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news 2025/7/4 12:40:50

沈陽網(wǎng)站搜索引擎優(yōu)化,google推廣教程,做冷飲的網(wǎng)站,網(wǎng)站建設要那些東西文章目錄一、Matplot3D for JAVA V4.0 概述二、什么是處理器三、DataGridProcessor處理器四、基本使用方法五、舉個栗子：繪制高程地形圖新版本介紹 v5.0 文章鏈接 Matplot3D for Java V5.0：一個純JAVA開發(fā)的數(shù)學科學數(shù)據(jù)可視化組件&#xff…

文章目錄

一、Matplot3D for JAVA V4.0 概述

二、什么是處理器

三、DataGridProcessor處理器

四、基本使用方法

五、舉個栗子：繪制高程地形圖

新版本介紹 v5.0? 文章鏈接

Matplot3D for Java V5.0：一個純JAVA開發(fā)的數(shù)學科學數(shù)據(jù)可視化組件，JAVA 三維繪圖（可視化圖表）組件，類似matplotlib-CSDN博客文章瀏覽閱讀707次，點贊8次，收藏9次。在數(shù)據(jù)科學和工程領域，數(shù)據(jù)可視化是理解和交流復雜信息的關鍵工具。如果您是一位Java開發(fā)者，尋找一個強大的、本地化的三維圖形繪圖庫，那么Matplot3D for JAVA（V5.0）值得你關注。該組件旨在為Java開發(fā)者提供類似于Python中Matplotlib的三維繪圖功能，讓Java也能輕松繪制出令人印象深刻的3D圖形圖表。https://blog.csdn.net/tanling8334/article/details/137752605?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22137752605%22%2C%22source%22%3A%22tanling8334%22%7D

一、Matplot3D for JAVA V4.0 概述

? ? Matplot3D for JAVA? 是一個基于JAVA SE 1.8環(huán)境開發(fā)的數(shù)學科學數(shù)據(jù)三維可視化組件。這是一個純JAVA實現(xiàn)的類似matplotlib可視化三維庫（內含純java實現(xiàn)的3維軟引擎），封裝為一個jar包，jar文件大小只有200多KB，直接引用即可。無需再安裝和配置第三方庫或者環(huán)境，無需依賴OpenGL、DriectX、JAVA 3D或JAVAFX等等。

下載地址?

碼云：????????https://gitee.com/tanling8334/Matplot3D-for-Java

Github：? ? https://github.com/tanling8334/Matplot3D-for-Java

二、什么是處理器

? ? Matplot3D for JAVA 的處理器（Processor）是一類對象，它們的作用是將數(shù)據(jù)轉換成對應圖表的三維模型，負責數(shù)據(jù)處理和建模，無需使用者直接編寫具體模型的代碼，只需要將數(shù)據(jù)加入到處理器中，再通過Matplot3D4JMgr對象將圖表直接在繪制到界面上或者輸出為圖像文件即可。一個Matplot3D4JMgr對象可以“持有”多個不同類型的處理器對象。

三、DataGridProcessor處理器

? ? DataGridProcessor是數(shù)據(jù)網(wǎng)格處理器，可以繪制連續(xù)的曲面。數(shù)據(jù)網(wǎng)格是指一個在x，y方向都均勻排列的點陣列。使用一個Double[][]表示數(shù)據(jù)，數(shù)組中的值為z（高度）值。x,y方向由于均勻分布，在指定了各自的取值范圍后即可換算為空間坐標的x,y坐標。需要注意的是Double[][]中存放的為數(shù)據(jù)，和顯示的分段數(shù)不一定相等（譬如說數(shù)據(jù)數(shù)組是100*100的，但3維曲面模型的分段數(shù)可以使90*80）。

四、基本使用方法

DataGridProcessor的編程模式如下：

DataGridProcessor processor = new DataGridProcessor();  //創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)處理器Matplot3D4JMgr mgr=new Matplot3D4JMgr(processor);	//創(chuàng)建圖形管理器Double[][] datas=new Double[20][20]; //數(shù)據(jù)陣列//......準備數(shù)據(jù)//向pricessor對象加入數(shù)據(jù)
processor.addData(datas, "Name", new Range(0, 300), new Range(0, 300), 100, 100, cs, 1f);mgr.show();

? ? 其中datas表示用戶的數(shù)據(jù)，上面的代碼中并沒有數(shù)據(jù)。?現(xiàn)生成一些演示數(shù)據(jù)如下：

    DataGridProcessor processor = new DataGridProcessor();Matplot3D4JMgr mgr=new Matplot3D4JMgr(processor);		//----------以下生成一些演示數(shù)據(jù)Double[][] datas=new Double[20][20];Random random=new Random();for(int i=0;i<datas.length;i++) {for(int j=0;j<datas[0].length;j++) {if(i+j<20)datas[i][j]=(double)i+j+random.nextDouble();else datas[i][j]=40d-i-j-random.nextDouble();}}processor.setClose3DObject(true); //設置是否是封閉三維對象mgr.setScaleZ(1.2); //z方向伸拉至原始的1.2倍mgr.setTitle("Demo 數(shù)據(jù)陣列");processor.setShowGrid(false);//不顯示輔助網(wǎng)格線//創(chuàng)建一個顏色風格ColorStyle cs = new TopBottomColorStyle(ColorStyle.DEFAULT_COLORS_ARRAY);processor.addData(datas, "", new Range(0, 100), new Range(100, 200), 20, 20, cs, 1f);mgr.show();

? ? 運行效果如下：

主要方法介紹：

public void setClose3DObject(boolean flag)

設置是否封閉三維對象，如果為false則只顯示數(shù)據(jù)曲面，如果為true則將曲面、和自適應的水平的矩形平面和四周的垂直面將三維圖形圍蔽。

public?void addData(Double[][] data, String name, Color color, Range rangeX, Range rangeY, int ?stepX, int stepY, float alpha)

加入一組數(shù)據(jù)陣列數(shù)據(jù)，并指定x,y范圍，顯示分段,顏色和不透明度。參數(shù)說明如下：

1、data:數(shù)據(jù)陣列二維數(shù)組，第一個下標代表X方向,第二個下標代表Y方向；

2、name：名字；

3、color：顏色；

4、rangeX：數(shù)據(jù)在X方向的分布范圍；

5、rangeY：數(shù)據(jù)在Y方向的分布范圍；

6、stepX ：X方向的顯示分段；

7、stepY：Y方向的顯示分段；

8、alpha：不透明度（0為完全透明，1.0為完全不透明）。

public?void addData(Double[][] data, String name, Range rangeX, Range rangeY, int stepX, int stepY, ColorStyle cs, float alpha)

此方法與前一個方法類似，只是使用ColorStyle 最為參填充而不是用一種純色填充。注意參數(shù)的順序是和上面的方法不一樣的。

五、舉個栗子：繪制高程地形圖

? ? ?現(xiàn)在我們來寫一個稍微高級一點點的栗子：繪制高程地形圖。就像下面這樣：

? ? ?是不是看起來還挺酷的，實際上DataGridProcessord的使用方法和上面簡單的栗子并沒有多少差別，差別在于數(shù)據(jù)。同時根據(jù)數(shù)據(jù)的分布密度設置合理的分段數(shù)進行建模和繪制。

? ? 需要特別指出的是，由于這是一個JAVA純軟件實現(xiàn)的三維引擎，完全依靠JVM和CPU運算以及靠內存存儲數(shù)據(jù)，當模型數(shù)據(jù)過多時會占用較多內存，“刷新時”也會占用較多CPU時間。所以根據(jù)自己電腦的實際配置和性能來決定模型的精細度。根據(jù)我的4年前的破電腦的使用經(jīng)驗，如果是需要實時刷新我覺得最好把模型的片面數(shù)控制在10W個以內，例如分段數(shù)設定為300*300時，模型的片面數(shù)就會超過9W個。大家可以根據(jù)自己電腦的實際配置測試一下在可接受的刷新效率下的極限精細度。

? ? 關于性能方面的底層問題，我還在還在持續(xù)改進中，看看使用CPU計算時JAVA的極限能達到什么程度。

? ? 言歸正傳，地形數(shù)據(jù)怎么生成。首先從互聯(lián)網(wǎng)上找到高程數(shù)據(jù)，高程數(shù)據(jù)一般都是測繪衛(wèi)星測繪獲得的，有多種格式，大家有興趣可以研究研究。我是從下面這個網(wǎng)站下載高程數(shù)據(jù)的：

http://viewfinderpanoramas.org/Coverage%20map%20viewfinderpanoramas_org3.htm

? ? 選擇某一個方格可以下載那一區(qū)域的高程數(shù)據(jù)，下載后解壓可以得到一堆后綴是 .hgt的文件。文件是以一個方格區(qū)域的右上角的經(jīng)緯度命名的，每個文件代表的方格跨度分別是經(jīng)度的1度和緯度的1度。例如N08E036.hgt文件包含的就是北緯8度到北緯9度，東經(jīng)36度到東經(jīng)37度這一區(qū)域的地形高程數(shù)據(jù)。每個文件的大小是一致的，共包含1442401個采樣點的高程數(shù)據(jù)，可以看到每個文件的大小是2884802字節(jié)，就是說每個采樣點數(shù)據(jù)占用了兩個字節(jié)。

? ? 同時可以按照地球的半徑換算： $R*\pi /(180*1201)$ ?，結果大約是90m,也就是說這些hgt文件的數(shù)據(jù)精度是90米。每一個文件涵蓋的區(qū)域長寬大概是108km，而我們知道地球最高的海拔也只有8800多米，所以整塊繪制體現(xiàn)不出地形高度起伏，可以只提取其中的一個子區(qū)域繪制。

? ? 例如提取文件“?N27E086.hgt ” 文件其中300*300個點表示的區(qū)域進行繪制。這個區(qū)域位于喜馬拉雅山脈，因此地形起伏會比較明顯。??

? ??hgt文件數(shù)據(jù)提取代碼如下：

/**
* @param fileName 文件名
* @param offsetU  提取區(qū)域右上角的經(jīng)度偏移量
* @param offsetV  提取區(qū)域右上角的維度偏移量
* @param countU   經(jīng)度提取點數(shù)量
* @param countV   維度提取點數(shù)量
* @return         高程數(shù)據(jù)數(shù)組
*/
Double[][] readHgtFile(String fileName,int offsetU,int offsetV,int countU,int countV) throws Exception{File file = new File(fileName);DataInputStream dio = new DataInputStream(new FileInputStream(file));int x=0,y=0;Double[][] datas=new Double[countU][countV];byte[] buf=new byte[2402];for(int i=0;i<1201;i++) {dio.read(buf);if(i<offsetU||i>=offsetU+countU)continue;for(int k=0;k<buf.length;k+=2) {if(k/2<offsetV||k/2>=offsetV+countV)continue;datas[x][y]=(double)((buf[k] << 8) | (buf[k+1] & 0xff));y++;}y=0;x++;}dio.close();return datas;
}

? ? 接下來是主程序，因為我們需要取縱橫300個點，按照點間90米計算，跨度大約為27公里，因此繪圖范圍的跨度應該設置為27000，分段數(shù)可隨意，這里設置為270，使片面數(shù)不至于很大。主程序如下：

	public static void main(String[] args) throws Exception {final Double[][] datas = readHgtFile("./demo_data/N27E086.hgt",139,100,301,300);DataGridProcessor processor = new DataGridProcessor();Matplot3D4JMgr mgr=new Matplot3D4JMgr(processor);mgr.setTitle("高程地形");mgr.setShowReferencePlanes(false); //不顯示坐標系processor.setShowGrid(false); //不顯示網(wǎng)格線processor.addData(datas, "",Color.LIGHT_GRAY, new Range(0, 27000), new Range(0, 27000), 270, 270, 1f);processor.setClose3DObject(true);mgr.show();}

執(zhí)行程序顯示如圖：

? ? 是不是已經(jīng)有點意思了。但是顏色只有灰色，我們希望可以根據(jù)高度顯示不同的顏色，就是高度用顏色也能體現(xiàn)出來。還有高光感看起來感覺有一點像金屬表面。那么就做一下細節(jié)調整。用顏色數(shù)組創(chuàng)建ColorStyle對象，并在添加數(shù)據(jù)時設置，同時關閉高光渲染。調整代碼調整如下：?

ColorStyle cs = new TopBottomColorStyle(new Color[] {Color.BLUE,Color.GREEN,Color.YELLOW,Color.RED.brighter(),Color.RED.darker()});processor.addData(datas, "", new Range(0, 27000), new Range(0, 27000), 270, 270, cs, 1f);processor.setHighlight(false);

? ? 注意使用ColorStyle的 addData 方法的參數(shù)順序和使用Color作為參數(shù)的方法是不一樣的，效果如下：