顶刊中的全球地图投影（五）-Orthographic投影Python实现
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前言
上一篇文章介绍了Spilhaus地图投影的补充，这篇将会进一步对Orthographic投影进行补充，帮助大家能够绘制出预期中的地图投影效果。
完整代码及数据均开源，获取方式见文末。
Orthographic投影
Orthographic投影是什么
正射投影（Orthographic projection）是一种方位透视投影（azimuthal perspective projection），其投影中心位于地球无限远处，导致所有投影射线相互平行，等效于平行光源从无穷远照射地球表面至切平面（通常为与球体相切的平面）。在现代，正射投影主要用于模拟卫星或太空视角的真实视觉效果、极地/区域专题展示。
参考：https://en.wikipedia.org/wiki/Orthographicmapprojection
以下图片来源：https://doi.org/10.1038/s41561-025-01894-y
不同的Orthographic投影
实现也比较简单，就是通过内置的 中心经度，中心纬度，方位角 三个参数调节。通过以下代码即可看到不同参数下的正射投影地图，适合极地或洲际或国家尺度研究。
orthographic.py
"""
-------------------------------------------------------------------------------
@Author : zbhgis
@Github : https://github.com/zbhgis
@Description : different views of orthographic projection
-------------------------------------------------------------------------------
"""
import matplotlib.pyplot as plt
import cartopy.crs as ccrs
import cartopy.feature as cfeature
# 设置投影名称与对应的投影
projections = [
("orthographic (0, 0, 0)", ccrs.Orthographic()),
("orthographic (100, 40, 0)", ccrs.Orthographic(100, 40, 0)),
("orthographic (-100, 40, 0)", ccrs.Orthographic(-100, 40, 0)),
("orthographic (100, 40, 45)", ccrs.Orthographic(100, 40, 45)),
("orthographic (100, 40, 90)", ccrs.Orthographic(100, 40, 90)),
("orthographic (0, 90, 0)", ccrs.Orthographic(0, 90, 0)),
("orthographic (0, 90, 180)", ccrs.Orthographic(0, 90, 180)),
]
# 每个投影一张图片
for proj_name, proj in projections:
fig = plt.figure(figsize=(10, 10))
ax = fig.add_subplot(1, 1, 1, projection=proj)
ax.add_feature(cfeature.OCEAN, facecolor="#1f77b4", zorder=0)
ax.add_feature(cfeature.LAND, facecolor="none", edgecolor="none", zorder=1)
ax.coastlines(resolution="50m", color="black")
ax.gridlines(draw_labels=True, linestyle="--")
ax.set_title(proj_name, fontsize=16, pad=10)
print(proj_name)
plt.savefig(
f"./fig_res/{proj_name}.png",
dpi=100,
bbox_inches="tight",
)
plt.close(fig)打印结果
orthographic (0, 0, 0)
orthographic (100, 40, 0)
orthographic (-100, 40, 0)
orthographic (100, 40, 45)
orthographic (100, 40, 90)
orthographic (0, 90, 0)
orthographic (0, 90, 90)
orthographic (0, 90, 180)绘制结果
Orthographic()
Orthographic(100, 40, 0)
Orthographic(-100, 40, 0)
Orthographic(100, 40, 45)
Orthographic(100, 40, 90)
Orthographic(0, 90, 0)
Orthographic(0, 90, 180)
Orthographic投影范围设置
在绘制北半球地图时，热带区域并不是研究重点，需要突出极地或温带部分，因此绘制时会截取出某个纬度以北或以南的部分。
代码中以北极地区为例，设置了20°，40°，60°的范围。核心部分就是setextent()至setboundary()之间的代码。通过绘制一个圆形将所需的部分裁出即可。
orthographic2.py
"""
-------------------------------------------------------------------------------
@Author : zbhgis
@Github : https://github.com/zbhgis
@Description : different extents of orthographic projection
-------------------------------------------------------------------------------
"""
import matplotlib.pyplot as plt
import cartopy.crs as ccrs
import cartopy.feature as cfeature
import numpy as np
import matplotlib.path as mpath
import matplotlib.ticker as mticker
extents = [60, 40, 20]
# 每个投影一张图片
for extent in extents:
proj_name, proj = ("orthographic (0, 90, 0)", ccrs.Orthographic(0, 90, 0))
fig = plt.figure(figsize=(10, 10))
ax = fig.add_subplot(1, 1, 1, projection=proj)
ax.set_extent([-180, 180, extent, 90], crs=ccrs.PlateCarree())
theta = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)
center = (0.5, 0.5)
radius = 0.5
vertices = np.column_stack(
[center[0] + radius * np.cos(theta), center[1] + radius * np.sin(theta)]
)
circle_path = mpath.Path(vertices)
ax.set_boundary(circle_path, transform=ax.transAxes)
ax.add_feature(cfeature.OCEAN, facecolor="#1f77b4", zorder=0)
ax.add_feature(cfeature.LAND, facecolor="none", edgecolor="none", zorder=1)
ax.coastlines(resolution="50m", color="black")
gl = ax.gridlines(
draw_labels=True,
linestyle="--",
alpha=0.5,
linewidth=0.8,
)
gl.xlocator = mticker.MultipleLocator(20)
gl.ylocator = mticker.MultipleLocator(20)
ax.set_title(proj_name, fontsize=16, pad=10)
print(proj_name)
plt.savefig(
f"./fig_res/{proj_name}_{extent}.png",
dpi=100,
bbox_inches="tight",
)
plt.close(fig)打印结果
orthographic (0, 90, 0)
orthographic (0, 90, 0)
orthographic (0, 90, 0)绘制结果
写在最后
完整代码及相关数据文件会在以下github仓库中开源，若有帮助欢迎点个star，不胜感激。
https://github.com/zbhgis/Projects
或者在微信公众号后台回复关键词“代码获取”即可获取百度网盘链接，找到对应名称的文件夹即可（百度网盘链接可能隔几天才会同步）。
代码中使用了很多相对路径，建议获取的时候下载完整文件夹。
如有问题，欢迎添加个人微信交流。