顶刊中的全球地图投影（五）-Orthographic投影Python实现

2026年3月
zbhgis 浩瀚地学3978 字约 20 分钟
创建于

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/Orthographic_map_projection

以下图片来源：https://doi.org/10.1038/s41561-025-01894-y

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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

PYTHON
"""-------------------------------------------------------------------------------@Author         :  zbhgis@Github         :  https://github.com/zbhgis@Description    :  different views of orthographic projection-------------------------------------------------------------------------------"""import matplotlib.pyplot as pltimport cartopy.crs as ccrsimport 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

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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()

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Orthographic(100, 40, 0)

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Orthographic(-100, 40, 0)

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Orthographic(100, 40, 45)

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Orthographic(100, 40, 90)

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Orthographic(0, 90, 0)

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Orthographic(0, 90, 180)

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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set_extent()至set_boundary()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

PYTHON
"""-------------------------------------------------------------------------------@Author         :  zbhgis@Github         :  https://github.com/zbhgis@Description    :  different extents of orthographic projection-------------------------------------------------------------------------------"""import matplotlib.pyplot as pltimport cartopy.crs as ccrsimport cartopy.feature as cfeatureimport numpy as npimport matplotlib.path as mpathimport matplotlib.ticker as mtickerextents = [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

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orthographic (0, 90, 0)orthographic (0, 90, 0)orthographic (0, 90, 0)

绘制结果

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写在最后

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）。

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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。