使用alpha通道叠加两个ggplot2 stat_density2d绘图。

Question

我希望能够叠加两个带有 alpha 通道的 ggplot2 图表，使得生成的图像能够同时显示两个数据集。这是我的测试数据：

data = read.table(text="P1 -1 0 4\nP2 0 0 2\nP3 2 1 8\nP4 -2 -2 6\nP5 0.5 2 12")
data2 = read.table(text="Q1 1 1 3\nQ2 1 -1 2\nQ3 -1 1 8")
colnames(data) = c("name","x","y","score")
colnames(data2) = c("name","x","y","score")

这是我绘制这些数据的方法：

ggplot(data, aes(x=x,y=y)) + 
  stat_density2d(data=data,geom="tile", aes(fill = ..density..,alpha=..density..), contour=FALSE) + 
  theme(legend.position="none") + scale_fill_gradient (low = "#FFFFFF", high = "#FF0000") + 
  xlim(-3,3) + ylim(-3,3) + 
  geom_point()

ggplot(data2, aes(x=x,y=y)) + 
  stat_density2d(data=data2,geom="tile", aes(fill = ..density..,alpha=..density..), contour=FALSE) + 
  theme(legend.position="none") + 
  scale_fill_gradient (low = "#FFFFFF", high = "#00FF00") + 
  xlim(-3,3) + ylim(-3,3) + 
  geom_point()

第一个图显示data，第二个图显示data2:

现在我想要结合这两个图。下面的图片就是我想得到的效果。我使用桌面上的图像编辑程序将两个图像相乘作为图层来生成它。

我尝试将一个数据集放在另一个数据集之上，但这样并不能将两个图层相乘，而是第二个颜色覆盖了第一个颜色。

ggplot(data, aes(x=x,y=y)) + 
  stat_density2d(data=data,geom="tile", aes(fill = ..density..,alpha=..density..), contour=FALSE) + 
  theme(legend.position="none") + scale_fill_gradient (low = "#FFFFFF", high = "#FF0000") + 
  xlim(-3,3) + ylim(-3,3) + 
  stat_density2d(data=data2,geom="tile", aes(fill = ..density..,alpha=..density..), contour=FALSE) + 
  scale_fill_gradient (low = "#FFFFFF", high = "#00FF00")

此外，我收到了这个警告：'fill'的比例已经存在。添加另一个'fill'的比例，它将替换现有的比例。

在R中是否有一种方法可以实现这一点？或者是否有其他方法（如使用smoothScatter等其他函数）可以获得类似的结果？作为一种解决方法，我认为我可以在服务器上使用ImageMagick获得类似的结果，但我更喜欢在R中完成所有操作。

更新1

在ImageMagick中执行两个图层的乘法是这样的；

composite -compose multiply data-red.png data-green.png im-multiply.png

这与上面显示的结果相同。

更新2

@Roland 在他的答案中教我如何在同一图中绘制两个数据集。虽然这很方便，但仍存在一个问题：图像取决于您将数据提供给绘图的顺序。

ggplot(rbind(data.frame(data, group="a"), data.frame(data2, group="b")), aes(x=x,y=y)) + 
  stat_density2d(geom="tile", aes(fill = group, alpha=..density..), contour=FALSE) + 
  scale_fill_manual(values=c("a"="#FF0000", "b"="#00FF00")) + 
  geom_point() + 
  theme_minimal() + 
  xlim(-3.3, 3.3) + ylim(-3.3, 3.3) +
  coord_cartesian(xlim = c(-3.2, 3.2), ylim = c(-3.2, 3.2))

得到以下结果：

当交换这两个数据集的顺序（现在数据集“b”也称为data2放在前面，然后是数据集data也称为“a”），您会得到一个类似的结果，但现在红色占主导地位，因为它后来被绘制，从而覆盖了绿色数据。

ggplot(rbind(data.frame(data2, group="a"), data.frame(data, group="b")), aes(x=x,y=y)) + 
  stat_density2d(geom="tile", aes(fill = group, alpha=..density..), contour=FALSE) + 
  scale_fill_manual(values=c("b"="#FF0000", "a"="#00FF00")) +
  geom_point() + theme_minimal() + 
  xlim(-3.3, 3.3) + ylim(-3.3, 3.3) + 
  coord_cartesian(xlim = c(-3.2, 3.2), ylim = c(-3.2, 3.2))

我需要一种不依赖数据集顺序的解决方案。

- z80crew

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不幸的是，根据Hadley在StackOverflow上的回答，每个图表只能有一个比例尺（除了x和y轴）。因此，您最有可能只能生成两张图表并使用ImageMagick进行转换。 - hrbrmstr

谢谢您指出这个声明。那我就用ImageMagick的方式去做。 - z80crew

关于堆叠顺序影响最终颜色的问题，这里还有一个相关的讨论：http://www.mail-archive.com/[e-mail]/msg84014.html 最好的解决方案是自己计算堆叠的颜色并绘制出来 - 这里有一个例子，虽然不是在ggplot2中：http://stackoverflow.com/questions/13867782/superimpose-red-green-images-in-r-using-image-or-rasterimage - Tom Wenseleers

根据顺序得到的不同结果可能也与背景的白色混合有关。 - Tom Wenseleers

你也可以尝试使用MASS::kde2d自行计算密度，当堆叠时计算适当的RGB值，并使用类似qplot(x, y, data=mydata, fill=rgb, geom="raster") + scale_fill_identity()的方法绘制它们。 - Tom Wenseleers

Answer 1

这里提供与 @Roland 完全相同的解决方案，除了我建议使用等高线。这样可以让您欣赏到重叠部分。 我不知道 geom_tile 和你所谓的“乘法”如何让您欣赏到这一点。也许如果您在非重叠区域使用蓝色和红色，并在重叠区域使用“加权”的紫色。但我想在绘图之前你需要在前面的步骤中计算它。

ggplot(rbind(data.frame(data, group="a"), data.frame(data2, group="b")), 
       aes(x=x,y=y)) + 
  stat_density2d(geom="density2d", aes(color = group,alpha=..level..),
                 size=2,
                 contour=TRUE) + 
  #scale_color_manual(values=c("a"="#FF0000", "b"="#00FF00")) +
  geom_point() +
  theme_minimal() +
  xlim(-3.3, 3.3) + ylim(-3.3, 3.3) +
  coord_cartesian(xlim = c(-3.2, 3.2), ylim = c(-3.2, 3.2))

- Pierre

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我猜你是想用 scale_color_manual 而不是 scale_fill_manual。 - William Zhang

@WilliamZhang。是的，谢谢。实际上我复制/粘贴了Roland的解决方案，并进行了最小的更改。我现在已经纠正了我的帖子。 - Pierre

谢谢，这是一种有趣的视觉方法。虽然它对我展示的测试数据效果很好，但我不确定它是否适用于我的真实数据。尽管如此，还是加一分。 - z80crew

Answer 2

您应该在相同的比例尺上绘制两个密度图：

ggplot(rbind(data.frame(data, group="a"), data.frame(data2, group="b")), 
       aes(x=x,y=y)) + 
  stat_density2d(geom="tile", aes(fill = group, alpha=..density..), 
                 contour=FALSE) + 
  scale_fill_manual(values=c("a"="#FF0000", "b"="#00FF00")) +
  geom_point() +
  theme_minimal() +
  xlim(-3.3, 3.3) + ylim(-3.3, 3.3) +
  coord_cartesian(xlim = c(-3.2, 3.2), ylim = c(-3.2, 3.2))

否则，您会展示一张失真的数据图片。

- Roland

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这是我尝试过的巨大改进。谢谢你。两个图层有可能相乘吗？使用您的代码，后面的数据集在视觉上占主导地位，因此绿色比红色更亮。如果我交换data和data2，红色会变得更亮。 - z80crew

组a的局部密度极大值高于组b。 图表反映了这一点。 我不知道你所说的“乘以”是什么意思。 - Roland

但是当组 a 的最大值（以红色绘制）更高时，为什么绿色（组 b）更亮呢？如果您在代码中更改 data 和 data2： rbind(data.frame(data2, group="a"), data.frame(data, group="b") 和 values=c("b"="#FF0000", "a"="#00FF00") - 那么红色比绿色更亮。在“乘法”的概念中，我指的是图像编辑中两个图层的混合模式。该模式是对称的，因此执行顺序并不重要。 - z80crew

抱歉，在写作过程中我混淆了。B组的最大值更高。 - Roland

为什么B组的最大值应该更高？事实是，您的解决方案取决于将数据提供给ggplot的顺序。稍后打印的数据会在某种程度上覆盖先前的数据。 - z80crew