可視化手法

コーンプロットを使って表示されたベクトル場

つぎの例は、wind データに対する速度ベクトルのコーンプロットを行います。生成されたグラフは、つぎの可視化手法を利用します。

• 等特性サーフェスは、コーンプロットに対する可視状態の内容を提供し、コーンの設定に対して特定のデータ値を選択するための方法を提供するために用いられます。
• ライティングを使って、等特性サーフェスの形状を明確に可視にすることができます。
• 遠近投影、カメラの位置設定、ビューの角度の調整により、最終的なビューを構成します。

1. 等特性サーフェスの作成

データの矩形領域内で等特性サーフェスを表示することにより、コーンプロットに対する視覚状態の内容を与えます。等特性サーフェスの作成には、つぎのステップが必要です。

• ベクトル場の大きさを計算します。これは、風速を表わします。
• isosurface および patch を使って、直方体内で風速が特定の値と等しい点を表示する等特性サーフェスを描画します。等特性サーフェス内の領域は、より高速で、等特性サーフェスの領域外は低速です。
• isonormals を使うことにより、等特性サーフェスの描画に用いられる三角形から法線を計算するのではなく、物体データから等特性サーフェスの頂点の法線を計算します。これらの法線は、通常より正確な結果を生成します。
• 等特性サーフェスの視覚プロパティを設定して、赤色でエッジを描画しないようにします(FaceColor, EdgeColor)。

load wind
wind_speed = sqrt(u.^2 + v.^2 + w.^2);
hiso = patch(isosurface(x,y,z,wind_speed,40));
isonormals(x,y,z,wind_speed,hiso)
set(hiso,'FaceColor','red','EdgeColor','none');

2. 等特性サーフェスにエンドキャップを付加

Isocaps は、物体の断面を表示するスライス平面と似ています。それらは、等特性サーフェスのエンドキャップになるように設計されています。等特性エンドキャップに対して内挿されたフェースカラーを用いることにより、カレントのカラーマップのカラーにデータ値がマッピングされます。等特性サーフェスに対してエンドキャップを作成するには、同じ等値で定義します(isocaps, patch, colormap)。

hcap = patch(isocaps(x,y,z,wind_speed,40),...
    'FaceColor','interp',...
    'EdgeColor','none');
colormap hsv

3. コーンの最初のセットを作成

• MATLABは適切なコーンの大きさを決定することができるように、daspect を使って、 coneplot を実行する前にaxesのデータの縦横比を設定します。
• より小さい等値をもつ、もう一つの等特性サーフェスを計算することによって、コーンを設置する点を決定し(そのため、コーンは1番目の等特性サーフェスの外側を表示します)、reducepatch を使って、面と頂点の数を減らします(これで、グラフ上にコーンが多すぎないようにします)。
• コーンを描画し、フェースカラーをblueに、エッジカラーをnoneに設定します。

daspect([1,1,1]);
[f verts] = reducepatch(isosurface(x,y,z,wind_speed,30),0.07); 
h1 = coneplot(x,y,z,u,v,w,verts(:,1),verts(:,2),verts(:,3),3);
set(h1,'FaceColor','blue','EdgeColor','none');

4. 2番目のコーンの集合を作成

• データ領域に広がる値に2番目の点の集合を作成します(linspace, meshgrid)。
• コーンの2番目のセットを描画し、フェースカラーを緑に、エッジカラーをnoneに設定します。

xrange = linspace(min(x(:)),max(x(:)),10);
yrange = linspace(min(y(:)),max(y(:)),10);
zrange = 3:4:15;
[cx,cy,cz] = meshgrid(xrange,yrange,zrange);
h2 = coneplot(x,y,z,u,v,w,cx,cy,cz,2);
set(h2,'FaceColor','green','EdgeColor','none');

5. ビューの定義

• axis コマンドを使って、軸の範囲をデータの最小値と最大値と等しく設定し、グラフをボックスで囲んで物体の感覚きを改良します(box)。
• 投影タイプを遠近投影に設定し、より自然な物体のビューを作成します。視点を設定し、ズームインして表示を拡大します(camproj, camzoom, view)。

axis tight
box on
camproj perspective
camzoom(1.25)
view(65,45)

6. 光源の付加

光源を付加し、等特性サーフェスの滑らかなライティングに対してPhongライティングを使用します(Phongライティングはzbufferレンダラが必要です)。等特性エンドキャップに対するバックグランドのライティングの強さを増加させて、より明るくします(camlight, lighting, AmbientStrength)。

camlight(-45,45)
set(gcf,'Renderer','zbuffer'); 
lighting phong
set(hcap,'AmbientStrength',.6)

ストリーム粒子のアニメーションの作成