從(x,y,z) 座標建立 3D 曲面圖
Jesse John
2023年1月30日
2022年6月2日
Base R 和幾個軟體包提供了在水平面上繪製 3 維表面的功能。他們中的大多數需要一個 x
和 y
值的組合作為輸入的 z
值。
換句話說,他們需要一個 x-y
網格和網格上每個點的 z
值。
當我們有一個 (x,y,z)
值(座標)的資料框或矩陣時,我們可以繪製點,但不能繪製表面。
我們需要使用給定的資料和適當的插值函式來估計所有 x
和 y
值組合的 z
值來繪製表面。
本文將展示如何使用 akima
包來估計 x-y
值網格的 z
值。然後我們將使用 rgl
包繪製曲面。
R 中 akima
包的 interp()
函式
akima
包提供了用於插值二後設資料的函式。
interp()
函式採用三個向量 x
、y
和 z
並返回一個 40×40 網格的 x-y
值和對應的 z
值。
預設情況下,會生成線性插值。
R 中 rgl
包的 persp3d()
函式
rgl
包建立 3D 互動式圖形。我們可以使用滑鼠縮放和旋轉繪圖。
我們將使用 persp3d()
函式繪製曲面,使用 points3d()
函式繪製原始資料。
為了在 R 中檢視繪圖,我們需要設定一個特定選項:options(rgl.printRglwidget = TRUE)
。
函式演示
我們將通過以下步驟。
-
如果所需的軟體包尚不可用,請安裝它們。
-
載入所需的包。
-
建立示例資料框。
-
使用
interp()
建立與x-y
值網格對應的z
值列表。 -
使用
persp3d()
繪製曲面。 -
使用
points3d()
新增點。
示例程式碼:
# INSTALL AND LOAD THE PACKAGES.
# Uncomment and run the concerned line to install the package.
#install.packages("akima")
library(akima)
#install.packages("rgl")
library(rgl)
# CREATE THE SAMPLE DATA.
set.seed(1)
x=rnorm(50)
set.seed(2)
y=rnorm(50)
z=c(rep(5,5),rep(-10,5), rep(3,15), rep(20,5), seq(5,15, length.out=10), rep(0,5), rep(3,5))
XYZ=data.frame(x,y,z)
# INTERPOLATE THE Z VALUES.
a_mat=interp(XYZ$x, XYZ$y, XYZ$z)
# PLOT THE SURFACE AND THE POINTS.
options(rgl.printRglwidget = TRUE)
persp3d(a_mat$x, a_mat$y, a_mat$z, col="yellow")
points3d(x,y,z, col="red")
輸出圖:
rgl
生成互動式 3D 繪圖。
Author: Jesse John