三维柱状图(3D barplot)怎么画

有人后台留言问我3Dbaplot 怎么画，刚好昨天有个群友也遇到这个问题。于是我在网上搜罗了一下。

哈神（Hadley Wickham）的ggplot2不支持画三维图形（3D plot）。有人在ggplot2的基础上进行开发，造出了一个 gg3D 包，可勉强实现三维坐标系的展示，但可操作性挺差，并没有流行起来。除了基于ggplot2的开发， rgl ， plot3D ， scatterplot3d 和 plotly （被称为有史以来最好的可视化工具，R和Python都有相应的扩展包）等这一系列包都支持3D画图。对于多数包，画三维点图（scatter plot）和密度图（density/surface plot）都比较容易实现，然而三维的柱状图（3D barchart）却不太容易实现。

偶然发现一个基于rgl包开发的包 barplot3d 大大方便了三维柱状图的画法。细查之后发现，该包的产生似乎有一段故事：

先附上作者名号： Christopher Wardell

他其实先吐了一下饼图的槽，借用一个文章里的图：

Subclonal diversification of primary breast cancer revealed by multiregion sequencing by Yates et al, 2015

作者说这是150年前流行的图（不知他是说的是不是包括那个以 现代护理学之母 “提灯女神”南丁格尔的名字命名的 南丁格尔玫瑰图 ）。

（内心OS：明明很酷的图好吧……）

作者也承认这种图很酷也漂亮，但它们是不合适的并且具有误导性的：

1.这些图看起来不合常理。读者花费了大量的精力来搞清楚他们在看什么，而不是处理数据中的关系。

2.这些数据只包含一个变量，但是上述图表可以表现两个变量(弧长和半径都可以变化)。因此，图表形式过于复杂。

3.在饼状图中，弧长与所表示的值成比例。在这些图中，每一块饼的弧长是相同的，但你可能意识不到，反而你可能会推断出某一段的弧长更少。这适用于弗洛伦斯•南丁格尔(Florence Nightingale)所绘制的数据类型(每年每个月的死亡人数)，但不适用于任意划分。（哦，看来 南丁格尔玫瑰图 是 合理 的。）

4.在这些图中，每一段的半径（即它从中心延伸的距离）都能提供信息。你本应该读出一个几乎看不见的灰色虚线表示的同心圆刻度，但这并不容易。此外，该图视觉效果是非线性的，因为圆的面积是π·r ^ 2，这意味着半径上一个小的增加会产生一个不成比例的大变化。

5.很难在图之间进行比较。视觉比较非常困难，而通过阅读“Scale legend”来获得数字就更困难了。

为了原封不动保留作者的糟点，我基本是直译过来的。

只批评而不提供解决方案是没用的！！！

于是，作者有以下方案可供选择：

a, 柱状图（刚吐过柱状图的槽）。b, 箱线图。c, 3D柱状图

a,b 很boring但很实用，c实现起来略不容易。

这种类型的3D柱状图，首先是在Broad Institute的一篇关于测序文章中出现，继而流行开来。而且还有个不太学术的名字：乐高图（Lego plot）。

Exome and whole-genome sequencing of esophageal adenocarcinoma identifies recurrent driver events and mutational complexity by Dulak et al, 2013

对乐高图一番吹捧之后，能干的作者整出一个R包出来： barplot3d

该包主要包含两个函数： barplot3d() 和 legoplot3d()

下面我们来造数据试以下。

造数据：

1set.seed(1234)
2data 1:50, 10),
3                   b = sample(1:50, 10),
4                   c = sample(1:50, 10),
5                   d = sample(1:50, 10))
6rownames(data) 1:10]

加载所需的包：

1library(rgl)
2library(barplot3d)
3library(RColorBrewer)

我们加载了3个包。这三个包都可以通过 install.packages() 直接安装。rgl是barplot3d依赖的包，RColorBrewer是为了配色用的。

画图：

先用baseR画个水水的箱线图，仅一行代码（这个算是base包里 boxplot() 的优点吧）：

1boxplot(data, col = brewer.pal(4,"Dark2"))

箱线图

三维柱状图（3Dbarplot）：

 1barplot3d(rows = 10, cols = 4, #先根据数据构造一个画图矩阵
 2          #画图要用的数据，必须是matrix类型
 3          z = data %>% as.matrix(),
 4          #展示角度，正面观
 5          theta=30,
 6          #展示角度，顶面观（出的图是可旋转的，所以这些都无关紧要）
 7          phi=30,
 8          #调整出图的高矮胖瘦的，挺重要！
 9          scalexy=20,
10          #柱子（什么鬼）的侧面颜色，可调整透明度
11          sidecolors=brewer.pal(4,"Dark2"), alpha=0.4,
12          #顶面颜色
13          topcolors = brewer.pal(4,"Dark2"),
14          #x轴刻度标注，向量形式
15          xlabels = colnames(data),
16          #y轴刻度标注，向量形式
17          ylabels = rownames(data),
18          #z轴刻度，逻辑值
19          zlabels = TRUE)

出图如下：

3D barplot

这是个可以任意旋转的图，玩一玩~

再用barplot包里的测试数据画个“乐高图”：

1x=system.file("extdata", "signature_probabilities.txt", package = "barplot3d")
2sigdata=read.table(x,header=TRUE,stringsAsFactors = FALSE)
3
4# Plot signature 2 without axis labels, with Sanger colors and some transparency so we can see all bars
5legoplot3d(contextdata=sigdata$Signature_8,
6           labels=FALSE,
7           scalexy=0.01,
8           sixcolors="sanger",
9           alpha=0.4)

lego plot