散点图

可以通过几种不同的方式绘制3D散点图。最常用的工具包括 plotly 包和 scatterplot3d 包

使用 plotly 包

plotly 是一个非常强大的交互式图形包，支持多种3D绘图功能，包括3D散点图

示例

# 加载plotly包
library(plotly)# 创建示例数据
set.seed(123)
data <- data.frame(x = rnorm(100),y = rnorm(100),z = rnorm(100)
)# 绘制3D散点图
fig <- plot_ly(data, x = ~x, y = ~y, z = ~z, type = 'scatter3d', mode = 'markers',marker = list(size = 5, color = 'rgb(23, 190, 207)', opacity = 0.8))
fig <- fig %>% layout(title = "3D散点图示例",scene = list(xaxis = list(title = 'X轴'),yaxis = list(title = 'Y轴'),zaxis = list(title = 'Z轴')))
fig

解析

• plot_ly() 函数用于创建散点图对象，type = ‘scatter3d’ 指定图形类型为散点图
• layout() 用于设置图表的标题和轴标签
• 生成的图形可以在Web浏览器中交互查看

效果

使用 scatterplot3d 包

scatterplot3d 包提供了一种简单的方式来创建3D散点图，虽然功能不如 plotly 和 rgl 强大，但对于基本的3D绘图非常有效

示例

确保已安装 scatterplot3d 包：

install.packages("scatterplot3d")

# 加载scatterplot3d包
library(scatterplot3d)# 创建示例数据
set.seed(123)
x <- rnorm(100)
y <- rnorm(100)
z <- rnorm(100)# 绘制3D散点图
scatterplot3d(x, y, z, color = "red", pch = 16,xlab = "X轴", ylab = "Y轴", zlab = "Z轴",main = "3D散点图示例")

解析

• scatterplot3d() 函数用于创建基本的3D散点图
• color 设置点的颜色，pch 设置点的类型

效果

饼图

使用 plotly 包

plotly 是一个强大的交互式图形包，能够创建各种复杂的图形，包括类似于3D饼图的效果。

示例

# 加载plotly包
library(plotly)# 创建数据
labels <- c("A", "B", "C", "D")
values <- c(10, 20, 30, 40)# 绘制3D饼图
fig <- plot_ly(labels = labels, values = values, type = 'pie', hole = 0.3,  # 控制饼图中心空洞的大小textinfo = 'label+percent',marker = list(colors = c('#FF9999','#66B2FF','#99FF99','#FFCC99')))fig <- fig %>% layout(title = '3D饼图效果示例',showlegend = TRUE,scene = list(xaxis = list(title = 'X轴'),yaxis = list(title = 'Y轴'),zaxis = list(title = 'Z轴')))fig

解析

• plot_ly() 用于创建饼图对象，type = ‘pie’ 指定图形类型为饼图
• hole 参数用于创建一个环形图，这样的效果更接近3D饼图的外观

效果

使用 plotrix 包

示例

# 加载plotrix包
library(plotrix)# 创建数据
values <- c(10, 20, 30, 40)
labels <- c("A", "B", "C", "D")
colors <- c("red", "green", "blue", "yellow")# 绘制3D饼图
pie3D(values, labels = labels, col = colors, explode = 0.1,main = "3D饼图示例", radius = 0.9)

解析

• pie3D() 函数用于创建类似3D的饼图效果，虽然它不是完全的3D图形，但通过阴影和爆炸效果模拟了3D外观

效果

折线图

绘制 3D 折线图可以使用 plotly 或 rgl 等包。plotly 提供了直观的 3D 绘图功能，适合用于交互式图形，而 rgl 则适合用于需要更详细定制的 3D 图形

使用 plotly 包

示例

# 加载 plotly 包
library(plotly)# 创建数据
x <- seq(1, 10, length.out = 100)
y <- sin(x)
z <- cos(x)# 绘制 3D 折线图
fig <- plot_ly(x = x, y = y, z = z, type = 'scatter3d', mode = 'lines+markers')# 添加标题和标签
fig <- fig %>% layout(title = '3D 折线图示例',scene = list(xaxis = list(title = 'X 轴'),yaxis = list(title = 'Y 轴'),zaxis = list(title = 'Z 轴'))
)fig

解析

1. 创建数据：

• x：自变量序列
• y 和 z：因变量序列，分别对应 sin(x) 和 cos(x)

2. 绘制 3D 折线图：

• plot_ly() 函数创建3D 折线图，type = ‘scatter3d’ 指定 3D 散点图（包含折线），mode = ‘lines+markers’ 指定显示折线和标记点

3. 设置图形属性：

• layout() 函数设置图形的标题和坐标轴标签。

效果

使用 rgl 包

示例

# 加载 rgl 包
library(rgl)# 创建数据
x <- seq(1, 10, length.out = 100)
y <- sin(x)
z <- cos(x)# 绘制 3D 折线图
plot3d(x, y, z, type = 'l', col = 'blue', lwd = 2, xlab = 'X 轴', ylab = 'Y 轴', zlab = 'Z 轴')# 添加标题
title3d(main = '3D 折线图示例')# 设置视角
rgl.viewpoint(theta = 45, phi = 30)

解析

1. 创建数据：

• x、y 和 z 为 3D 数据的坐标

2. 绘制 3D 折线图：

• plot3d() 函数绘制 3D 折线图，type = ‘l’ 指定绘制线条，col 设置颜色，lwd 设置线宽

3. 设置图形属性：

• title3d() 函数设置图形标题
• rgl.viewpoint() 设置视角以获得更好的 3D 视图效果

效果

柱状图

示例

# 加载 rgl 包
library(rgl)# 创建数据
x <- c(1, 2, 3, 4)
y <- c(1, 2, 3, 4)
heights <- c(10, 20, 15, 25)# 绘制 3D 柱状图
for (i in seq_along(x)) {x_pos <- x[i]y_pos <- y[i]z_height <- heights[i]# 生成柱状体的顶点x_corners <- c(x_pos - 0.5, x_pos + 0.5, x_pos + 0.5, x_pos - 0.5)y_corners <- c(y_pos - 0.5, y_pos - 0.5, y_pos + 0.5, y_pos + 0.5)z_corners <- c(0, 0, 0, 0)# 绘制柱状体rgl::polygon3d(x_corners, y_corners, z_corners, col = 'blue', alpha = 0.6)rgl::polygon3d(x_corners, y_corners, z_corners + z_height, col = 'red', alpha = 0.6)# 绘制柱状体的侧面rgl::polygon3d(c(x_corners[1], x_corners[2], x_corners[2], x_corners[1]), c(y_corners[1], y_corners[1], y_corners[2], y_corners[2]),c(0, 0, z_height, z_height), col = 'grey', alpha = 0.5)
}# 设置视角和轴
rgl::rgl.viewpoint(theta = 45, phi = 30)
rgl::axes3d()
rgl::title3d(main = '3D 柱状图示例')# 使图形窗口保持打开状态
rgl::rglwidget()

解析

1. 创建数据：

• x 和 y 是柱状图的坐标位置
• heights 是柱状图的高度

2. 使用 rgl：

• polygon3d() 函数绘制柱状体的底面、顶部和侧面
• rgl.viewpoint() 设置视角以获得更好的 3D 视图效果
• rglwidget() 保持图形窗口打开状态，以便进行交互查看

效果

箱线图

示例

library(rgl)# 生成一些示例数据
set.seed(123)
data <- matrix(rnorm(300), ncol = 3)# 定义一个函数来绘制一个箱线图的长方体
draw_box <- function(x, y, z, width, height, depth, col = "blue") {# 绘制箱子的底面quads3d(x + c(-width/2, width/2, width/2, -width/2),y + c(-height/2, -height/2, height/2, height/2),z + rep(-depth/2, 4),col = col, alpha = 0.5)# 绘制箱子的顶面quads3d(x + c(-width/2, width/2, width/2, -width/2),y + c(-height/2, -height/2, height/2, height/2),z + rep(depth/2, 4),col = col, alpha = 0.5)# 绘制箱子的侧面quads3d(x + c(-width/2, width/2, width/2, -width/2),y + c(-height/2, -height/2, -height/2, -height/2),z + c(-depth/2, -depth/2, depth/2, depth/2),col = col, alpha = 0.5)quads3d(x + c(-width/2, width/2, width/2, -width/2),y + c(height/2, height/2, height/2, height/2),z + c(-depth/2, -depth/2, depth/2, depth/2),col = col, alpha = 0.5)quads3d(x + c(-width/2, width/2, width/2, -width/2),y + c(-height/2, height/2, height/2, -height/2),z + c(-depth/2, -depth/2, -depth/2, -depth/2),col = col, alpha = 0.5)quads3d(x + c(-width/2, width/2, width/2, -width/2),y + c(-height/2, height/2, height/2, -height/2),z + c(depth/2, depth/2, depth/2, depth/2),col = col, alpha = 0.5)
}# 创建一个 3D 窗口
open3d()# 绘制几个 3D 箱线图长方体
for (i in 1:ncol(data)) {# 计算长方体的边界q1 <- quantile(data[, i], 0.25)q3 <- quantile(data[, i], 0.75)median <- median(data[, i])lower <- min(data[, i])upper <- max(data[, i])# 绘制长方体draw_box(x = i, y = median, z = 0, width = 0.5, height = q3 - q1, depth = 1,col = "blue")
}# 添加坐标轴标签
axes3d()
title3d(main = "3D Boxplot", xlab = "Sample", ylab = "Value", zlab = "Depth")

解析

• draw_box 函数创建了一个 3D 长方体，模拟箱线图的外观
• 使用 quads3d 函数绘制长方体的各个面
• 对于每个数据列，计算了四分位数和中位数，并在 3D 空间中绘制了长方体

效果

直方图

示例

# 安装和加载必要的包
install.packages("rgl")
library(rgl)# 生成示例数据
set.seed(123)
data <- matrix(rnorm(1000), ncol = 10)  # 10组数据，每组100个数据点# 计算每组数据的频数
hist_data <- apply(data, 2, function(x) hist(x, breaks = 10, plot = FALSE))# 清空之前的图形
open3d()# 设定颜色
colors <- rainbow(length(hist_data))# 绘制3D直方图
for (i in 1:length(hist_data)) {for (j in 1:(length(hist_data[[i]]$breaks) - 1)) {x0 <- hist_data[[i]]$breaks[j]    # 柱体底边左端x1 <- hist_data[[i]]$breaks[j + 1] # 柱体底边右端y0 <- i - 0.5                       # 柱体底边在Y轴上的位置y1 <- i + 0.5                       # 柱体顶边在Y轴上的位置z0 <- 0                            # 柱体底边的Z坐标z1 <- hist_data[[i]]$counts[j]    # 柱体顶边的Z坐标# 绘制底面quads3d(x = c(x0, x0, x1, x1), y = c(y0, y1, y1, y0), z = rep(z0, 4), col = colors[i], alpha = 0.5)# 绘制顶面quads3d(x = c(x0, x0, x1, x1), y = c(y0, y1, y1, y0), z = rep(z1, 4), col = colors[i], alpha = 0.5)# 绘制侧面quads3d(x = c(x0, x0, x0, x0), y = c(y0, y1, y1, y0), z = c(z0, z0, z1, z1), col = colors[i], alpha = 0.5)quads3d(x = c(x1, x1, x1, x1), y = c(y0, y1, y1, y0), z = c(z0, z0, z1, z1), col = colors[i], alpha = 0.5)}
}# 添加坐标轴和标题
axes3d(edges = "bbox", xlab = "Value", ylab = "Group", zlab = "Frequency", box = TRUE)
title3d("3D Histogram", xlab = "Value", ylab = "Group", zlab = "Frequency")

解析

1. 坐标轴: 使用 axes3d 函数绘制坐标轴和标签，edges = “bbox” 表示显示边界框的坐标轴
2. 柱体: 每个柱体的底面、顶面和侧面都用 quads3d 绘制
3. 颜色: 使用 rainbow 函数生成颜色，并将其应用于每组数据的柱体

效果

等高线图

使用 plotly 包（方式1）

示例

# 安装和加载必要的包
install.packages("plotly")
library(plotly)# 生成示例数据
n <- 50
x <- seq(-10, 10, length.out = n)
y <- seq(-10, 10, length.out = n)
z <- outer(x, y, function(x, y) sin(sqrt(x^2 + y^2)))# 绘制3D等高线图
plot_ly(z = ~z, x = ~x, y = ~y, type = "surface") %>%layout(title = "3D Terrain Plot",scene = list(xaxis = list(title = "X"),yaxis = list(title = "Y"),zaxis = list(title = "Z")))

解析

• plot_ly 函数用于绘制图形，type = “surface” 指定绘制3D等高线图
• layout 函数用于设置图形的标题和坐标轴标签

效果

使用 plotly 包（方式2）

示例

library(plotly)# 生成示例数据
set.seed(123)
x <- rnorm(100)
y <- rnorm(100)
z <- rnorm(100)# 创建等高线图数据
x_bins <- seq(min(x), max(x), length.out = 10)
y_bins <- seq(min(y), max(y), length.out = 10)
x_cut <- cut(x, breaks = x_bins)
y_cut <- cut(y, breaks = y_bins)# 计算每个箱子中的数据量
hist_data <- table(x_cut, y_cut)# 转换为矩阵格式
z_data <- as.matrix(hist_data)# 绘制3D直方图
plot_ly(z = z_data,type = 'surface',colorscale = list(c(0, 1), c('blue', 'red')),colorbar = list(title = 'Count')
) %>%layout(title = "3D Histogram",scene = list(xaxis = list(title = 'X'),yaxis = list(title = 'Y'),zaxis = list(title = 'Count')))

解析

1. 生成数据:

• 生成 x, y, z 随机数据

2. 计算直方图数据:

• 使用 cut 将 x 和 y 数据分箱
• 使用 table 计算每个箱子的频数

3. 绘制等高线图:

• 使用 plot_ly 和 type = ‘surface’ 绘制3D表面图
• 传递 z_data 矩阵表示每个箱子的频数
• colorscale 和 colorbar 用于设置颜色和图例

效果

曲线图

示例

# 加载必要的包
library(plotly)# 生成 3D 螺旋曲线数据
t <- seq(0, 10 * pi, length.out = 100)
x <- sin(t)
y <- cos(t)
z <- t# 创建数据框
data <- data.frame(t = t,x = x,y = y,z = z
)# 绘制 3D 曲线图
fig <- plot_ly(data = data,x = ~x,y = ~y,z = ~z,type = 'scatter3d',mode = 'lines',line = list(width = 4, color = 'blue')
) %>%layout(scene = list(xaxis = list(title = 'X Axis'),yaxis = list(title = 'Y Axis'),zaxis = list(title = 'Z Axis')))# 显示图形
fig

解析

1. 生成 3D 螺旋曲线数据：

• t 是参数，用于生成曲线的点
• x 和 y 是通过 sin(t) 和 cos(t) 生成的曲线的横纵坐标
• z 是随 t 增长的直线分量，用于使曲线在 z 轴上上升

2. 创建数据框：

• 将生成的数据存储在数据框 data 中，以便用于绘图

3. 绘制 3D 曲线图：

• plot_ly() 函数用于创建图形对象，type = ‘scatter3d’ 表示绘制 3D 散点图，而 mode = ‘lines’ 指定将点连接成线形成曲线
• line 参数用于设置线条的宽度和颜色

4. 设置布局：

• layout() 函数用于设置坐标轴的标题以及其他图形布局选项

效果

热力图

示例

# 加载必要的包
library(plotly)# 生成模拟数据
set.seed(123)
x <- seq(-10, 10, length.out = 30)
y <- seq(-10, 10, length.out = 30)
z <- seq(-10, 10, length.out = 30)
data <- expand.grid(x = x, y = y, z = z)# 计算热力图值，这里使用一个简单的函数作为例子
data$values <- with(data, sin(sqrt(x^2 + y^2 + z^2)))# 绘制 3D 热力图
fig <- plot_ly(data,x = ~x,y = ~y,z = ~z,color = ~values,colors = colorRamp(c('blue', 'green', 'yellow', 'red')),type = 'mesh3d',intensity = ~values
) %>%layout(scene = list(xaxis = list(title = 'X Axis'),yaxis = list(title = 'Y Axis'),zaxis = list(title = 'Z Axis')),coloraxis = list(colorbar = list(title = 'Intensity')))# 显示图形
fig

解析

1. 生成模拟数据：

• x、y 和 z 是三维网格的坐标轴，使用 seq() 函数生成从 -10 到 10 的数据
• expand.grid() 函数生成所有可能的 (x, y, z) 组合

2. 计算热力图值：

• data$values 是我们用来表示热力图强度的数据，这里使用一个简单的 sin(sqrt(x^2 + y^2 + z^2)) 函数计算值，可以根据需要替换为实际数据或其他函数

3. 绘制 3D 热力图：

• plot_ly() 函数创建图形对象，type = ‘mesh3d’ 指定绘制 3D 网格图，intensity 参数设置为热力图的值
• colorRamp() 函数定义颜色渐变，展示不同强度的区域

4. 设置布局：

• layout() 函数用于设置坐标轴标题和颜色条

效果

雷达图

示例

library(plotly)
library(dplyr)# 生成示例数据
data <- data.frame(axis = c("A", "B", "C", "D", "E"),value = c(3, 4, 2, 5, 4)
)# 转换数据为适合绘图的格式
n <- nrow(data)
theta <- seq(0, 2 * pi, length.out = n + 1)
r <- c(data$value, data$value[1])
x <- r * cos(theta)
y <- r * sin(theta)# 创建3D雷达图
plot_ly(x = ~x,y = ~y,z = ~rep(0, length(x)),type = 'scatter3d',mode = 'lines+markers',line = list(color = 'blue'),marker = list(size = 5, color = 'blue')
) %>%layout(scene = list(xaxis = list(title = 'X'),yaxis = list(title = 'Y'),zaxis = list(title = 'Z', visible = FALSE)),title = '3D Radar Plot')

效果

韦恩图

示例

# 加载必要的包
library(plotly)# 定义 3D 圆的参数
circle_radius <- 1
n_points <- 100
theta <- seq(0, 2 * pi, length.out = n_points)# 计算圆的 x 和 y 坐标
circle_x <- circle_radius * cos(theta)
circle_y <- circle_radius * sin(theta)# 生成 3 个圆的坐标
circle1 <- data.frame(x = circle_x, y = circle_y, z = 0)
circle2 <- data.frame(x = circle_x - 0.5, y = circle_y - 0.5, z = 0)
circle3 <- data.frame(x = circle_x + 0.5, y = circle_y - 0.5, z = 0)# 创建一个 3D 图形
fig <- plot_ly() %>%# 添加圆1add_trace(x = circle1$x,y = circle1$y,z = circle1$z,type = 'scatter3d',mode = 'lines',line = list(width = 2, color = 'blue'),name = 'Circle 1') %>%# 添加圆2add_trace(x = circle2$x,y = circle2$y,z = circle2$z,type = 'scatter3d',mode = 'lines',line = list(width = 2, color = 'green'),name = 'Circle 2') %>%# 添加圆3add_trace(x = circle3$x,y = circle3$y,z = circle3$z,type = 'scatter3d',mode = 'lines',line = list(width = 2, color = 'red'),name = 'Circle 3') %>%layout(scene = list(xaxis = list(title = 'X Axis'),yaxis = list(title = 'Y Axis'),zaxis = list(title = 'Z Axis')),title = '3D Venn Diagram')# 显示图形
fig

解析

1. 定义圆的参数：

• circle_radius 为圆的半径
• n_points 设置圆上点的数量以确保圆的平滑

2. 计算圆的坐标：

• 使用 cos 和 sin 函数计算圆的 x 和 y 坐标
• 创建三个不同位置的圆（通过调整 x 和 y 的位置）

3. 创建 3D 图形：

• 使用 plot_ly() 创建图形对象
• add_trace() 函数用于添加每个圆的坐标
• layout() 设置坐标轴标题和图形标题

效果