以下是一个基于 ScottPlot 5.0.55 的详细 C# 示例代码，展示如何使用 ScottPlot.WinForms 绘制电压曲线，结合 ResamplerMgr 类进行重采样，确保负值电压区域的曲线平滑连续。示例包括模拟电压数据（正弦波 + 噪声，包含负值）、重采样处理、绘制原始数据（散点）和重采样数据（平滑曲线），并提供交互功能（如鼠标显示坐标）。代码使用 Windows Forms 平台，包含清晰的中文注释，解释每个部分的功能、参数和逻辑，并针对 ScottPlot 5.0.55 的 API 进行优化。

环境准备

  1. NuGet 包安装：

    • 安装特定版本的 ScottPlot.WinForms 和 MathNet.Numerics：

      bash

      dotnet add package ScottPlot.WinForms --version 5.0.55
dotnet add package MathNet.Numerics --version 5.0.0

    • 确保项目文件中包含：

      xml

      <PackageReference Include="ScottPlot.WinForms" Version="5.0.55" />
<PackageReference Include="MathNet.Numerics" Version="5.0.0" />

  2. 项目类型：

    • Windows Forms 应用程序（.NET 8.0 或 .NET Framework 4.8 均可）。

    • 示例使用 FormsPlot 控件，适合 Windows 环境。

  3. 功能概述：

    • 模拟电压数据：正弦波（±5V）加随机噪声，包含负值。

    • 使用 ResamplerMgr 类重采样，生成平滑曲线。

    • 使用 ScottPlot 5.0.55 的 FormsPlot 绘制：

      • 蓝色散点：原始数据。

      • 红色折线：重采样数据。

    • 添加交互功能：鼠标移动时显示坐标。

    • 保存图像为 PNG 文件。

ScottPlot 5.0.55 特性

ScottPlot 5.0.55 是 ScottPlot 5.x 系列的一个稳定版本，改进了性能和 API 设计。以下是本示例中用到的关键特性：

  • FormsPlot 控件：用于 Windows Forms，替代旧版 PlotView，提供高效渲染。

  • Plot API：

    • Add.Scatter：绘制散点图或折线图，支持自定义颜色、线宽、标记大小。

    • Title, XLabel, YLabel：设置图表标题和轴标签。

    • Legend：显示图例。

    • AutoScale：自动调整轴范围，适合负值数据。

    • SavePng：保存图表为 PNG 文件。

  • 交互支持：

    • 通过 MouseMove 事件获取鼠标坐标，显示实时数据点信息。

  • 性能优化：

    • 支持大数据集（本例数据较小，使用 Scatter 即可；若数据量大，可用 Signal）。

完整示例代码

csharp

using MathNet.Numerics;
using MathNet.Numerics.Interpolation;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Windows.Forms;
using ScottPlot.WinForms; // ScottPlot 5.0.55 的 Windows Forms 命名空间

namespace ResamplerLib
{
    /// <summary>
    /// 重采样管理类，用于对电压数据进行插值重采样，确保负值区域平滑连续。
    /// 使用 MathNet.Numerics 的样条插值，支持均匀采样和指定点采样。
    /// </summary>
    public static class ResamplerMgr
    {
        /// <summary>
        /// 均匀重采样，生成指定数量的采样点。
        /// 使用 Cubic Spline 插值，确保负值电压曲线平滑。
        /// </summary>
        /// <param name="sampleCount">目标采样点数量，必须大于 0</param>
        /// <param name="x">输入自变量列表（时间），需严格递增</param>
        /// <param name="y">输入因变量列表（电压），与 x 长度相同</param>
        /// <param name="xout">输出重采样的自变量列表</param>
        /// <param name="yout">输出重采样的因变量列表</param>
        public static void Resample(int sampleCount, List<double> x, List<double> y, out List<double> xout, out List<double> yout)
        {
            // 初始化输出列表
            xout = new List<double>();
            yout = new List<double>();

            // 验证输入数据
            if (!ValidateInput(x, y, sampleCount))
                return;

            try
            {
                // 创建样条插值对象，优化负值区域平滑性
                IInterpolation ip = Interpolate.CubicSpline(x.ToArray(), y.ToArray());

                // 获取时间范围
                double start = x[0];
                double stop = x[x.Count - 1];

                // 处理特殊情况：单点或时间范围为 0
                if (sampleCount == 1 || Math.Abs(stop - start) < 1e-10)
                {
                    xout.Add(start);
                    yout.Add(y[0]);
                    return;
                }

                // 计算步长，确保采样点均匀分布
                double step = (stop - start) / (sampleCount - 1);

                // 逐点插值生成重采样数据
                for (double sx = start; sx <= stop + 1e-10; sx += step)
                {
                    double sy = ip.Interpolate(sx);
                    // 处理插值异常（NaN 或 Infinity）
                    if (double.IsNaN(sy) || double.IsInfinity(sy))
                    {
                        sy = sx <= x[0] ? y[0] : y[y.Count - 1];
                        Console.WriteLine($"警告：sx={sx:F3} 处插值异常，使用边界值 {sy:F3}");
                    }
                    xout.Add(sx);
                    yout.Add(sy);
                }
            }
            catch (Exception ex)
            {
                // 异常处理：返回原始数据并记录错误
                Console.WriteLine($"重采样失败：{ex.Message}");
                xout = new List<double>(x);
                yout = new List<double>(y);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 根据指定的自变量列表进行重采样。
        /// </summary>
        /// <param name="sampleCount">目标采样点数量（占位参数，不实际使用）</param>
        /// <param name="x">输入自变量列表（时间），需严格递增</param>
        /// <param name="y">输入因变量列表（电压），与 x 长度相同</param>
        /// <param name="xx">目标自变量列表，用于插值</param>
        /// <param name="yy">输出重采样的因变量列表</param>
        public static void Resample(int sampleCount, List<double> x, List<double> y, List<double> xx, out List<double> yy)
        {
            // 初始化输出列表
            yy = new List<double>();

            // 验证输入数据
            if (!ValidateInput(x, y, 1) || xx == null || xx.Count == 0)
            {
                Console.WriteLine("无效输入：xx 必须非空且有效");
                return;
            }

            try
            {
                // 创建样条插值对象
                IInterpolation ip = Interpolate.CubicSpline(x.ToArray(), y.ToArray());

                // 对每个目标点进行插值
                foreach (double sx in xx)
                {
                    double sy = ip.Interpolate(sx);
                    // 处理插值异常
                    if (double.IsNaN(sy) || double.IsInfinity(sy))
                    {
                        sy = sx <= x[0] ? y[0] : y[y.Count - 1];
                        Console.WriteLine($"警告：sx={sx:F3} 处插值异常，使用边界值 {sy:F3}");
                    }
                    yy.Add(sy);
                }
            }
            catch (Exception ex)
            {
                // 异常处理：记录错误
                Console.WriteLine($"重采样失败：{ex.Message}");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 两次重采样以提高曲线平滑性。
        /// </summary>
        /// <param name="sampleCount">目标采样点数量</param>
        /// <param name="x">输入自变量列表（时间）</param>
        /// <param name="y">输入因变量列表（电压）</param>
        /// <param name="xout">输出重采样的自变量列表</param>
        /// <param name="yout">输出重采样的因变量列表</param>
        public static void Resample2(int sampleCount, List<double> x, List<double> y, out List<double> xout, out List<double> yout)
        {
            // 初始化输出列表
            xout = new List<double>();
            yout = new List<double>();

            // 第一次重采样：使用两倍采样点
            Resample(2 * sampleCount, x, y, out List<double> xTemp, out List<double> yTemp);

            // 合并原始数据和第一次重采样结果
            List<double> x2 = new List<double>(x);
            List<double> y2 = new List<double>(y);
            x2.AddRange(xTemp);
            y2.AddRange(yTemp);

            // 第二次重采样
            Resample(sampleCount, x2, y2, out xout, out yout);
        }

        /// <summary>
        /// 验证输入数据的有效性。
        /// </summary>
        /// <param name="x">自变量列表（时间）</param>
        /// <param name="y">因变量列表（电压）</param>
        /// <param name="sampleCount">采样点数量</param>
        /// <returns>是否有效</returns>
        private static bool ValidateInput(List<double> x, List<double> y, int sampleCount)
        {
            // 检查输入是否为空或长度不一致
            if (x == null || y == null || x.Count != y.Count || x.Count < 2 || sampleCount <= 0)
            {
                Console.WriteLine("无效输入：x 和 y 必须非空、长度相等、至少 2 个点，且 sampleCount > 0");
                return false;
            }

            // 检查是否包含 NaN 或 Infinity
            if (x.Any(double.IsNaN) || y.Any(double.IsNaN) || x.Any(double.IsInfinity) || y.Any(double.IsInfinity))
            {
                Console.WriteLine("无效输入：x 和 y 不能包含 NaN 或 Infinity");
                return false;
            }

            // 检查 x 是否严格递增
            for (int i = 1; i < x.Count; i++)
            {
                if (x[i] <= x[i - 1])
                {
                    Console.WriteLine("无效输入：x 必须严格递增");
                    return false;
                }
            }

            return true;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 主程序：模拟电压数据，执行重采样，使用 ScottPlot 5.0.55 的 FormsPlot 绘制曲线。
    /// 支持鼠标交互，显示坐标，保存图像为 PNG。
    /// </summary>
    class Program
    {
        [STAThread]
        static void Main()
        {
            // 启用 Windows Forms 视觉样式
            Application.EnableVisualStyles();
            Application.SetCompatibleTextRenderingDefault(false);

            // 创建主窗体
            var form = new Form
            {
                Text = "电压曲线展示 - ScottPlot 5.0.55",
                Width = 800,
                Height = 600
            };

            // 创建 ScottPlot FormsPlot 控件
            var formsPlot = new FormsPlot
            {
                Dock = DockStyle.Fill // 填充整个窗体
            };
            form.Controls.Add(formsPlot);

            // 模拟电压数据：正弦波 + 随机噪声，包含负值
            List<double> x = new List<double>(); // 时间 (秒)
            List<double> y = new List<double>(); // 电压 (伏特)
            Random rand = new Random(42); // 固定种子，确保结果可重复
            for (double t = -5.0; t <= 5.0; t += 0.5) // 时间范围 [-5, 5]
            {
                x.Add(t);
                // 电压 = 5 * sin(t) + 噪声 (±0.25V)
                double voltage = 5.0 * Math.Sin(t) + (rand.NextDouble() - 0.5) * 0.5;
                y.Add(voltage);
            }

            // 进行重采样
            int sampleCount = 100; // 生成 100 个采样点
            ResamplerMgr.Resample(sampleCount, x, y, out List<double> xout, out List<double> yout);

            // 配置 ScottPlot 图表
            var plt = formsPlot.Plot;
            // 添加原始数据（蓝色散点）
            plt.Add.Scatter(x.ToArray(), y.ToArray(),
                color: System.Drawing.Color.Blue,
                markerSize: 5,
                label: "原始数据");
            // 添加重采样数据（红色平滑曲线）
            plt.Add.Scatter(xout.ToArray(), yout.ToArray(),
                color: System.Drawing.Color.Red,
                markerSize: 0, // 无散点，仅绘制折线
                lineWidth: 2,
                label: "重采样数据");
            // 设置图表标题和轴标签
            plt.Title("电压曲线（原始 vs 重采样）");
            plt.XLabel("时间 (秒)");
            plt.YLabel("电压 (伏特)");
            // 显示图例（右上角）
            plt.Legend();
            // 自动调整轴范围，确保负值电压可见
            plt.AutoScale();

            // 添加鼠标交互：显示坐标
            formsPlot.MouseMove += (s, e) =>
            {
                // 获取鼠标在图表中的坐标
                var coords = formsPlot.Plot.GetCoordinates(e.Location);
                // 更新窗体标题，显示时间和电压
                form.Text = $"电压曲线展示 - 时间: {coords.X:F3} 秒, 电压: {coords.Y:F3} 伏特";
            };

            // 保存图像到文件
            try
            {
                plt.SavePng("voltage_curve.png", 800, 600);
                Console.WriteLine("图像已保存为 voltage_curve.png");
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine($"保存图像失败：{ex.Message}");
            }

            // 刷新图表
            formsPlot.Refresh();

            // 运行窗体
            Application.Run(form);
        }
    }
}

代码中文解释

1. ResamplerMgr 类

  • 功能：实现电压数据的重采样，确保负值电压区域的曲线平滑连续。

  • 关键特性：

    • 使用 MathNet.Numerics 的 CubicSpline 插值，替代线性插值，优化负值区域的平滑性。

    • 验证输入数据：确保 x 严格递增，无 NaN 或无穷大。

    • 处理插值异常：当结果为 NaN 或无穷大时，使用边界值（y[0] 或 y[y.Count - 1]）。

    • 支持三种重采样方式：

      • 均匀采样（Resample）。

      • 指定点采样（Resample 重载）。

      • 两次重采样（Resample2）。

  • 方法详解：

    • Resample(int sampleCount, List<double> x, List<double> y, out List<double> xout, out List<double> yout)：

      • 输入：采样点数（sampleCount）、时间（x）、电压（y）。

      • 输出：重采样的时间（xout）和电压（yout）。

      • 逻辑：

        • 验证输入。

        • 创建样条插值对象。

        • 计算步长：(stop - start) / (sampleCount - 1)。

        • 逐点插值，处理负值异常。

    • Resample(int sampleCount, List<double> x, List<double> y, List<double> xx, out List<double> yy)：

      • 根据指定时间点（xx）插值，生成电压（yy）。

    • Resample2：

      • 先用两倍采样点重采样，再用目标采样点重采样，增强平滑性。

    • ValidateInput：

      • 检查输入：非空、长度一致、递增、无异常值。

  • 代码片段：

    csharp

    IInterpolation ip = Interpolate.CubicSpline(x.ToArray(), y.ToArray());
double step = (stop - start) / (sampleCount - 1);
for (double sx = start; sx <= stop + 1e-10; sx += step)
{
    double sy = ip.Interpolate(sx);
    if (double.IsNaN(sy) || double.IsInfinity(sy))
    {
        sy = sx <= x[0] ? y[0] : y[y.Count - 1];
    }
    xout.Add(sx);
    yout.Add(sy);
}

2. 模拟电压数据

  • 生成逻辑：

    • 时间（x）：从 -5 到 5 秒，步长 0.5，共 21 个点。

    • 电压（y）：正弦波（5.0 * Math.Sin(t)）加随机噪声（±0.25V），模拟真实交流信号，包含负值。

    • 使用固定种子（Random(42)）确保结果可重复。

  • 代码：

    csharp

    for (double t = -5.0; t <= 5.0; t += 0.5)
{
    x.Add(t);
    double voltage = 5.0 * Math.Sin(t) + (rand.NextDouble() - 0.5) * 0.5;
    y.Add(voltage);
}

3. 重采样

  • 参数：sampleCount = 100，生成 100 个均匀采样点。

  • 调用：ResamplerMgr.Resample(sampleCount, x, y, out xout, out yout)。

  • 效果：

    • 原始数据：21 个点，可能在负值区域不连续。

    • 重采样数据：100 个点，平滑连续，负值区域无断点。

4. ScottPlot 5.0.55 FormsPlot 控件

  • 创建控件：

    • 使用 FormsPlot，设置 Dock = DockStyle.Fill 填充窗体。

  • 绘图配置：

    • Add.Scatter：

      • 原始数据：蓝色散点（markerSize=5）。

      • 重采样数据：红色折线（markerSize=0，lineWidth=2）。

    • 图表设置：

      • Title：电压曲线（原始 vs 重采样）。

      • XLabel：时间 (秒)。

      • YLabel：电压 (伏特)。

      • Legend：显示图例。

      • AutoScale：自动调整轴范围，确保负值可见。

  • 交互功能：

    • 鼠标移动时，通过 GetCoordinates 获取图表坐标，更新窗体标题显示时间和电压。

  • 保存图像：

    • 使用 SavePng 保存为 800x600 像素的 PNG 文件。

  • 代码：

    csharp

    var plt = formsPlot.Plot;
plt.Add.Scatter(x.ToArray(), y.ToArray(), color: System.Drawing.Color.Blue, markerSize: 5, label: "原始数据");
plt.Add.Scatter(xout.ToArray(), yout.ToArray(), color: System.Drawing.Color.Red, markerSize: 0, lineWidth: 2, label: "重采样数据");
plt.Title("电压曲线（原始 vs 重采样）");
plt.XLabel("时间 (秒)");
plt.YLabel("电压 (伏特)");
plt.Legend();
plt.AutoScale();
formsPlot.MouseMove += (s, e) =>
{
    var coords = formsPlot.Plot.GetCoordinates(e.Location);
    form.Text = $"电压曲线展示 - 时间: {coords.X:F3} 秒, 电压: {coords.Y:F3} 伏特";
};
plt.SavePng("voltage_curve.png", 800, 600);
formsPlot.Refresh();

5. 窗体显示

  • 创建 800x600 像素的窗体，标题为“电压曲线展示 - ScottPlot 5.0.55”。

  • 添加 FormsPlot 控件，运行应用程序。

运行结果

  • 输出：

    • 显示一个窗体，包含：

      • 蓝色散点：原始数据（21 点，包含噪声，可能在负值区域不连续）。

      • 红色曲线：重采样数据（100 点，平滑连续，负值区域无断点）。

    • X 轴：时间从 -5 到 5 秒。

    • Y 轴：电压从约 -5.5 到 5.5 伏特。

    • 图例：区分“原始数据”和“重采样数据”。

    • 鼠标移动：窗体标题动态显示鼠标位置的坐标（时间和电压）。

    • 保存图像：生成 voltage_curve.png 文件。

  • 负值电压处理：

    • 样条插值（CubicSpline）确保负值区域平滑。

    • 边界处理：插值异常时使用边界值。

    • 输入验证：排除 NaN、无穷大、非递增等问题。

使用说明

  1. 运行步骤：

    • 创建 Windows Forms 项目。

    • 安装 NuGet 包：

      bash

      dotnet add package ScottPlot.WinForms --version 5.0.55
dotnet add package MathNet.Numerics --version 5.0.0

    • 复制代码到 Program.cs，运行程序。

  2. 调整参数：

    • 采样点数量：修改 sampleCount（例如 200）以提高曲线分辨率。

    • 数据模拟：更改正弦波或噪声：

      csharp

      double voltage = 10.0 * Math.Sin(t * 2) + (rand.NextDouble() - 0.5) * 1.0; // 双倍频率，更大噪声

  3. 调试负值问题：

    • 检查控制台输出，确认是否触发 NaN 警告。

    • 添加详细日志：

      csharp

      xout.Add(sx);
yout.Add(sy);
Console.WriteLine($"点：sx={sx:F3}, sy={sy:F3}");

  4. 扩展功能：

    • 保存其他格式：

      csharp

      plt.SaveSvg("voltage_curve.svg", 800, 600);

    • 大数据优化：若数据量大（>10,000 点），使用 Signal：

      csharp

      plt.Add.Signal(yout.ToArray(), secondsPerPoint: (xout[1] - xout[0]));

    • WPF 支持：安装 ScottPlot.WPF（5.0.55），替换 FormsPlot 为 WpfPlot：

      csharp

      using ScottPlot.WPF;
var wpfPlot = new WpfPlot { Dock = DockStyle.Fill };

ScottPlot 5.0.55 常见问题

  1. “FormsPlot 未找到”：

    • 确保安装 ScottPlot.WinForms 而非 ScottPlot（核心库）。

    • 检查命名空间：using ScottPlot.WinForms;。

  2. 性能问题：

    • 本例数据量小（100 点），使用 Scatter 足够。若数据量大，使用 Signal 或 SignalXY：

      csharp

      plt.Add.SignalXY(xout.ToArray(), yout.ToArray());

  3. 负值区域不连续：

    • 确保 ResamplerMgr 的输入数据（x, y）有效。

    • 检查控制台日志，确认插值异常。

    • 增加 sampleCount 或使用 Resample2 增强平滑性。

  4. 跨平台需求：

    • ScottPlot 5.0.55 支持 WPF、Avalonia、Maui 等平台，需安装对应包（如 ScottPlot.WPF）。

负值问题解决总结

  • 问题：负值电压导致曲线不连续，通常由插值 NaN 或输入数据异常引起。

  • 解决方案：

    • 使用 CubicSpline 插值，提高负值区域平滑性。

    • 边界处理：插值异常时使用边界值。

    • 输入验证：确保 x 递增、无 NaN 或无穷大。

    • 增加采样点（sampleCount = 100），提高分辨率。

    • 日志记录：便于调试异常点。

扩展与参考

如果遇到特定问题（如输入数据导致不连续）或需要其他平台（如 WPF、Avalonia）的代码，请提供详情，我可以提供定制化解决方案！

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