介绍

本 R 教程 逐步描述了如何使用 rgl包 构建 3D 图形。

RGL 是一个 3D 图形包，可生成实时交互式 3D 绘图。

它允许交互式旋转、缩放图形和选择区域。

rgl 包还包括一个名为 R3D 的通用 3D 接口。

R3D 是本文末尾描述的通用 3D 对象和函数的集合。

内容14913字 32图！

安装 RGL 包

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install.packages("rgl")

在 Linux 操作系统上，可以按如下方式安装rgl包：

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sudo apt-get install r-cran-rgl

加载 RGL 包

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library("rgl")

准备数据

我们将在以下示例中使用iris数据集：

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data(iris)
head(iris)

x <- sep.l <- iris$Sepal.Length
y <- pet.l <- iris$Petal.Length
z <- sep.w <- iris$Sepal.Width

启动和关闭 RGL device

要使用 RGL 制作 3D 绘图，应该首先在 R 中启动 RGL device

以下函数用于管理 RGL ：

  • rgl.open()：打开一个新设备
  • rgl.close()：关闭当前设备
  • rgl.clear()：清除当前设备
  • rgl.cur()：返回活动设备 ID
  • rgl.quit()：关闭 RGL

第一部分，为每个绘图打开一个新的 RGL 设备。

可以第一次使用函数 rgl.open() –> 然后制作第一个 3D 绘图 –> 然后使用 rgl.clear() 清除场景 –> 并再次制作新的绘图。

3D 散点图

基本图

函数rgl.points()用于绘制3D 散点图：

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rgl.open() # 打开一个新的 RGL device
rgl.points(x, y, z, color ="lightgray") # 散点图

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  • x, y, z：数值向量，指定要绘制的点的坐标。参数 y 和 z 在以下情况下是可选的：
  • x是包含至少 3 列的矩阵或数据框，将用作 x、y 和 z 坐标。例如：rgl.points(iris)
  • x是 zvar ~ xvar + yvar 形式的公式（参阅 ?xyz.coords ）。例如：rgl.points(z ~ x + y)
  • …：材料特性。有关详细信息，请参阅 ?rgl.material

更改背景和点颜色

  • 函数rgl.bg(color)可用于设置场景的背景环境
  • 参数 color 在函数rgl.points()中用于更改点颜色

也可以使用参数 size 更改点的大小

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rgl.open()# 打开一个新的 RGL device
rgl.bg(color = "white") # 设置背景颜色
rgl.points(x, y, z, color = "blue", size = 5) # 散点图

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上述3d 界面的函数是：

  • open3d() : 打开一个新的 3D 设备
  • bg3d(color) : 设置场景的背景环境
  • points3d(x, y, z, ...) : 坐标 x, y, z 的绘图点

改变点的形状

可以使用函数rgl.spheres()或spheres3d()绘制球体：

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spheres3d(x, y = NULL, z = NULL, radius = 1, ...)
rgl.spheres(x, y = NULL, z = NULL, r, ...)

rgl.spheres()绘制具有中心 (x, y, z) 和半径 r 的球体。

  • x, y, z ：指定每个球体中心坐标的数值向量。
    参数 y 和 z 在以下情况下是可选的：
  • x 是包含至少 3 列的矩阵或数据框，将用作 x、y 和 z 坐标。
    例如：rgl.spheres(iris, r = 0.2)
  • x 是 zvar ~ xvar + yvar 形式的公式（参见 ?xyz.coords）。
    例如：rgl.spheres(z ~ x + y, r = 0.2)
  • radius：表示球体半径的向量或单个值
  • …：材料属性。 有关详细信息，请参阅 ?rgl.material
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rgl.open()# 打开一个新的 RGL device
rgl.bg(color = "white") # 设置背景颜色
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "grey")

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可以通过按住鼠标或触摸板手动旋转rgl图。
也可以使用鼠标上的滚轮或使用 PC 上的触摸板
或 Mac 上的两个手指（向上或向下）按 ctrl + 进行缩放。

rgl_init()：用于初始化 RGL 设备的自定义函数

如果请求或没有打开的设备，函数 rgl_init() 将创建一个新的 RGL 设备：

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#' @param new.device 一个逻辑值。如果为 TRUE，则创建一个新设备
#' @param bg 设备的背景颜色
#' @param width 设备的宽度
rgl_init <- function(new.device = FALSE, bg = "white", width = 640) { 
  if( new.device | rgl.cur() == 0 ) {
    rgl.open()
    par3d(windowRect = 50 + c( 0, 0, width, width ) )
    rgl.bg(color = bg )
  }
  rgl.clear(type = c("shapes", "bboxdeco"))
  rgl.viewpoint(theta = 15, phi = 20, zoom = 0.7)
}

使用的 RGL 函数说明：

  • rgl.open(): 打开一个新设备
  • rgl.cur(): 返回活动设备 ID
  • par3d(windowRect): 设置窗口大小
  • rgl.viewpoint(theta, phi, fov, zoom): 设置视点。 参数 theta 和 phi 是极坐标。
  • theta 和 phi 是极坐标。 默认值分别为 0 和 15
  • fov 是以度为单位的视场角。 默认值为 60
  • zoom 是缩放系数。 默认值为 1
  • rgl.bg(color): 定义设备的背景颜色
  • rgl.clear(type)：从指定堆栈中清除场景（“shapes”、“lights”、“bboxdeco”、“background”）

在上面的R 代码中，使用函数 rgl.viewpoint() 自动设置视点方向和缩放。RGL设备是交互式的，您可以使用鼠标调整视点和缩放绘图。

添加边界框装饰

使用函数rgl.bbox()：

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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "yellow")  # 散点图
rgl.bbox(color = "#333377") # 添加边界框装饰

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函数rgl.bbox()的简化格式是：

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rgl.bbox(xlen=5, ylen=5, zlen=5, marklen=15.9, ...)
  • xlen、ylen、zlen：分别指定 x、y 和 Z 轴上刻度线数量的值
  • marklen : 指定刻度线长度的值
  • …：其他 rgl 材料属性（参见?rgl.material）包括：
  • color : 颜色向量。第一种颜色用于边界框的背景颜色。第二种颜色用于刻度线标签。
  • emission, specular, shininess: 光照计算的属性
  • alpha : 指定颜色透明度的值。该值应介于 0.0（完全透明）和 1.0（不透明）之间
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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "yellow")  
# Add bounding box decoration
rgl.bbox(color=c("#333377","black"), emission="#333377",
         specular="#3333FF", shininess=5, alpha=0.8 )

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添加轴线和标签

函数rgl.lines(x, y = NULL, z = NULL, ...)可用于添加轴线。
函数rgl.texts(x, y = NULL, z = NULL, text)用于添加轴标签

对于函数rgl.lines()，参数 x、y 和 z 是长度为 2 的数值向量（即： x = c(x1,x2), y = c(y1, y2), z = c(z1 , z2) )

  • 值 x1、y1 和 y3 是线起点的3D 坐标
  • x2、y2 和 y3 的值对应于线终点的3D 坐标

参数x可以是矩阵或数据框，其中至少包含 3 列分别对应于 x、y 和 z 坐标。在这种情况下，参数y和z可以省略

要绘制轴，应该将轴的范围（最小值和最大值）指定给函数rgl.lines()：

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# 制作散点图
rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "yellow") 
# 添加 x、y 和 z 轴
rgl.lines(c(min(x), max(x)), c(0, 0), c(0, 0), color = "black")
rgl.lines(c(0, 0), c(min(y),max(y)), c(0, 0), color = "red")
rgl.lines(c(0, 0), c(0, 0), c(min(z),max(z)), color = "green")

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上图可以看到轴已绘制，但问题是它们不在点 c(0, 0, 0) 处相交

有两种解决方案来处理这种情况：

  • 扩展数据以使事情变得简单。变换 x、y 和 z 变量，使它们的 min = 0 和 max = 1
  • 使用 c(-max, +max) 作为轴的范围

缩放数据

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x1 <- (x - min(x))/(max(x) - min(x))
y1 <- (y - min(y))/(max(y) - min(y))
z1 <- (z - min(z))/(max(z) - min(z))
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# 制作散点图
rgl_init()
rgl.spheres(x1, y1, z1, r = 0.02, color = "yellow") 
# 添加 x、y 和 z 轴
rgl.lines(c(0, 1), c(0, 0), c(0, 0), color = "black")
rgl.lines(c(0, 0), c(0,1), c(0, 0), color = "red")
rgl.lines(c(0, 0), c(0, 0), c(0,1), color = "green")

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使用 c(-max, max)

让我们定义一个辅助函数来计算轴限制：

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lim <- function(x){c(-max(abs(x)), max(abs(x))) * 1.1}
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# 制作散点图
rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "yellow") 
# 添加 x、y 和 z 轴
rgl.lines(lim(x), c(0, 0), c(0, 0), color = "black")
rgl.lines(c(0, 0), lim(y), c(0, 0), color = "red")
rgl.lines(c(0, 0), c(0, 0), lim(z), color = "green")

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rgl_add_axes()：添加 x、y 和 z 轴的自定义函数

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# x, y, z : 对应点坐标的数值向量
#axis.col : 轴颜色
# xlab, ylab, zlab: 轴标签
# show.plane : 添加轴平面
# show.bbox : 添加边界框装饰
# bbox.col：边界框颜色。 第一种颜色是背景色； 第二种颜色是刻度线的颜色
rgl_add_axes <- function(x, y, z, axis.col = "grey",
                xlab = "", ylab="", zlab="", show.plane = TRUE, 
                show.bbox = FALSE, bbox.col = c("#333377","black"))
  { 
  
  lim <- function(x){c(-max(abs(x)), max(abs(x))) * 1.1}
  # 添加轴
  xlim <- lim(x); ylim <- lim(y); zlim <- lim(z)
  rgl.lines(xlim, c(0, 0), c(0, 0), color = axis.col)
  rgl.lines(c(0, 0), ylim, c(0, 0), color = axis.col)
  rgl.lines(c(0, 0), c(0, 0), zlim, color = axis.col)
  
   # 在每个轴的末端添加一个点以指定方向
   axes <- rbind(c(xlim[2], 0, 0), c(0, ylim[2], 0), 
                 c(0, 0, zlim[2]))
   rgl.points(axes, color = axis.col, size = 3)
  
  # 添加轴标签
  rgl.texts(axes, text = c(xlab, ylab, zlab), color = axis.col,
             adj = c(0.5, -0.8), size = 2)
  
  # 添加平面
  if(show.plane) 
    xlim <- xlim/1.1; zlim <- zlim /1.1
    rgl.quads( x = rep(xlim, each = 2), y = c(0, 0, 0, 0),
             z = c(zlim[1], zlim[2], zlim[2], zlim[1]))
  
  # 添加边界框装饰
  if(show.bbox){
    rgl.bbox(color=c(bbox.col[1],bbox.col[2]), alpha = 0.5, 
          emission=bbox.col[1], specular=bbox.col[1], shininess=5, 
          xlen = 3, ylen = 3, zlen = 3) 
  }
}
  • 函数rgl.texts(x, y, z, text)用于向 RGL plot 添加文本。
  • rgl.quads(x, y, z)用于添加平面。x、y 和 z 是长度为 4 的数值向量，指定四边形的四个节点的坐标。
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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "blue") 
rgl_add_axes(x, y, z)

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显示刻度：刻度线

函数axis3d()可以如下使用：

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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "yellow") 
rgl_add_axes(x, y, z)
# 显示刻度线
axis3d('x', pos=c( NA, 0, 0 ), col = "darkgrey")
axis3d('y', pos=c( 0, NA, 0 ), col = "darkgrey")
axis3d('z', pos=c( 0, 0, NA ), col = "darkgrey")

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添加边界框装饰更容易：

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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "yellow") 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = TRUE)

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设置 x、y 和 z 轴的纵横比

在上图中，边界框显示为矩形。所有坐标都以相同的比例显示（iso-metric）。

函数 aspect3d(x, y = NULL, z = NULL) 可用于设置当前绘图的 x、y 和 z 轴的表观比率。

x、y 和 z 分别是 x、y 和 z 轴的比率。x 可以是长度为 3 的向量，指定 3 个轴的比率。

如果比率为 (1, 1, 1)，则边界框将显示为立方体。

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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "yellow") 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = TRUE)
aspect3d(1,1,1)

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比率的值可以设置为更大或更小以在给定轴上缩放：

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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "yellow") 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = TRUE)
aspect3d(2,1,1) # 在 x 轴上缩放

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按组更改点的颜色

辅助函数可用于为每个组自动选择颜色：

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# 获取因子变量不同级别的颜色
# @param groups 包含观察组的因子变量
# @param colors 包含要使用的默认颜色名称的向量

get_colors <- function(groups, group.col = palette()){
  groups <- as.factor(groups)
  ngrps <- length(levels(groups))
  if(ngrps > length(group.col)) 
    group.col <- rep(group.col, ngrps)
  color <- group.col[as.numeric(groups)]
  names(color) <- as.vector(groups)
  return(color)
}

按组更改颜色：

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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, 
          color = get_colors(iris$Species)) 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = TRUE)
aspect3d(1,1,1)

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使用自定义颜色：

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cols <- get_colors(iris$Species, c("#999999", "#E69F00", "#56B4E9"))
rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = cols) 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = TRUE)
aspect3d(1,1,1)

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也可以使用RColorBrewer包中的调色板：

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library("RColorBrewer")
cols <- get_colors(iris$Species, brewer.pal(n=3, name="Dark2") )
rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = cols) 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = TRUE)
aspect3d(1,1,1)

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改变点的形状

RGL 包中有 6 个网格对象，可用作点形状：

  • cube3d()
  • tetrahedron3d()
  • octahedron3d()
  • icosahedron3d()
  • dodecahedron3d()
  • cuboctahedron3d()

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要使用上面的对象进行绘图，可以使用函数shapelist3d()如下：

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shapelist3d(shapes, x, y, z)
  • shapes：单个 shape3d（例如：shapes = cube3d()）
    对象或它们的列表（例如：shapes = list(cube3d(), icosahedron3d())）
  • x, y, z：要绘制的点的坐标
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rgl_init()
shapelist3d(tetrahedron3d(), x, y, z, size =  0.15, 
            color = get_colors(iris$Species))
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = TRUE)
aspect3d(1,1,1)

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添加一个椭圆的浓度

函数ellipse3d()用于估计浓度椭圆。一个简化的格式是：

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ellipse3d(x, scale = c(1,1,1), centre = c(0,0,0), 
          level = 0.95, ...)
  • x : x、y 和 z 之间的相关或协方差矩阵
  • scale：如果 x 是相关矩阵，则可以在 scale 参数中给出每个参数的标准差。这默认为 c(1, 1, 1)，因此不会进行重新缩放。
  • center：椭圆的中心将在这个位置。
  • level：置信区域的置信水平。这用于控制椭球的大小。

ellipse3d() 函数返回一个 mesh3d 类的对象，可以使用函数 shade3d() 和/或 Wired3d() 绘制

  1. 使用函数shade3d()绘制椭圆：
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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "#D95F02") 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = TRUE)
# 计算并绘制浓度椭圆
ellips <- ellipse3d(cov(cbind(x,y,z)), 
            centre=c(mean(x), mean(y), mean(z)), level = 0.95)
shade3d(ellips, col = "#D95F02", alpha = 0.1, lit = FALSE)
aspect3d(1,1,1)

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  1. 使用函数wired3d()绘制椭圆：
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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "#D95F02") 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = TRUE)
# 计算并绘制浓度椭圆
ellips <- ellipse3d(cov(cbind(x,y,z)), 
            centre=c(mean(x), mean(y), mean(z)), level = 0.95)
wire3d(ellips, col = "#D95F02",  lit = FALSE)
aspect3d(1,1,1)

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  1. 结合shade3d()和wired3d()：
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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "#D95F02") 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = TRUE)
# 计算并绘制浓度椭圆
ellips <- ellipse3d(cov(cbind(x,y,z)), 
            centre=c(mean(x), mean(y), mean(z)), level = 0.95)
shade3d(ellips, col = "#D95F02", alpha = 0.1, lit = FALSE)
wire3d(ellips, col = "#D95F02",  lit = FALSE)
aspect3d(1,1,1)

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  1. 为每个组添加椭圆：
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# Groups
groups <- iris$Species
levs <- levels(groups)
group.col <- c("red", "green", "blue")
# 绘制观察结果
rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2,
            color = group.col[as.numeric(groups)]) 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = FALSE)
# 计算每个组的椭圆
for (i in 1:length(levs)) {
    group <- levs[i]
    selected <- groups == group
    xx <- x[selected]; yy <- y[selected]; zz <- z[selected]
    ellips <- ellipse3d(cov(cbind(xx,yy,zz)), 
              centre=c(mean(xx), mean(yy), mean(zz)), level = 0.95) 
    shade3d(ellips, col = group.col[i], alpha = 0.1, lit = FALSE) 
    # 显示组标签
    texts3d(mean(xx),mean(yy), mean(zz), text = group,
            col= group.col[i], cex = 2)
  }
aspect3d(1,1,1)

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回归平面

函数planes3d()或rgl.planes()可用于将回归平面添加到 3D rgl 图中：

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rgl.planes(a, b = NULL, c = NULL, d = 0, ...)
planes3d(a, b = NULL, c = NULL, d = 0, ...)

planes3d()和rgl.planes()使用参数ax + by + cz + d = 0绘制平面。

  • a, b, c : 平面法线的坐标
  • d : 偏移坐标

使用示例：

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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "#D95F02") 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = FALSE)
aspect3d(1,1,1)
# Linear model
fit <- lm(z ~ x + y)
coefs <- coef(fit)
a <- coefs["x"]; b <- coefs["y"]; c <- -1
d <- coefs["(Intercept)"]
rgl.planes(a, b, c, d, alpha=0.2, color = "#D95F02")

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上面的回归平面非常难看。让我们尝试做一个自定义的。遵循以下步骤：

  1. 使用函数 lm() 计算线性回归模型：ax + by + cz + d = 0
  2. 使用参数rgl.surface()添加回归曲面。
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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "#D95F02") 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = FALSE)
aspect3d(1,1,1)
# 计算线性回归（y = ax + bz + d）
fit <- lm(y ~ x + z)
# 预测常规 xz 网格上的值
grid.lines = 26
x.pred <- seq(min(x), max(x), length.out = grid.lines)
z.pred <- seq(min(z), max(z), length.out = grid.lines)
xz <- expand.grid( x = x.pred, z = z.pred)
y.pred <- matrix(predict(fit, newdata = xz), 
                 nrow = grid.lines, ncol = grid.lines)
# 添加回归曲面
rgl.surface(x.pred, z.pred, y.pred, color = "steelblue", 
                alpha = 0.5, lit = FALSE)  
# 添加网格线
rgl.surface(x.pred, z.pred, y.pred, color = "black",
    alpha = 0.5, lit = FALSE, front = "lines", back = "lines")

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创建 RGL 场景的动图

函数movie3d()可以按如下方式使用：

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movie3d(f, duration, dir = tempdir(), convert = TRUE)
  • f 使用 spin3d(axis) 创建的函数
  • axis：所需的旋转轴。默认值为 c(0, 0, 1)。
  • duration : 动画的持续时间
  • dir : 为电影的每一帧创建临时文件的目录
  • convert：如果为 TRUE，则尝试将帧转换为单个 GIF 电影。它使用ImageMagick进行图像转换。

安装 ImageMagick(http://www.imagemagick.org/) 以便能够从 png 文件列表中创建电影。

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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "#D95F02") 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = TRUE)
# 计算并绘制浓度椭圆
ellips <- ellipse3d(cov(cbind(x,y,z)), 
            centre=c(mean(x), mean(y), mean(z)), level = 0.95)
wire3d(ellips, col = "#D95F02",  lit = FALSE)
aspect3d(1,1,1)
# Create a movie
movie3d(spin3d(axis = c(0, 0, 1)), duration = 3,
        dir = getwd())

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将图像导出为 png 或 pdf

绘图可以保存为 png 或 pdf。

  • 函数rgl.snapshot()用于将屏幕截图保存为 png 文件：
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rgl.snapshot(filename = "plot.png")
  • 函数rgl.postscript()用于将屏幕截图保存为ps、eps、tex、pdf、svg 或 pgf格式的文件：
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rgl.postscript("plot.pdf",fmt="pdf")

使用示例：

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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "#D95F02") 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = T)
aspect3d(1,1,1)
rg.snapshot("plot.png")

将绘图导出为交互式 HTML 文件

函数writeWebGL()用于将当前场景写入 HTML：

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writeWebGL(dir = "webGL", filename = file.path(dir, "index.html"))
  • dir : 写入文件的位置
  • filename : 用于主文件的文件名

下面的 R 代码写入场景的副本，然后将其显示在浏览器中：

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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, 
          color = get_colors(iris$Species)) 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = FALSE)

# 这会将副本写入临时目录'webGL'，然后显示它
browseURL(
  paste("file://", writeWebGL(dir=file.path(tempdir(), "webGL"), 
  width=500), sep="")
  )

在 RGL 场景中选择一个矩形

函数rgl.select3d()或select3d()可用于选择3 维区域。

它们返回一个函数 f(x, y, z)，该函数测试每个点 (x, y, z) 是否在所选区域中。

下面的 R 代码允许用户选择一些点，然后用不同的颜色重新绘制它们：

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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "#D95F02") 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = F)
aspect3d(1,1,1)
# Select a point
 f <- select3d()
 sel <- f(x,y,z) 
rgl.clear("shapes")
# Redraw the points
rgl.spheres(x[!sel],y[!sel], z[!sel], r = 0.2, color = "#D95F02")
rgl.spheres(x[sel],y[sel], z[sel], r = 0.2, color = "green")

识别图中的点

使用函数identify3d()：

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identify3d(x, y = NULL, z = NULL, labels, n)

函数 identify3d() 的工作方式与基本图形中的 identify 函数类似。

下面的 R 代码，允许用户识别 5 个点：

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rgl_init()
rgl.spheres(x, y, z, r = 0.2, color = "#D95F02") 
rgl_add_axes(x, y, z, show.bbox = F)
aspect3d(1,1,1)
rgl.material(color = "blue")
identify3d(x, y, z, labels = rownames(iris), n = 5)

使用右键选择，中键退出。

R3D 界面

rgl包还包括一个更高级别的接口，称为 r3d 。该界面的设计更像是经典的 2D R 图形。

下一节将介绍如何使用 R3D 界面制作 3D 图形。

3D 散点图

使用函数plot3d()：

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## Default method
plot3d(x, y, z, xlab, ylab, zlab, type = "p", col,  
        size, lwd, radius, add = FALSE, aspect = !add, ...)
## Method for class 'mesh3d'
plot3d(x, xlab = "x", ylab = "y", zlab = "z",
       type = c("shade", "wire", "dots"), add = FALSE, ...) 
decorate3d(xlim, ylim, zlim, 
  xlab = "x", ylab = "y", zlab = "z", 
    box = TRUE, axes = TRUE, main = NULL, sub = NULL,
    top = TRUE, aspect = FALSE, expand = 1.03, ...)
  • x, y, z：要绘制的点的向量。任何定义坐标的合理方式都是可以接受的。有关详细信息，请参阅函数 xyz.coords
  • xlab, yab, zlab : x, y 和 z 轴标签
  • type:
  • 对于默认方法：允许的值是：“p”表示点，“s”表示球体，“l”表示线，“h”表示从 z = 0 开始的线段，“n”表示无。
  • 对于 mesh3d 方法，“shade”、“wire”或“dots”之一
  • col : 用于绘制项目的颜色
  • size : 点的大小
  • lwd : 绘制项的线宽
  • radius : 球体的半径
  • add：是否将点添加到现有绘图中
  • aspect : 要么是一个逻辑的指示是否调整纵横比，要么是一个新的比例
  • …：将传递给 par3d、material3d 或 decorate3d 的附加参数
  • box, axes : 是否绘制框和轴。
  • main, sub : 主标题和副标题
  • top : 完成后是否将窗口置顶

建议使用函数 open3d() 来初始化 *3d 接口。但是，在以下 R 代码块中，我将继续使用自定义函数rgl_init()。

画点：

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rgl_init()
plot3d(x, y, z, col="blue", type ="p")

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移除盒子并绘制球体：

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rgl_init()
plot3d(x, y, z, col="blue", box = FALSE,
       type ="s", radius = 0.15)

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要删除坐标区，请使用参数axes = FALSE

轴标签：

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rgl_init()
plot3d(x, y, z, col="blue", box = FALSE,
       type ="s", radius = 0.15, xlab ="Sepal.Length", 
       ylab = "Petal.Length", zlab = "Sepal.Width")

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添加浓度椭圆：

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rgl_init()
plot3d(x, y, z, col="blue", box = FALSE,
       type ="s", radius = 0.15)
ellips <- ellipse3d(cov(cbind(x,y,z)), 
            centre=c(mean(x), mean(y), mean(z)), level = 0.95)
plot3d(ellips, col = "blue", alpha = 0.2, add = TRUE, box = FALSE)

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更改椭圆类型：参数类型的可能值= c(“shade”, “wire”, “dots”)

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rgl_init()
plot3d(x, y, z, col="blue", box = FALSE,
       type ="s", radius = 0.15)
ellips <- ellipse3d(cov(cbind(x,y,z)), 
            centre = c(mean(x), mean(y), mean(z)), level = 0.95)
plot3d(ellips, col = "blue", alpha = 0.5, add = TRUE, type = "wire")

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bbox3d()：添加边界框装饰

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rgl_init()
plot3d(x, y, z, col="blue", box = FALSE,
       type ="s", radius = 0.15)
# 添加边界框装饰
rgl.bbox(color=c("#333377","black"), emission="#333377",
         specular="#3333FF", shininess=5, alpha=0.8, nticks = 3 ) 
# 更改轴纵横比
aspect3d(1,1,1)

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一些重要的功能

  • open3d() : 打开一个新设备
  • 向当前场景添加一个形状：
  • points3d(x, y, z, …)
  • lines3d(x, y, z, …)
  • segments3d(x, y, z, …)
  • quads3d(x, y, z, …)
  • texts3d(x, y, z, text) : 添加文本
  • 绘制框、轴和其他文本：
  • axes3d() : 添加标准轴
  • title3d(main, sub, xlab, ylab, zlab) : 添加标题
  • box3d()：在绘图周围绘制一个框
  • mtext3d() : 在绘图边距中放置文本

RGL 函数

下面列出了管理 RGL device 的一些重要功能：

设备管理

功能 描述
rgl.open() 打开一个新设备
rgl.close() 关闭当前设备
rgl.cur() 返回活动设备的 ID
rgl.dev.list() 返回所有设备 ID
rgl.set(which) 将设备设置为活动
rgl.quit() 关闭 RGL 设备系统

形状函数

将形状节点添加到当前场景。

功能 描述
rgl.points(x, y, z, …) 在 x、y 和 z 处绘制一个点
rgl.lines(x, y, z, …) 根据顶点对绘制线段 (x = c(x1,x2), y = c(y1,y2), z = c(z1, z2))
rgl.triangles(x, y, z, …) 用节点 (xi, yi, zi) 绘制三角形，i = 1, 2, 3
rgl.quads(x, y, z) 用节点 (xi, yi, zi) 绘制四边形，i = 1, 2, 3, 4
rgl.spheres(x, y, z, r, …) 绘制具有中心 (x, y, z) 和半径 r 的球体
rgl.texts(x, y, z, text, …) 向场景中添加文本
rgl.surface(x, y, z, …) 将表面添加到当前场景。x 和 y 是定义网格的两个向量。z 是定义每个网格点高度的矩阵

场景管理

功能 描述
rgl.clear（类型=“形状”） 从指定堆栈中清除场景（“shapes”、“lights”、“bboxdeco”、“background”）
rgl.pop（类型=“形状”） 从堆栈中删除最后添加的节点

设置环境

功能 描述
rgl.viewpoint(theta, phi, fov, zoom, …) 设置视点方向。theta和phi是极坐标。fov是以度为单位的视场角。缩放：缩放系数。
rgl.light(theta, phi, …) 向场景添加光源
rgl.bg(…) 设置场景的背景环境
rgl.bbox(…) 设置边界框装饰

外观设置

功能 描述
rgl.material(…) 设置几何外观的材料属性
方面3d（x，y，z） 设置 x、y 和 z 轴的纵横比

导出截图

功能 描述
rgl.snapshot（“plot.png”） 将屏幕截图保存为 png 文件
rgl.postscript(“plot.pdf”,fmt=“pdf”) 将屏幕截图保存为ps、eps、tex、pdf、svg 或 pgf格式的文件。

将焦点分配给 RGL 窗口

Rgl.bringtotop() : ‘rgl.bringtotop’ 将当前 RGL 窗口带到窗口堆栈的前面（并赋予它焦点）。

参考

Daniel Alder et al., RGL: A R-library for 3D visualization with OpenGL, http://rgl.neoscientists.org/arc/doc/RGL_INTERFACE03.pdf