ggplot2のsizeが意味するもの

付け焼き刃な知識故に、間違いございましたら指摘頂けますと幸いです。

ggplot2を使っていると、数種類の“size”を設定するタイミングがある。例えば、geom_point()で散布図を描画する際のポイントの大きさを指定するためのsize、または連続した線を描画するのに用いられるgeom_line()でのsize、あるいは文字を重ねるためのgeom_text()やannotate()の中でのsizeである。また、少し異なる引数名であるがテーマ指定の関数theme_*()にも“base_size”という名の引数が用意されている。ここで肝心なことは、テキストとその他では、同じsizeであっても単位が異なるということだ。このことは次のStackOverflowの投稿にまとめられている。

stackoverflow.com

まとめて書いてしまうとこの通り。

レイヤーとして重ねるgeom_point()やgeom_line()などの要素のサイズはmm単位（ポイントの大きさ、線の太さなど）
軸やタイトルなど、フォントを表示するテキスト系のサイズはpoint単位(1pointsはおよそ0.352778mm)
geom_point()のポイントの輪郭の太さを制御するstrokeの単位もpoint（ggplot2::.stroke）

以下、この記事ではそのことを確かめてみたいと思う。

適当なggオブジェクトを用意し、それに手を加えて比較していくことにする。

library(ggplot2)
# 日本語の表示のためにフォントを指定
theme_set(theme_gray(base_family = "IPAexGothic"))

p <- 
  ggplot(mtcars, aes(wt, mpg))

まずはgeom_point()やgeom_line()でのsizeである。ここではsize = 10を指定した(既定では1.5)。

p_out <- 
  p + 
  geom_point(size = 10)

この結果をggsave()で出力した図を表示する。ポイントのサイズが10mmにしたので、検証のために出力時のサイズはその10倍となる10cmとした。

ggsave(filename = "out.png", 
       plot = p_out, 
       width = 10, 
       height = 10, 
       units = "cm")

f:id:u_ribo:20180611230853p:plain

確かにmmらしい。もっとも、これはソースコードにも示されている。

Size examples Should be specified with a numerical value (in millimetres), or from a variable source

github.com

次に、軸やタイトルテキストのsizeである。軸のラベルを除いて、size = 10を指定した。

p2 <- 
  p_out +
  # 適当な場所に文字「A」を表示
  annotate("text", x = 2, y = 15, size = 10, label = "A", color = "red") +
  ggtitle("文字の大きさはpointで指定")

p2 + 
  theme(title = element_text(size = 10),
         axis.title = element_text(size = 10),
         # グラフの両軸に用いられる数値の大きさ
         axis.text = element_text(size = 5))

f:id:u_ribo:20180611231008p:plain

フォントを扱っていて、なおかつ同じsize = 10を指定していてもannotate()が表示するフォントが大きい。これはannotate()がレイヤーの要素として評価されるためで、geom_point()のようにsizeはmm単位での指定となるためだ。

もし、タイトルや軸のサイズをmm単位にしたい時はpointをmmへ変換する必要がある。ggplot2::.ptはggplot2の内部で用いられている変数で、ドキュメントもある

p2 +
  theme(axis.title = element_text(size = ggplot2::.pt * 10))

f:id:u_ribo:20180611231028p:plain

最後にtheme_*()の引数“base_size”だが、こちらも単位はpointである。すなわち次の2つのコードによって出力される図は等しい。

ggplot2が生成するような描画オブジェクトの差分を確認するにはvdiffrが便利である。ここではwidget_diff()を用いて差分の検証を行うが、GitHubのように2つの画像を表示し、スライドさせながら差分を確認するwidget_slide()やテスト時に役立つ関数も備わっている。

qiita.com

# plotとaxisのラベルの大きさは、テーマのbase_sizeに対してI()で指定した値をかけた大きさとなる
p_default <- 
  p2 + 
  theme_gray(base_size = 11,
             base_family = "IPAexGothic")

p_custom <- 
  p2 +
  theme_replace(
    plot.title = element_text(size = 11 * I(1.2)),
    axis.title = element_text(size = 11 * I(0.8)))

# 2つのオブジェクトで差分がない場合は白い画面が表示される
vdiffr::widget_diff(
  p_default,
  p_custom
)

# 変更してみる
# フォントサイズが変更されたことで全体の配置も微妙にずれる
vdiffr::widget_diff(
  p_default,
  p_custom +
    theme(plot.title = element_text(size = 20))
)