与xyz坐标的3d表面图

Mar*_*box 42 3d plot r rgl qhull

我希望有经验的人可以帮助我们如何从xyz数据中准备形状文件.虽然没有提供创建形状文件的前面步骤,但可以在这里看到彗星Churyumov-Gerasimenko 的精心准备的数据集的一个很好的例子.

我试图更好地理解如何将曲面应用于给定的XYZ坐标集.使用笛卡尔坐标是直接使用R包"rgl",但是环绕的形状看起来更难.我找到了R包geometry,它提供了QHULL函数的接口.我尝试使用它来计算Delaunay三角剖面,然后我可以用它绘制rgl.我无法弄清楚与该功能相关的一些选项delaunayn,可能控制这些方面的最大距离.我希望这里有人可能对xyz数据改进表面结构有一些想法.

使用"Stanford bunnny"数据集的示例:

library(onion)
library(rgl)
library(geometry)
data(bunny)

#XYZ point plot
open3d()
points3d(bunny, col=8, size=0.1)
#rgl.snapshot("3d_bunny_points.png")

#Facets following Delaunay triangulation
tc.bunny <- delaunayn(bunny)
open3d()
tetramesh(tc.bunny, bunny, alpha=0.25, col=8)
#rgl.snapshot("3d_bunny_facets.png")
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这个答案让我相信Qhull的R实现可能存在问题.此外,我现在尝试了各种设置(例如delaunayn(bunny, options="Qt")),效果甚微.Qhull选项在此处列出

编辑:

这是一个额外的(更简单的)球体示例.即使在这里,小平面的计算并不总能找到最近的相邻顶点(如果你旋转球,你会看到一些小平面穿过内部).

library(rgl)
library(geometry)
set.seed(1)
n <- 10
rho <- 1
theta <- seq(0, 2*pi,, n) # azimuthal coordinate running from 0 to 2*pi 
phi <- seq(0, pi,, n) # polar coordinate running from 0 to pi (colatitude)
grd <- expand.grid(theta=theta, phi=phi)

x <- rho * cos(grd$theta) * sin(grd$phi)
y <- rho * sin(grd$theta) * sin(grd$phi)
z <- rho * cos(grd$phi)

set.seed(1)
xyz <- cbind(x,y,z)
tbr = t(surf.tri(xyz, delaunayn(xyz)))
open3d()
rgl.triangles(xyz[tbr,1], xyz[tbr,2], xyz[tbr,3], col = 5, alpha=0.5)
rgl.snapshot("ball.png")
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Jot*_*ota 18

这是一种使用核密度估计和contour3d函数的方法misc3d.我一直玩,直到找到一个合适的价值levels.它不是非常精确,但您可以调整一些东西以获得更好,更准确的表面.如果你有超过8GB的内存,那么你可以增加n超出我在这里所做的.

library(rgl)
library(misc3d)
library(onion); data(bunny)

# the larger the n, the longer it takes, the more RAM you need
bunny.dens <- kde3d(bunny[,1],bunny[,2],bunny[,3], n=150, 
    lims=c(-.1,.2,-.1,.2,-.1,.2)) # I chose lim values manually

contour3d(bunny.dens$d, level = 600, 
    color = "pink", color2 = "green", smooth=500)
rgl.viewpoint(zoom=.75)
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右边的图像是从底部开始的,只是为了显示另一个视图.

你可以使用更大的值n,kde3d但是它需要更长的时间,如果数组太大,你可能会用完RAM.您还可以尝试不同的带宽(此处默认使用).我在R-Feng&Tierney 2008中采用了计算和显示等值面的方法.


使用Rvcg包的非常相似的isosurface方法:

library(Rvcg)
library(rgl)
library(misc3d)
library(onion); data(bunny)

bunny.dens <- kde3d(bunny[,1],bunny[,2],bunny[,3], n=150, 
    lims=c(-.1,.2,-.1,.2,-.1,.2)) # I chose lim values manually

bunny.mesh <- vcgIsosurface(bunny.dens$d, threshold=600)
shade3d(vcgSmooth(bunny.mesh,"HC",iteration=3),col="pink") # do a little smoothing
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由于它是基于密度估计的方法,我们可以通过增加兔子的密度来获得更多.我也在n=400这里用.成本是计算时间的显着增加,但结果表面是一个野兔更好:

bunny.dens <- kde3d(rep(bunny[,1], 10), # increase density.
                    rep(bunny[,2], 10),
                    rep(bunny[,3], 10), n=400, 
                    lims=c(-.1,.2,-.1,.2,-.1,.2))

bunny.mesh <- vcgIsosurface(bunny.dens$d, threshold=600)
shade3d(vcgSmooth(bunny.mesh,"HC",iteration=1), col="pink")
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存在更好,更有效的表面重建方法(例如,功率外壳,泊松表面重建,球形枢轴算法),但我不知道任何已经在R中实现了.

这是一个相关的Stack Overflow帖子,其中包含一些很棒的信息和链接(包括代码链接): 用于从3D点云进行曲面重建的强大算法?.

  • Feng和Tierney(2008)的精彩参考 - 正是我一直在寻找的.我认为这将使我在寻找有关该主题的相关文献方面有一个良好的开端.感谢你的帮助. (2认同)

Mar*_*box 13

我认为使用该alphashape3d软件包找到了一种可能的解决方案.我不得不玩一下以获得可接受的值alpha,这与给定数据集中的距离有关(例如sd,bunny给了我一些见解).我还在试图弄清楚如何更好地控制顶点和边缘中线条的宽度,以免占主导地位,但这可能与设置有关rgl.

例:

library(onion)
library(rgl)
library(geometry)
library(alphashape3d)

data(bunny)
apply(bunny,2,sd)
alphabunny <- ashape3d(bunny, alpha = 0.003)
bg3d(1)
plot.ashape3d(alphabunny, col=c(5,5,5), lwd=0.001, size=0, transparency=rep(0.5,3), indexAlpha = "all")
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编辑:

只有通过调整plot.ashape3d功能,才能删除边和顶点:

plot.ashape3d.2 <- function (x, clear = TRUE, col = c(2, 2, 2), byComponents = FALSE, 
                             indexAlpha = 1, transparency = 1, walpha = FALSE, ...) 
{
  as3d <- x
  triangles <- as3d$triang
  edges <- as3d$edge
  vertex <- as3d$vertex
  x <- as3d$x
  if (class(indexAlpha) == "character") 
    if (indexAlpha == "ALL" | indexAlpha == "all") 
      indexAlpha = 1:length(as3d$alpha)
  if (any(indexAlpha > length(as3d$alpha)) | any(indexAlpha <= 
                                                   0)) {
    if (max(indexAlpha) > length(as3d$alpha)) 
      error = max(indexAlpha)
    else error = min(indexAlpha)
    stop(paste("indexAlpha out of bound : valid range = 1:", 
               length(as3d$alpha), ", problematic value = ", error, 
               sep = ""), call. = TRUE)
  }
  if (clear) {
    rgl.clear()
  }
  if (byComponents) {
    components = components_ashape3d(as3d, indexAlpha)
    if (length(indexAlpha) == 1) 
      components = list(components)
    indexComponents = 0
    for (iAlpha in indexAlpha) {
      if (iAlpha != indexAlpha[1]) 
        rgl.open()
      if (walpha) 
        title3d(main = paste("alpha =", as3d$alpha[iAlpha]))
      cat("Device ", rgl.cur(), " : alpha = ", as3d$alpha[iAlpha], 
          "\n")
      indexComponents = indexComponents + 1
      components[[indexComponents]][components[[indexComponents]] == 
                                      -1] = 0
      colors = c("#000000", sample(rainbow(max(components[[indexComponents]]))))
      tr <- t(triangles[triangles[, 8 + iAlpha] == 2 | 
                          triangles[, 8 + iAlpha] == 3, c("tr1", "tr2", 
                                                          "tr3")])
      if (length(tr) != 0) 
        rgl.triangles(x[tr, 1], x[tr, 2], x[tr, 3], col = colors[1 + 
                                                                   components[[indexComponents]][tr]], alpha = transparency, 
                      ...)
    }
  }
  else {
    for (iAlpha in indexAlpha) {
      if (iAlpha != indexAlpha[1]) 
        rgl.open()
      if (walpha) 
        title3d(main = paste("alpha =", as3d$alpha[iAlpha]))
      cat("Device ", rgl.cur(), " : alpha = ", as3d$alpha[iAlpha], 
          "\n")
      tr <- t(triangles[triangles[, 8 + iAlpha] == 2 | 
                          triangles[, 8 + iAlpha] == 3, c("tr1", "tr2", 
                                                          "tr3")])
      if (length(tr) != 0) 
        rgl.triangles(x[tr, 1], x[tr, 2], x[tr, 3], col = col[1], 
                      , alpha = transparency, ...)
    }
  }
}

alphabunny <- ashape3d(bunny, alpha = c(0.003))
plot.ashape3d.2(alphabunny, col=5, indexAlpha = "all", transparency=1)
bg3d(1)
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