MATLAB 中的 xkcd 样式图

Question

有才华的人已经想出了如何制作xkcd 样式图in Mathematica、in LaTeX、in Python 和in R。

如何使用 MATLAB 生成与上述相似的绘图？

我尝试过的

我创建了摆动的线条，但我无法获得摆动的轴。我想到的唯一解决方案是用摆动的线条覆盖它们，但我希望能够改变实际的轴。我也无法让 Humor 字体工作，使用的代码位是：

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

对于摆动线，我尝试添加一个小的随机噪声和平滑：

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

但是当它们相交时我无法使白色背景出现在它们周围...

Answer 1

我看到了两种解决方法：第一种方法是在绘图特征的 x/y 坐标上添加一些抖动。这样做的好处是您可以轻松地修改绘图，但如果您想让它们 xkcdyfied，您必须自己绘制轴（请参阅@Rody Oldenhuis' solution）。第二种方法是创建一个非抖动图，并使用imtransform 对图像应用随机失真。这样做的好处是您可以将它用于任何绘图，但您最终会得到一个图像，而不是可编辑的绘图。

我将首先展示#2，然后在下面尝试#1（如果您更喜欢#1，请查看Rody's solution！）。

此解决方案依赖于两个关键功能：来自文件交换的EXPORT_FIG 获取消除锯齿的屏幕截图，以及IMTRANSFORM 获取转换。

%# 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)

---

这是我最初的抖动尝试

%# 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')

Answer 2

我不想重新实现所有各种绘图功能，而是想创建一个通用工具，可以将任何现有绘图转换为 xkcd 样式绘图。

这种方法意味着您可以使用标准 MATLAB 函数创建绘图并设置它们的样式，然后当您完成后，您可以以 xkcd 样式重新渲染绘图，同时保留绘图的整体样式。

示例

情节

条形图

箱线图

工作原理

该函数通过迭代轴的子级来工作。如果孩子是line 或patch 类型，它会稍微扭曲它们。如果孩子是hggroup 类型，那么它会迭代hggroup 的子孩子。我计划支持其他绘图类型，例如image，但不清楚什么是扭曲图像以具有 xkcd 样式的最佳方法。

最后，为了确保扭曲看起来一致（即短线不会比长线扭曲更多），我以像素为单位测量线长度，然后向上采样与其长度成正比。然后，我向每第 N 个样本添加噪声，这会产生或多或少具有相同失真量的线条。

代码

我不会粘贴数百行代码，而是直接链接到gist of the source。此外，源代码和生成上述示例的代码可免费获得GitHub。

正如您从示例中看到的那样，它还没有扭曲轴本身，尽管我计划在找到最佳方法后立即实施。

Answer 3

第一步...找到您喜欢的系统字体（使用功能listfonts查看可用的字体）或安装与xkcd中的手写风格匹配的字体。我从this blog post 中提到的用户ch00f 那里找到了"Humor Sans" TrueType 字体，并将在我的后续示例中使用它。

在我看来，您通常需要三个不同的修改图形对象来制作这些类型的图形：axes object、line object 和 text object。您可能还想要一个 annotation object 以使事情变得更容易，但我暂时放弃了这一点，因为它可能比上述三个对象更难实现。

我创建了创建这三个对象的包装函数，覆盖了某些属性设置以使它们更像 xkcd。一个限制是它们生成的新图形在某些情况下不会更新（例如调整轴大小时文本对象上的边界框），但这可以通过涉及从 @ 继承的更完整的面向对象实现来解释987654329@，使用events and listeners等。现在，这是我更简单的实现：

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

这里有一个示例脚本，它使用这些来重新创建上述漫画。我使用ginput 重新创建了线条，用鼠标在绘图中标记点，捕获它们，然后按照我想要的方式绘制它们：

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');

而 （小号） 这是最终的情节！：

Answer 4

好吧，这是我的不那么粗暴但仍然不完全有的尝试：

%# 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

结果：

要做的事情：

1. 找到更好的函数（更好地分段定义）
2. 为它们描述的曲线添加“注释”和波浪线
3. 找到比 Comic Sans 更好的字体！
4. 将所有内容概括为函数plot2xkcd，以便我们可以将任何绘图/图形转换为xkcd 样式。