繪製三元圖、顏色空間圖：R語言程式碼

疯狂学习GIS發表於2024-03-27
R語言

  本文介紹基於R語言中的Ternary包，繪製三元圖（Ternary Plot）的詳細方法；其中，我們就以RGB三色分佈圖為例來具體介紹。

  三元圖可以從三個不同的角度反映資料的特徵，因此在很多領域都得以廣泛應用；如下圖所示，就是一個最簡單的三元圖。其中，基於R語言中的Ternary包，我們可以非常方便地繪製三元圖；本文就對其具體繪製方法加以介紹。

image

  首先，由於我們需要用到R語言中的Ternary包，因此透過如下所示的程式碼配置Ternary包。

install.packages("Ternary")

  Ternary包提供了兩種繪製三元圖的方法。首先，我們可以透過其提供的互動式介面，透過滑鼠操作完成簡單的三元圖的繪製工作。我們可以透過如下所示的程式碼開啟這一互動式介面。

Ternary::TernaryApp()

  互動式介面開啟後，如下圖所示。我們可以按照其中各個按鈕、引數的介紹，手動對三元圖加以修改，並最終匯出影像。

  我們這裡主要介紹基於程式碼的繪圖方法，因此互動式介面就不再過多介紹了；大家如果有需要，可以對互動式介面繪圖的方法加以自行嘗試。

  首先，透過程式碼繪製三元圖，我們需要匯入Ternary包。

library(Ternary)

  最簡單的三元圖繪製方式，就是透過圖下的程式碼，生成一個最基本的三元圖。

TernaryPlot()

  執行上述程式碼，將得到如下所示的圖片。

  當然，我們需要結合實際的需求，對這個簡單的三元圖加以個性化修改。首先，本文所用到的全部程式碼如下所示。

library(Ternary)
# dev.off()

TernaryPlot(alab = "Terrain \u2192", blab = "Vegetation \u2192", clab = "\u2190 Climate",
            lab.col = c("red", "green", "blue"),
            main = "Test Ternary Plot",
            point = "up", lab.cex = 0.8, grid.minor.lines = 0,
            grid.lty = "solid", col = rgb(0.9, 0.9, 0.9), grid.col = "white",
            axis.col = rgb(0.6, 0.6, 0.6), ticks.col = rgb(0.6, 0.6, 0.6),
            axis.rotate = FALSE,
            padding = 0.08)

cols <- TernaryPointValues(rgb)
ColourTernary(cols, spectrum = NULL)

data_points <- list(
  O = c(255, 128, 0),
  Y = c(255, 255, 0),
  P = c(255, 0, 255),
  C = c(0, 255, 255)
)
AddToTernary(points, data_points, pch = 21, cex = 2.8,
             bg = vapply(data_points,
                         function (x) rgb(x[1], x[2], x[3], 255, maxColorValue = 255),
                         character(1))
             )
AddToTernary(text, data_points, names(data_points),cex = 0.8, font = 2)

legend("topright",
       legend = c("Orange", "Yellow", "Purple", "Cyan"),
       cex = 0.8, bty = "n", pch = 21, pt.cex = 1.8,
       pt.bg = c(rgb(255, 128, 0, 255, NULL, 255),
                 rgb(255, 255, 0, 255, NULL, 255),
                 rgb(255, 0, 255, 255, NULL, 255),
                 rgb(0, 255, 255, 255, NULL, 255)),
       )

  執行上述程式碼，我們得到的最終結果影像如下圖所示。

  接下來，我們就對上述程式碼加以介紹與解釋。這裡需要注意，本文僅對我們用到的引數加以簡單的介紹，其中很多引數的含義其實我也還沒太搞清楚；大家在實際使用時，如果對引數還有其他疑惑，可以參考Ternary包的官方幫助文件：https://ms609.github.io/Ternary/reference/index.html 。

  首先，程式碼中的第一部分，即TernaryPlot()函式，就是Ternary包繪製三元圖的基本函式；我們透過修改其中各項引數，從而修改最終成圖中各個部分的屬性。其中，函式的第一行，也就是alab開頭的這一行，表示三角形三條邊分別要顯示的字元，也就是“標註”；lab.col則表示三角形中三條邊對應的座標軸的文字標註，需要用什麼顏色來表示；main表示三元圖的標題；point表示三角形擺放的角度（例如我這裡的"up"就表示將其中的一個角朝上放置）；其後的兩個引數lab.cex與grid.minor.lines，則分別表示座標軸的標註的字號與三元圖的最小單位格網線；由於我這裡是做一張三角形分別表示R、G、B三種顏色的顏色空間圖，因此就沒有設定格網線。

  隨後，函式第五行的grid.lty表示三元圖格網線的型別，其後的引數col表示三元圖內部的繪製顏色，隨後的引數grid.col表示格網線的顏色（當然我這裡並沒有設定格網線）；接下來的引數axis.col表示三元圖三條軸的顏色，引數ticks.col則表示三條軸上對應的標籤（不是文字標註）的顏色；引數axis.rotate則表示是否要旋轉標籤；最後一個padding引數則用以控制圖片的縮放。

  接下來，由於我們希望透過R、G、B三種顏色的填充來實現三元圖的著色，因此宣告一個cols變數，並透過ColourTernary()函式將其填充到三元圖中。

  此外，為了方便大家看圖，我們希望在這個三角形的R、G、B顏色空間圖中，新增幾個關鍵顏色的點，作為大家看圖時的參考。因此，我們透過R、G、B值來確定幾個顏色點，將其儲存在data_point中；隨後，透過AddToTernary()函式將其匯入三元圖中。

  接下來，也就是程式碼中的最後一部分，我們透過legend()函式為圖片新增圖例。這裡的圖例，其實就是我們在前一步驟中，為圖片新增的幾個主要顏色點的圖例。首先，函式的第一個引數"topright"，表示我們希望將圖例新增到圖片的右上角；隨後的幾行引數，就是調整圖例的字型、字號、要顯示的內容等。

  在透過調整程式碼，獲得我們滿意的三元圖後，如果大家是用RStudio進行程式碼的撰寫，可以在“Plots”中選擇“Export”→“Save as Image...”選項，將圖片匯出；如下圖所示。

  不過這裡需要注意，在RStudio中匯出的圖片往往清晰度不夠高；如果大家希望提升圖片的精度，可以選擇匯出.eps格式的圖片素材；如下圖所示。

  隨後，在Adobe Illustrator（AI）軟體中開啟剛剛儲存的.eps格式檔案；此時，不僅可以直接對圖片加以進一步修改，還可以用圖片格式儲存更高精度的圖片。

  至此，大功告成。

相關文章