAlignment','middle','horizontalAlignment','left')

%# capture with export_fig
im = export_fig('-nocrop',fh);

%# add a bit of border to avoid black edges
im = padarray(im,[15 15 0],255);

%# make distortion grid
sfc = size(im);
[yy,xx]=ndgrid(1:7:sfc(1),1:7:sfc(2));
pts = [xx(:),yy(:)];
tf = cp2tform(pts+randn(size(pts)),pts,'lwm',12);
w = warning;
warning off images:inv_lwm:cannotEvaluateTransfAtSomeOutputLocations
imt = imtransform(im,tf);
warning(w)

%# remove padding
imt = imt(16:end-15,16:end-15,:);

figure('color','w')
imshow(imt)

Здесь моя первоначальная попытка дрожать

%# define plot data
x = 1:0.1:10;
y1 = sin(x).*exp(-x/3) + 3;
y2 = 3*exp(-(x-7).^2/2) + 1;

%# jitter
x = x+randn(size(x))*0.01;
y1 = y1+randn(size(x))*0.01;
y2 = y2+randn(size(x))*0.01;

%# plot
figure('color','w')
hold on
plot(x,y1,'b','lineWidth',3);
plot(x,y2,'w','lineWidth',7);
plot(x,y2,'r','lineWidth',3);

xlim([0.95 10])
ylim([0 5])
set(gca,'fontName','Comic Sans MS','fontSize',18,'lineWidth',3,'box','off')

Ответ 2

Вместо повторной реализации всех функций построения графика я хотел создать общий инструмент, который мог бы преобразовать любой существующий график в график стиля xkcd.

Этот подход означает, что вы можете создавать графики и стиль их с помощью стандартных MATLAB, а затем, когда вы закончите, -принять сюжет в стиле xkcd, сохранив общий стиль сюжета.

Примеры

земля

Бар и сюжет

Коробка и график

Как это работает

Функция работает путем итерации над дочерними осями. Если дети имеют тип line или patch, он слегка их искажает. Если ребенок имеет тип hggroup, он выполняет итерацию на дочерних элементах hggroup. Я планирую поддерживать другие типы сюжетов, такие как image, но неясно, какой лучший способ исказить изображение, чтобы иметь стиль xkcd.

Наконец, чтобы убедиться, что искажения выглядят одинаково (т.е. короткие линии не отрываются больше, чем длинные строки), я измеряю длину строки в пикселях, а затем образец пропорционально его длине. Затем я добавляю шум для каждого N-го образца, который создает линии, которые имеют более или менее одинаковое количество искажений.

Код

Вместо того, чтобы вставлять несколько сотен строк кода, я просто привяжусь к тексту источника. Кроме того, исходный код и код для генерации приведенных выше примеров свободно доступны GitHub.

Как вы можете видеть из примеров, он еще не искажает сами оси, хотя я планирую реализовать, как только я выясню, как это сделать.

Ответ 3

Первый шаг... найдите нужный системный шрифт (используйте функцию listfonts, чтобы увидеть, что доступно) или установите тот, который соответствует стилю рукописного ввода из xkcd. Я нашел "Юмор Sans" TrueType шрифт от пользователя ch00f, упомянутый в этот блог post, и будет использовать его для моих последующих примеров.

Как я вижу, вам понадобится три разных модифицированных графических объекта для создания таких видов графиков: объект осей, a объект линии и текстовый объект. Вам также может потребоваться объект аннотации, чтобы упростить задачу, но я на этот раз, поскольку это может быть сложнее реализовать, чем три вышеуказанных объекта.

Я создал функции-обертки, которые создали три объекта, переопределив некоторые настройки свойств, чтобы сделать их более похожими на xkcd. Одно из ограничений заключается в том, что новая графика, которую они создают, не будет обновляться в некоторых случаях (например, ограничивающие поля для текстовых объектов при изменении размеров осей), но это может быть учтено с более полной объектно-ориентированной реализацией, которая включает в себя наследование из класс дескриптора, используя события и слушатели и т.д. вот мои более простые реализации:

xkcd_axes.m:

function hAxes = xkcd_axes(xkcdOptions, varargin)

  hAxes = axes(varargin{:}, 'NextPlot', 'add', 'Visible', 'off', ...
               'XLimMode', 'manual', 'YLimMode', 'manual');

  axesUnits = get(hAxes, 'Units');
  set(hAxes, 'Units', 'pixels');
  axesPos = get(hAxes, 'Position');
  set(hAxes, 'Units', axesUnits);
  xPoints = round(axesPos(3)/10);
  yPoints = round(axesPos(4)/10);
  limits = [xlim(hAxes) ylim(hAxes)];
  ranges = [abs(limits(2) - limits(1)) abs(limits(4) - limits(3))];
  backColor = get(get(hAxes, 'Parent'), 'Color');
  xColor = get(hAxes, 'XColor');
  yColor = get(hAxes, 'YColor');
  line('Parent', hAxes, 'Color', xColor, 'LineWidth', 3, ...
       'Clipping', 'off', ...
       'XData', linspace(limits(1), limits(2), xPoints), ...
       'YData', limits(3) + rand(1, xPoints).*0.005.*ranges(2));
  line('Parent', hAxes, 'Color', yColor, 'LineWidth', 3, ...
       'Clipping', 'off', ...
       'YData', linspace(limits(3), limits(4), yPoints), ...
       'XData', limits(1) + rand(1, yPoints).*0.005.*ranges(1));

  xTicks = get(hAxes, 'XTick');
  if ~isempty(xTicks)
    yOffset = limits(3) - 0.05.*ranges(2);
    tickIndex = true(size(xTicks));
    if ismember('left', xkcdOptions)
      tickIndex(1) = false;
      xkcd_arrow('left', [limits(1) + 0.02.*ranges(1) xTicks(1)], ...
                 yOffset, xColor);
    end
    if ismember('right', xkcdOptions)
      tickIndex(end) = false;
      xkcd_arrow('right', [xTicks(end) limits(2) - 0.02.*ranges(1)], ...
                 yOffset, xColor);
    end
    plot([1; 1]*xTicks(tickIndex), ...
         0.5.*[-yOffset; yOffset]*ones(1, sum(tickIndex)), ...
         'Parent', hAxes, 'Color', xColor, 'LineWidth', 3, ...
         'Clipping', 'off');
    xLabels = cellstr(get(hAxes, 'XTickLabel'));
    for iLabel = 1:numel(xLabels)
      xkcd_text(xTicks(iLabel), yOffset, xLabels{iLabel}, ...
                'HorizontalAlignment', 'center', ...
                'VerticalAlignment', 'middle', ...
                'BackgroundColor', backColor);
    end
  end

  yTicks = get(hAxes, 'YTick');
  if ~isempty(yTicks)
    xOffset = limits(1) - 0.05.*ranges(1);
    tickIndex = true(size(yTicks));
    if ismember('down', xkcdOptions)
      tickIndex(1) = false;
      xkcd_arrow('down', xOffset, ...
                 [limits(3) + 0.02.*ranges(2) yTicks(1)], yColor);
    end
    if ismember('up', xkcdOptions)
      tickIndex(end) = false;
      xkcd_arrow('up', xOffset, ...
                 [yTicks(end) limits(4) - 0.02.*ranges(2)], yColor);
    end
    plot(0.5.*[-xOffset; xOffset]*ones(1, sum(tickIndex)), ...
         [1; 1]*yTicks(tickIndex), ...
         'Parent', hAxes, 'Color', yColor, 'LineWidth', 3, ...
         'Clipping', 'off');
    yLabels = cellstr(get(hAxes, 'YTickLabel'));
    for iLabel = 1:numel(yLabels)
      xkcd_text(xOffset, yTicks(iLabel), yLabels{iLabel}, ...
                'HorizontalAlignment', 'right', ...
                'VerticalAlignment', 'middle', ...
                'BackgroundColor', backColor);
    end
  end

  function xkcd_arrow(arrowType, xArrow, yArrow, arrowColor)
    if ismember(arrowType, {'left', 'right'})
      xLine = linspace(xArrow(1), xArrow(2), 10);
      yLine = yArrow + rand(1, 10).*0.003.*ranges(2);
      arrowScale = 0.05.*ranges(1);
      if strcmp(arrowType, 'left')
        xArrow = xLine(1) + arrowScale.*[0 0.5 1 1 1 0.5];
        yArrow = yLine(1) + arrowScale.*[0 0.125 0.25 0 -0.25 -0.125];
      else
        xArrow = xLine(end) - arrowScale.*[0 0.5 1 1 1 0.5];
        yArrow = yLine(end) + arrowScale.*[0 -0.125 -0.25 0 0.25 0.125];
      end
    else
      xLine = xArrow + rand(1, 10).*0.003.*ranges(1);
      yLine = linspace(yArrow(1), yArrow(2), 10);
      arrowScale = 0.05.*ranges(2);
      if strcmp(arrowType, 'down')
        xArrow = xLine(1) + arrowScale.*[0 0.125 0.25 0 -0.25 -0.125];
        yArrow = yLine(1) + arrowScale.*[0 0.5 1 1 1 0.5];
      else
        xArrow = xLine(end) + arrowScale.*[0 -0.125 -0.25 0 0.25 0.125];
        yArrow = yLine(end) - arrowScale.*[0 0.5 1 1 1 0.5];
      end
    end
    line('Parent', hAxes, 'Color', arrowColor, 'LineWidth', 3, ...
         'Clipping', 'off', 'XData', xLine, 'YData', yLine);
    patch('Parent', hAxes, 'FaceColor', arrowColor, ...
          'EdgeColor', arrowColor, 'LineWidth', 2, 'Clipping', 'off', ...
          'XData', xArrow + [0 rand(1, 5).*0.002.*ranges(1)], ...
          'YData', yArrow + [0 rand(1, 5).*0.002.*ranges(2)]);
  end

end

xkcd_text.m:

function hText = xkcd_text(varargin)

  hText = text(varargin{:});
  set(hText, 'FontName', 'Humor Sans', 'FontSize', 13, ...
      'FontWeight', 'normal');

  backColor = get(hText, 'BackgroundColor');
  edgeColor = get(hText, 'EdgeColor');
  if ~strcmp(backColor, 'none') || ~strcmp(edgeColor, 'none')
    hParent = get(hText, 'Parent');
    extent = get(hText, 'Extent');
    nLines = size(get(hText, 'String'), 1);
    extent = extent + [-0.5 -0.5 1 1].*0.25.*extent(4)./nLines;
    yPoints = 5*nLines;
    xPoints = round(yPoints*extent(3)/extent(4));
    noiseScale = 0.05*extent(4)/nLines;
    set(hText, 'BackgroundColor', 'none', 'EdgeColor', 'none');
    xBox = [linspace(extent(1), extent(1) + extent(3), xPoints) ...
            extent(1) + extent(3) + noiseScale.*rand(1, yPoints) ...
            linspace(extent(1) + extent(3), extent(1), xPoints) ...
            extent(1) + noiseScale.*rand(1, yPoints)];
    yBox = [extent(2) + noiseScale.*rand(1, xPoints) ...
            linspace(extent(2), extent(2) + extent(4), yPoints) ...
            extent(2) + extent(4) + noiseScale.*rand(1, xPoints) ...
            linspace(extent(2) + extent(4), extent(2), yPoints)];
    patch('Parent', hParent, 'FaceColor', backColor, ...
          'EdgeColor', edgeColor, 'LineWidth', 2, 'Clipping', 'off', ...
          'XData', xBox, 'YData', yBox);
    hKids = get(hParent, 'Children');
    set(hParent, 'Children', [hText; hKids(hKids ~= hText)]);
  end

end

xkcd_line.m:

function hLine = xkcd_line(xData, yData, varargin)

  yData = yData + 0.01.*max(range(xData), range(yData)).*rand(size(yData));
  line(xData, yData, varargin{:}, 'Color', 'w', 'LineWidth', 8);
  hLine = line(xData, yData, varargin{:}, 'LineWidth', 3);

end

И вот образец script, который использует их для воссоздания вышеупомянутого комикса. Я воссоздал строки, используя ginput, чтобы пометить точки на графике мышью, захватив их, а затем нарисовать их так, как я хотел:

xS = [0.0359 0.0709 0.1004 0.1225 0.1501 0.1759 0.2219 0.2477 0.2974 0.3269 0.3582 0.3895 0.4061 0.4337 0.4558 0.4797 0.5074 0.5276 0.5589 0.5810 0.6013 0.6179 0.6271 0.6344 0.6381 0.6418 0.6529 0.6713 0.6842 0.6934 0.7026 0.7118 0.7265 0.7376 0.7560 0.7726 0.7836 0.7965 0.8149 0.8370 0.8573 0.8867 0.9033 0.9346 0.9659 0.9843 0.9936];
yS = [0.2493 0.2520 0.2548 0.2548 0.2602 0.2629 0.2629 0.2657 0.2793 0.2657 0.2575 0.2575 0.2602 0.2629 0.2657 0.2766 0.2793 0.2875 0.3202 0.3856 0.4619 0.5490 0.6771 0.7670 0.7970 0.8270 0.8433 0.8433 0.8243 0.7180 0.6199 0.5272 0.4510 0.4128 0.3392 0.2711 0.2275 0.1757 0.1485 0.1131 0.1022 0.0858 0.0858 0.1022 0.1267 0.1567 0.1594];

xF = [0.0304 0.0488 0.0727 0.0967 0.1335 0.1630 0.2090 0.2348 0.2698 0.3011 0.3269 0.3545 0.3803 0.4153 0.4466 0.4724 0.4945 0.5110 0.5350 0.5516 0.5608 0.5700 0.5755 0.5810 0.5884 0.6013 0.6179 0.6363 0.6492 0.6584 0.6676 0.6731 0.6842 0.6860 0.6934 0.7007 0.7136 0.7265 0.7394 0.7560 0.7726 0.7818 0.8057 0.8444 0.8794 0.9107 0.9475 0.9751 0.9917];
yF = [0.0804 0.0940 0.0967 0.1049 0.1185 0.1458 0.1512 0.1540 0.1649 0.1812 0.1812 0.1703 0.1621 0.1594 0.1703 0.1975 0.2411 0.3065 0.3801 0.4782 0.5708 0.6526 0.7452 0.8106 0.8324 0.8488 0.8433 0.8270 0.7888 0.7343 0.6826 0.5981 0.5300 0.4782 0.3910 0.3420 0.2847 0.2248 0.1621 0.0995 0.0668 0.0395 0.0232 0.0177 0.0204 0.0232 0.0259 0.0204 0.0232];

xE = [0.0267 0.0488 0.0856 0.1409 0.1759 0.2164 0.2514 0.3011 0.3269 0.3637 0.3969 0.4245 0.4503 0.4890 0.5313 0.5608 0.5939 0.6344 0.6694 0.6934 0.7192 0.7394 0.7523 0.7689 0.7891 0.8131 0.8481 0.8757 0.9070 0.9346 0.9604 0.9807 0.9936];
yE = [0.0232 0.0232 0.0232 0.0259 0.0259 0.0259 0.0313 0.0259 0.0259 0.0259 0.0368 0.0395 0.0477 0.0586 0.0777 0.0886 0.1213 0.1730 0.2466 0.2902 0.3638 0.5082 0.6499 0.7916 0.8924 0.9414 0.9550 0.9387 0.9060 0.8760 0.8542 0.8379 0.8188];

hFigure = figure('Position', [300 300 700 450], 'Color', 'w');
hAxes = xkcd_axes({'left', 'right'}, 'XTick', [0.45 0.60 0.7 0.8], ...
                  'XTickLabel', {'YARD', 'STEPS', 'DOOR', 'INSIDE'}, ...
                  'YTick', []);

hSpeed = xkcd_line(xS, yS, 'Parent', hAxes, 'Color', [0.5 0.5 0.5]);
hFear = xkcd_line(xF, yF, 'Parent', hAxes, 'Color', [0 0.5 1]);
hEmb = xkcd_line(xE, yE, 'Parent', hAxes, 'Color', 'r');

hText = xkcd_text(0.27, 0.9, ...
                  {'WALKING BACK TO MY'; 'FRONT DOOR AT NIGHT:'}, ...
                  'Parent', hAxes, 'EdgeColor', 'k', ...
                  'HorizontalAlignment', 'center');

hSpeedNote = xkcd_text(0.36, 0.35, {'FORWARD'; 'SPEED'}, ...
                       'Parent', hAxes, 'Color', 'k', ...
                       'HorizontalAlignment', 'center');
hSpeedLine = xkcd_line([0.4116 0.4282 0.4355 0.4411], ...
                       [0.3392 0.3256 0.3038 0.2820], ...
                       'Parent', hAxes, 'Color', 'k');
hFearNote = xkcd_text(0.15, 0.45, {'FEAR'; 'THAT THERE''S'; ...
                                   'SOMETHING'; 'BEIND ME'}, ...
                      'Parent', hAxes, 'Color', 'k', ...
                      'HorizontalAlignment', 'center');
hFearLine = xkcd_line([0.1906 0.1998 0.2127 0.2127 0.2201 0.2256], ...
                      [0.3501 0.3093 0.2629 0.2221 0.1975 0.1676], ...
                      'Parent', hAxes, 'Color', 'k');
hEmbNote = xkcd_text(0.88, 0.45, {'EMBARRASSMENT'}, ...
                     'Parent', hAxes, 'Color', 'k', ...
                     'HorizontalAlignment', 'center');
hEmbLine = xkcd_line([0.8168 0.8094 0.7983 0.7781 0.7578], ...
                     [0.4864 0.5436 0.5872 0.6063 0.6226], ...
                     'Parent', hAxes, 'Color', 'k');

И (трубы) здесь получившийся сюжет!:

Ответ 4

Итак, вот моя менее грубая, но еще не совсем-то-таки попытка:

%# init
%# ------------------------

noise = @(x,A) A*randn(size(x));
ns    = @(x,A) A*ones(size(x));


h = figure(2); clf, hold on
pos = get(h, 'position');
set(h, 'position', [pos(1:2) 800 450]);


blackline = {
    'k', ...
    'linewidth', 2};
axisline = {
    'k', ...
    'linewidth', 3};

textprops = {
    'fontName','Comic Sans MS',...
    'fontSize', 14,...
    'lineWidth',3};


%# Plot data
%# ------------------------
x  = 1:0.1:10;

y0 = sin(x).*exp(-x/30) + 3;
y1 = sin(x).*exp(-x/3) + 3;
y2 = 3*exp(-(x-7).^6/.05) + 1;

y0 = y0 + noise(x, 0.01);
y1 = y1 + noise(x, 0.01);
y2 = y2 + noise(x, 0.01);

%# plot
plot(x,y0, 'color', [0.7 0.7 0.7], 'lineWidth',3);

plot(x,y1, 'w','lineWidth',7);
plot(x,y1, 'b','lineWidth',3);

plot(x,y2, 'w','lineWidth',7);
plot(x,y2, 'r','lineWidth',3);




%# text
%# ------------------------
ll(1) = text(1.3, 4.2,...
    {'Walking back to my'
    'front door at night:'});

ll(2) = text(5, 0.7, 'yard');
ll(3) = text(6.2, 0.7, 'steps');
ll(4) = text(7, 0.7, 'door');
ll(5) = text(8, 0.7, 'inside');

set(ll, textprops{:});


%# arrows & lines
%# ------------------------

%# box around "walking back..."
xx = 1.2:0.1:3.74;
yy = ns(xx, 4.6) + noise(xx, 0.007);
plot(xx, yy, blackline{:})

xx = 1.2:0.1:3.74;
yy = ns(xx, 3.8) + noise(xx, 0.007);
plot(xx, yy, blackline{:})

yy = 3.8:0.1:4.6;
xx = ns(yy, 1.2) + noise(yy, 0.007);
plot(xx, yy, blackline{:})

xx = ns(yy, 3.74) + noise(yy, 0.007);
plot(xx, yy, blackline{:})

%# left arrow
x_arr = 1.2:0.1:4.8;
y_arr = 0.65 * ones(size(x_arr)) + noise(x_arr, 0.005);
plot(x_arr, y_arr, blackline{:})
x_head = [1.1 1.6 1.62];
y_head = [0.65 0.72 0.57];
patch(x_head, y_head, 'k')

%# right arrow
x_arr = 8.7:0.1:9.8;
y_arr = 0.65 * ones(size(x_arr)) + noise(x_arr, 0.005);
plot(x_arr, y_arr, blackline{:})
x_head = [9.8 9.3 9.3];
y_head = [0.65 0.72 0.57];
patch(x_head, y_head, 'k')

%# left line on axis
y_line = 0.8:0.1:1.1;
x_line = ns(y_line, 6.5) + noise(y_line, 0.005);
plot(x_line, y_line, blackline{:})

%# right line on axis
y_line = 0.8:0.1:1.1;
x_line = ns(y_line, 7.2) + noise(y_line, 0.005);
plot(x_line, y_line, blackline{:})

%# axes
x_xax = x;
y_xax = 0.95 + noise(x_xax, 0.01);
y_yax = 0.95:0.1:5;
x_yax = x(1) + noise(y_yax, 0.01);
plot(x_xax, y_xax, axisline{:})
plot(x_yax, y_yax, axisline{:})


% finalize 
%# ------------------------

xlim([0.95 10])
ylim([0 5])
axis off

Результат:

Чем заняться:

Найти лучшие функции (лучше определить их кусочно)
Добавьте "аннотации" и волнистые линии к кривым, которые они описывают.
Найдите лучший шрифт, чем Comic Sans!
Обобщите все в функцию plot2xkcd, чтобы мы могли преобразовать любой график/фигуру в стиль xkcd.