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Base R 和几个软件包提供了在水平面上绘制 3 维表面的功能。他们中的大多数需要一个 x 和 y 值的组合作为输入的 z 值。

换句话说，他们需要一个 x-y 网格和网格上每个点的 z 值。

当我们有一个 (x,y,z) 值（坐标）的数据框或矩阵时，我们可以绘制点，但不能绘制表面。

我们需要使用给定的数据和适当的插值函数来估计所有 x 和 y 值组合的 z 值来绘制表面。

本文将展示如何使用 akima 包来估计 x-y 值网格的 z 值。然后我们将使用 rgl 包绘制曲面。

R 中 akima 包的 interp() 函数

akima 包提供了用于插值二元数据的函数。

interp() 函数采用三个向量 x、y 和 z 并返回一个 40×40 网格的 x-y 值和对应的 z 值。

默认情况下，会生成线性插值。

R 中 rgl 包的 persp3d() 函数

rgl 包创建 3D 交互式图形。我们可以使用鼠标缩放和旋转绘图。

我们将使用 persp3d() 函数绘制曲面，使用 points3d() 函数绘制原始数据。

为了在 R 中查看绘图，我们需要设置一个特定选项：options(rgl.printRglwidget = TRUE)。

函数演示

我们将通过以下步骤。

• 如果所需的软件包尚不可用，请安装它们。

• 加载所需的包。

• 创建示例数据框。

• 使用 interp() 创建与 x-y 值网格对应的 z 值列表。

• 使用 persp3d() 绘制曲面。

• 使用 points3d() 添加点。

示例代码：

# 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")

输出图：

rgl 生成交互式 3D 绘图。