JAVA三维可视化组件：Matplot 3D for JAVA(V3.0) 一个纯JAVA开发的科学数据可视化组件包 类似 Python 的matplotlib
程序员文章站
2022-05-28 15:40:46
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概述
Matplot3D for JAVA（V3.0） 是一个基于JAVA SE 1.8环境开发的三维数学图形图表组件。 组件由纯JAVA SE 实现（Pure Java） ，封装为一个jar包，jar文件大小不超过300KB。内含自主研发的三维几何造型、绘制算法，无需依赖OpenGL、DriectX、JAVA 3D或JAVAFX等等第三方库，其只依托JRE自带的类库即可（即只需安装了JAVA就可使用），可以非常方便的将Matplot3D for JAVA(V3.0)显示面板嵌入到自己JAVA GUI程序中。类似 Python 的matplotlib
本组件提供简单的外观API，可以方便生成三维效果的图形图表。可用于大数据可视化、科学数据分析可视化等领域。在使用GUI显示时支持鼠标等输入设备交互式操作，可方便的缩放和改变观察角度。支持动态编程，可实时生成三维模型动态改变动画。也可以根据输入的数据直接生成图片文件，这可用于动态Web的服务端，从页面传入的数据生成图像文件，返回给页面显示。
组件下载及项目地址：
码云: https://www.gitee.com/tanling8334/Matplot3D-for-Java
Github: https://github.com/tanling8334/Matplot3D-for-Java
完整API请参看上面连接中的Readme.md文档，其中的demo结尾的.jar文件是可执行文件，实际开发使用时不需要引用。请在安装了64位java的系统中运行，运行demo可以看到实际效果和示例代码。实测在JAVA8和JAVA17上使用效果较好。欢迎大家推广使用和交流。
作者联系方式：
email : ta8334@126.com QQ : 17746302
效果展示：
地形数据可视（动图）
引擎功能展示 地球（动图）
引擎功能展示 珠峰（动图）
数据阵列：
数据阵列 示例代码：
import java.util.Random;
import tanling.matplot3d.app.facade.DataGridProcessor;
import tanling.matplot3d.app.facade.Matplot3D4JMgr;
import tanling.matplot3d.common.Range;
import tanling.matplot3d.d3d.color_style.ColorStyle;
import tanling.matplot3d.d3d.color_style.TopBottomColorStyle;
public class DataGridDemo {
public static void main(String[] args) {
DataGridProcessor processor = new DataGridProcessor();
final Matplot3D4JMgr mgr=new Matplot3D4JMgr(processor);
//=======================================
//准备你的数据，是一个二维Double数组。表示均匀分布的网格点，数组内的值表示高度
//数据一般来源于具体应用的非规则函数数据，例如某区域的DEM地形高程数据
//以下代码创造一些虚拟数据用于展示如何使用
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();
}
}
//=======================================
//创建一个颜色风格
ColorStyle cs = new TopBottomColorStyle(ColorStyle.DEFAULT_COLORS_ARRAY);
mgr.setCoordianteSysShowType(Matplot3D4JMgr.COORDINATE_SYS_ALWAYS_FURTHER);
processor.setClose3DObject(true);//设置是否是封闭三维对象
mgr.setScaleX(1);
mgr.setScaleY(1);
mgr.setScaleZ(1.2);
mgr.setTitle("Demo 数据阵列");
processor.setShowGrid(false);//是否现显示辅助网格线
processor.addData(datas, "", new Range(0, 100), new Range(100, 200), 20, 20, cs, 1f);
mgr.show();
}
}
点云 ：
引擎功能展示 珠峰：
函数曲面：
函数曲面示例代码
import tanling.matplot3d.app.facade.Function;
import tanling.matplot3d.app.facade.FunctionProcessor;
import tanling.matplot3d.app.facade.Matplot3D4JMgr;
import tanling.matplot3d.common.Range;
public class FunctionSurfaceDemo {
public static void main(String[] args) {
FunctionProcessor processor = new FunctionProcessor();
final Matplot3D4JMgr mgr=new Matplot3D4JMgr(processor);
//定义二维函数，根据xy值求y值
Function f = new Function() {
public Double f(double x, double y) {
return Math.sin(y * x / 2.2) * 0.8;
}
};
double pi = Math.PI;
//将二维函数加入处理器，设置XY方向显示范围和采样分段数
//可以加入多个函数
processor.addData(f, "", new Range(-1.5*pi, 1.5*pi), new Range(-1.5*pi, 1.5*pi), 60, 60);
mgr.setScaleZ(1.5);
mgr.setScaleX(1.3);
mgr.setScaleY(1.3);
mgr.setSeeta(1.3);
mgr.setBeita(1.1);
mgr.setTitle("Demo : 函数曲面绘制 [ z = 0.8 * sin(y*x/2.2) ]");
mgr.setCoordianteSysShowType(mgr.COORDINATE_SYS_ALWAYS_FURTHER);
mgr.show();
}
}
混合数据：
浮雕效果：
散点：
云图：
云图示例代码：
import java.awt.Color;
import java.util.Random;
import tanling.matplot3d.app.facade.ContourDataGridProcessor;
import tanling.matplot3d.app.facade.Matplot3D4JMgr;
import tanling.matplot3d.common.Range;
public class ContourDataGridDemo {
public static void main(String[] args) {
ContourDataGridProcessor processor = new ContourDataGridProcessor();
// DataGridProcessor processor = new DataGridProcessor();
Matplot3D4JMgr mgr=new Matplot3D4JMgr(processor);
//=======================================
//准备你的高度数据，是一个二维Double数组。表示均匀分布的网格点，数组内的值表示高度
//数据一般来源于具体应用的非规则函数数据，例如某区域的DEM地形高程数据
//以下代码创造一些虚拟数据用于展示如何使用
Double[][] datas=new Double[100][100];
Random random=new Random();
for(int i=0;i<datas.length;i++) {
for(int j=0;j<datas[0].length;j++) {
datas[i][j]=-0.1*Math.pow(100d-i-j,2)+1000;
}
}
//=======================================
//=======================================
//准备你的显示数据values，是一个二维Double数组，。表示均匀分布的网格点，数组内的值表示非xyz的第四维标量数据
//values的行列分布可以不与datas一致，但建议最好一致以优化显示效果
//以下代码创造一些虚拟数据用于展示如何使用
Double[][] values=new Double[50][50];
for(int i=0;i<values.length;i++) {
for(int j=0;j<values[0].length;j++) {
double temp=Math.sqrt(Math.pow(i-25d,2)+Math.pow(j-25d,2));
// if(temp<15)
values[i][j]=temp;
}
}
//=======================================
mgr.setCoordianteSysShowType(Matplot3D4JMgr.COORDINATE_SYS_ALWAYS_FURTHER);
processor.setClose3DObject(true);//设置是否是封闭三维对象
mgr.setScaleX(5);
mgr.setScaleY(5);
mgr.setScaleZ(0.2);
mgr.setTitle("Demo 二维云图");
processor.setShowGrid(false);//是否现显示辅助网格线
Color baseColor=Color.GRAY;//云图需要一个基色
processor.addData(datas, values,baseColor, "my_name", new Range(0, 100), new Range(100, 200), 20, 20, 1f);
mgr.show();
}
}
折线：
折线图示例代码：
import java.awt.Color;
import java.awt.Font;
import java.awt.geom.Point2D;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import tanling.matplot3d.app.facade.LineChartProcessor;
import tanling.matplot3d.app.facade.Matplot3D4JMgr;
public class LineChart2dsDemo {
public static void main(String[] args) {
LineChartProcessor processor = new LineChartProcessor();
Matplot3D4JMgr mgr=new Matplot3D4JMgr(processor);
Random ra = new Random();
// int groupCount = 5;
int pointCount = 25;
//==================================================
//在此准备数据
//折线图中所有平面中二维点由Point2D.Double表示，按照顺序放入List<Point2D.Double>中
//prepare your data here
List<Point2D.Double>[] targets = new ArrayList[pointCount];
// 设置最终的数据
for (int c = 1; c <= targets.length; c++) {
List<Point2D.Double> li = new ArrayList<Point2D.Double>();
targets[c - 1] = li;
for (int i = 0; i < pointCount; i++) {
li.add(new Point2D.Double(i, i * c * 0.05 + (ra.nextDouble() * 0.8)));
}
}
//将数据加入处理器
processor.addData("Item系列 1", null, targets[0]);
processor.addData("Item系列 2", null, targets[1]);
processor.addData("Item系列 3", null, targets[2]);
processor.addData("Item系列 4", null, targets[3]);
processor.addData("Item系列 5", null, targets[4]);
mgr.setBeita(4.3);
mgr.setSeeta(0.3);
mgr.setScaleY(1);
mgr.setScaleX(1);
mgr.setScaleZ(1.6);// 拉伸Z方向,使图形显得更高
mgr.setTitle("Demo : 多层2维折线图");
mgr.setRulerYVisable(false);
mgr. setXName("X_月份");
mgr. setZName("Z_指标");
mgr. setRulerTextColor(new Color(11, 79, 107));
mgr. setRulerTextFont(new Font("方正正楷", Font.PLAIN, 13));
mgr. setAxisNameTextColor(new Color(138, 171, 205));
// 自定义标尺（使标尺不使用默认的数量进行显示）
String[] labels = new String[13];
double[] positions = new double[13];
labels[0] = " 2019 "; // 加入空格会扩大文字和标尺的距离
positions[0] = 0;
for (int i = 2; i < pointCount; i += 2) {
labels[i / 2] = i / 2 + "月";
positions[i / 2] = i;
}
mgr. setRulerLabelsX(labels, positions);//设置X方向标尺自定义可读文字
mgr. setRulerYVisable(false);//不显示Y方向标尺
mgr. setCoordianteSysShowType(Matplot3D4JMgr.COORDINATE_SYS_STABLE);
mgr.show();
}
}
柱状图：
柱状图示例代码：
import java.util.Random;
import tanling.matplot3d.app.facade.HistogramProcessor;
import tanling.matplot3d.app.facade.Matplot3D4JMgr;
public class BarsDemo {
public static void main(String[] args) {
HistogramProcessor processor = new HistogramProcessor();
Matplot3D4JMgr mgr=new Matplot3D4JMgr(processor);
//===========================================
//在此准备数据
//每组数据在一个或多个二维数组中，数组中表示柱体高度（标1表示组号，相同组号同颜色；下标2表示同组中的不同列）
//prepare your data here
Random ra=new Random();
double[][] ds1 = new double[][] { { 3, 4, 5, 6, 7 }, { 2, 3, 4, 9, 6 }, { 1, 2, 3, 8, 5 } };
double[][] ds2 = new double[][] {
{ 3 + ra.nextDouble(), 4 + ra.nextDouble(), 5 + ra.nextDouble(), 6 + ra.nextDouble(),
7 + ra.nextDouble() },
{ 2 + ra.nextDouble(), 3 + ra.nextDouble(), 4 + ra.nextDouble(), 5 + ra.nextDouble(),
6 + ra.nextDouble() },
{ 1 + ra.nextDouble(), 2 + ra.nextDouble(), 3 + ra.nextDouble(), 4 + ra.nextDouble(),
5 + ra.nextDouble() } };
double[][] ds3 = new double[][] {
{ 3 + ra.nextDouble(), 4 + ra.nextDouble(), 5 + ra.nextDouble(), 6 + ra.nextDouble(),
7 + ra.nextDouble() },
{ 2 + ra.nextDouble(), 3 + ra.nextDouble(), 4 + ra.nextDouble(), 5 + ra.nextDouble(),
6 + ra.nextDouble() },
{ 1 + ra.nextDouble(), 2 + ra.nextDouble(), 3 + ra.nextDouble(), 4 + ra.nextDouble(),
5 + ra.nextDouble() } };
double[][] ds4 = new double[][] {
{ 3 + ra.nextDouble(), 4 + ra.nextDouble(), 5 + ra.nextDouble(), 6 + ra.nextDouble(),
7 + ra.nextDouble() },
{ 2 + ra.nextDouble(), 3 + ra.nextDouble(), 4 + ra.nextDouble(), 5 + ra.nextDouble(),
6 + ra.nextDouble() },
{ 1 + ra.nextDouble(), 2 + ra.nextDouble(), 3 + ra.nextDouble(), 4 + ra.nextDouble(),
5 + ra.nextDouble() } };
double[][] ds5 = new double[][] {
{ 3 + ra.nextDouble(), 4 + ra.nextDouble(), 5 + ra.nextDouble(), 6 + ra.nextDouble(),
7 + ra.nextDouble() },
{ 2 + ra.nextDouble(), 3 + ra.nextDouble(), 4 + ra.nextDouble(), 5 + ra.nextDouble(),
6 + ra.nextDouble() },
{ 1 + ra.nextDouble(), 2 + ra.nextDouble(), 3 + ra.nextDouble(), 4 + ra.nextDouble(),
5 + ra.nextDouble() } };
processor.addData("项目1", ds1);
processor.addData("项目2", ds2);
processor.addData("项目3", ds3);
processor.addData("项目4", ds4);
processor.addData("项目5", ds5);
mgr.setTitle("Demo : 多层柱状图");
//可进行相对线度显示比例调整，即一个逻辑长度可以对应不同的显示长度
mgr.setScaleZ(8);
mgr.setScaleX(1.2);
mgr.setScaleY(2);
mgr.setSeeta(0.3);//观察的初始俯仰角
mgr.setBeita(1.2);//观察的初始方位角
//自定义区标签，数量与组数对应
mgr.setRulerLabelsX(new String[] { "A区", "B区", "C区", "D区", "E区" });
mgr.setRulerLabelsY(new String[] { "2018", "2017", "2016" });
//列方向标签
mgr.setXName("X_区域");
mgr.setYName("Y_年份");
mgr.setZName("Z_指标");
//坐标系平面空间位置稳定
mgr.setCoordianteSysShowType(Matplot3D4JMgr.COORDINATE_SYS_STABLE);
mgr.show();
}
}