在单个 3D 图中混合曲面和散点图

Posted 2023-02-16

【中文标题】在单个 3D 图中混合曲面和散点图

【英文标题】：Mixing surface and scatterplot in a single 3D plot

【发布时间】：2016-07-03 03:42:22

【问题描述】：

我正在研究鲸鱼在特定海底结构周围的分布模式。我正在尝试创建一个同时显示的交互式 3D 绘图：

作为表面的测深（x = 经度，y = 纬度，z = 深度）和 鲸群的地理位置（例如，x = 经度，y = 纬度，z = 固定深度 -30 米）。

坐标在 UTM 坐标系中投影。

我通常使用 R 和 ggplot2 包来制作数字。在这里，plotly 包似乎是一个不错的选择。

我从测深栅格 bathy_ras 和点的 data.frame 开始 points。

> bathy_ras
class       : RasterLayer 
dimensions  : 784, 821, 643664  (nrow, ncol, ncell)
resolution  : 102, 111  (x, y)
extent      : 755070, 838812, -2612148, -2525124  (xmin, xmax, ymin, ymax)
coord. ref. : +proj=utm +zone=58S +datum=WGS84 +ellps=WGS84 +towgs84=0,0,0 
data source : in memory
names       : bathymetry 
values      : -1949.42, -34.27859  (min, max)
> str(points)
'data.frame':   214 obs. of  3 variables:
 $ x: num  774264 777293 775476 773430 773284 ...
 $ y: num  -2534165 -2533556 -2531012 -2532904 -2533695 ...
 $ z: num  -30 -30 -30 -30 -30 -30 -30 -30 -30 -30 ...

我找不到将我的两个数据集组合在同一个图形/同一个轴上的方法。我尝试了两种方法，但都没有给我想要的输出。

1) 使用 plotly 包在 Rstudio 中创建绘图。

#convert raster into a matrix of bathymetry values
bathy_matrix <- as.matrix(bathy_ras)
> str(bathy_matrix)
  num [1:784, 1:821] -362 -365 -367 -369 -371 ...

#create interactive plot
p <- plot_ly(z=bathy_matrix, type="surface",showscale=FALSE)
#this works fine, it get a 3D interactive surface plot of the seabed

#but if I try to add the "points" layer it doesn't show on the plot
p <- plot_ly(z=bathy_matrix, type="surface",showscale=FALSE) %>%
  add_trace(x = gp_seamounts_df$utmx, y = gp_seamounts_df$utmy, z = gp_seamounts_df$z, type = "scatter3d", mode = "markers", showscale=FALSE, opacity=0.98)

---

2) 完全从情节网站创建情节。 首先，我将栅格“bathy_ras”转换为包含所有坐标点 (x,y) 和深度 z 的矩阵

#convert raster into a dataframe 
bathy_df <- as.data.frame(coordinates(bathy_ras))
bathy_df$z <- values(bathy_ras)
> str(bathy_df)
'data.frame':   643664 obs. of  3 variables:
 $ x: num  755121 755223 755325 755427 755529 ...
 $ y: num  -2525179 -2525179 -2525179 -2525179 -2525179 ...
 $ z: num  -362 -361 -360 -359 -358 ...

我创建了一个阴谋帐户。我在我的 plotly 帐户中将两个数据框作为 .txt 文件导入：bathy_df 和 points。

这会在 plotly 帐户中创建两个网格。我可以轻松地为这两个 data.frames 编写两个单独的 3D 图：一个是曲面图（如下所示），另一个是散点图。我尝试在本教程 (http://help.plot.ly/update-a-graphs-data/) 之后将散点图作为新轨迹包含在曲面图中，但如果散点图为 3D，则“插入”选项似乎不可用。 surface plot produced from the plotly web interface

是否可以在plotly 中组合scatter3D 和曲面图？

nb：我尝试将raster::persp 与points() 结合使用，但我对表面图的一般审美不太满意，这就是为什么我更愿意与plotly 和/或ggplot2 一起执行此操作.

【参考方案1】：

我相信您正在做的事情应该可以正常工作。我认为这可能与您的 x 和 y 坐标有关。曲面图使用1:ncol(bathy_matrix) 作为 x 轴，1:row(bathy_matrix) 作为 y 轴点（如果愿意，请勾选）。

您的 点 需要在该范围内具有 x 和 y 坐标，它们才能显示在曲面图中。下面是一个简单的例子。

set.seed(123)

x = sample(1:ncol(volcano), size = 50)
y = sample(1:nrow(volcano), size = 50)

z = c()

for(i in 1:50) z <- c(z, volcano[y[i], x[i]])

df <- data.frame(x, y, z)

plot_ly(z = volcano, type = "surface") %>% 
  add_trace(data = df, x = x, y = y, z = z, mode = "markers", type = "scatter3d", 
            marker = list(size = 5, color = "red", symbol = 104))

我明白了：

希望这会有所帮助...

【讨论】：

感谢 alistaire，这确实非常有用。我的点的坐标不在我的矩阵范围内，这就是为什么它们没有出现在图上的原因。在使用 plot_ly 之前，我必须将这些坐标（最初在 UTM lat/long，Xrange=[755100:838800]，Yrange=[-2612000,-2525000]）重新调整为我的矩阵的大小（Xrange= [1:ncol(bathy_matrix)]，Yrange= [1:nrow(bathy_matrix)]）然后它才起作用。