围绕栅格单元绘制轮廓线

Question

使用ggplot2，我想绘制一个多边形（凸包？），以尊重栅格图的单元格边界（使用geom_raster创建）。可以使用凸包方法，但它们会通过x-y坐标而不是绕过栅格图的单元格（对不起，我的术语受到了无知的影响）。例如，给定以下具有分类属性d的x-y坐标数据：

df <- data.frame(x = c(295, 300, 305, 310, 295, 300, 305, 310),
                 y = c(310, 310, 310, 310, 315, 315, 315, 315),
                 d = c(2, 2, 2, 1, 2, 1, 1, 1))

我可以使用ggplot2的geom_raster函数将属性作为填充来绘制：

ggplot(df, aes(x, y)) +
  geom_raster(aes(fill = d)) +
  coord_fixed()

需要提供:

但我想要的是由d定义的类别的轮廓线。大致如下所示:

我是否可以使用基本的R和ggplot2来实现这一点，或者使用raster包或其他网格/栅格/GIS包来完成？我希望尽可能简单。

- Alex Trueman

Answer 1

你可以使用R的空间功能来获取这些多边形。以下是一种方法：

library(raster)

## Convert your data.frame to a raster object
r <- rasterFromXYZ(df)

## Extract polygons
pp <- rasterToPolygons(r, dissolve=TRUE)

## Convert SpatialPolygons to a format usable by ggplot2
outline <- fortify(pp)

## Put it all together:
ggplot(df, aes(x, y)) +
    geom_raster(aes(fill = d)) +
    coord_fixed() +
    geom_path(aes(x = long, y = lat, group = group), data = outline, 
              size=1.5, col="gold")

- Josh O'Brien

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这个方法可以工作，但对我来说只是部分解决了问题。有没有办法在ggplot2中将多边形对象用作图层？也许可以使用另一个光栅包转换程序？ - Alex Trueman

@AlexT 试试这样做，比如执行 obj <- fortify(pp)，然后将其附加到你的示例中的 ggplot() 调用中：geom_path(aes(x = long, y = lat, group = group), data = obj)。它可以工作，尽管我猜这不是 ggplot2 用户通常的做法... - Josh O'Brien

这很好用。我似乎需要加载maptools包才能让fortify工作。我可以将整个转换组合在一个dplyr字符串中，这使得它既漂亮又易读：outline <- df %>% rasterFromXYZ() %>% rasterToPolygons(dissolve = TRUE) %>% fortify(region = "d") - Alex Trueman

感谢您更新答案并添加了“fortify”步骤。 - Alex Trueman

Answer 2

很遗憾，{ggplot2}的fortify()不再是该软件包作者推荐的。建议替代方案是{broom}包的tidy()，但同样也不再由这些软件包作者推荐！

幸运的是，我们可以使用{sf}包重新创建Josh O'Brien的答案。我们仍然依赖于{raster}包中的一些函数，但是这些可能可以用{stars}包替换，一旦假设中的错误得到修复(请参见https://github.com/r-spatial/sf/issues/1389)。如果您的光栅非常大，则使用{stars}可能更有优势，因为将光栅（或数据框）转换为连续的多边形可能非常缓慢（请参见https://gis.stackexchange.com/a/313550/114075）。

以下是代码（借鉴了Josh O'Brien的设置）：

library(raster)
library(rgeos)
library(ggplot2)
library(sf)

df <- data.frame(x = c(295, 300, 305, 310, 295, 300, 305, 310),
                 y = c(310, 310, 310, 310, 315, 315, 315, 315),
                 d = c(2, 2, 2, 1, 2, 1, 1, 1))

## Convert your data.frame to a raster object
r <- raster::rasterFromXYZ(df)

## Extract polygons
pp <- raster::rasterToPolygons(r, dissolve = TRUE)

## Convert SpatialPolygons to a format usable by ggplot2
outline <- sf::st_as_sf(pp)

## Put it all together:
## The polygon "outline" is filled by default so will cover up the
## raster values. Use fill = NA for the geom_sf() to just use the
## gold border color. 
ggplot(df) +
  geom_raster(aes(x = x, y = y, fill = d)) +
  geom_sf(data = outline, size = 1.5, col = "gold", fill = NA)

或者将 sf 对象转换为 LINESTRING，那么在调用 geom_sf() 时就不需要使用 fill = NA 参数：

library(raster)
library(rgeos)
library(ggplot2)
library(sf)

df <- data.frame(x = c(295, 300, 305, 310, 295, 300, 305, 310),
                 y = c(310, 310, 310, 310, 315, 315, 315, 315),
                 d = c(2, 2, 2, 1, 2, 1, 1, 1))

## Convert your data.frame to a raster object
r <- raster::rasterFromXYZ(df)

## Extract polygons
pp <- raster::rasterToPolygons(r, dissolve = TRUE)

## Or you can cast to a linestring instead of using a polygon
## and then having to use the fill = NA argument in the 
## geom_sf() call
outline <- sf::st_as_sf(pp) %>% st_cast("LINESTRING")

ggplot(df) +
  geom_raster(aes(x = x, y = y, fill = d)) +
  geom_sf(data = outline, size = 1.5, col = "gold")

- mikoontz