Linux® 上用来实现数据的图形可视化的应用程序有很多,从简单的 2-D 绘图到 3-D 制图,再到科学图形编程和图形模拟。幸运的是,这方面的工具有很多开放源码实现,包括 gnuplot、GNU Octave、Scilab、MayaVi、Maxima 等。每个工具都有自己的优缺点,并且都是针对不同的应用程序而设计的。对这些开放源码图形可视化工具进行一下探索,有助于我们更好地决定哪个工具最适合我们的应用程序。
在本文中,将对很多流行的 Linux 数据可视化工具进行一下调查,并对其中一些工具进行更深入的探讨。例如,某个工具是否为进行数值计算而提供了一种语言?这个工具是交互式的还是提供了一种批处理模式来单独进行操作?可以使用这个工具进行图像或数字信号处理吗?这个工具是否提供了语言绑定来支持与用户应用程序的集成(例如 Python、Tcl、Java 编程语言等)?另外还将展示一些工具的图形化处理能力。最后,将分析每个工具的长处,从而帮助我们确定哪个工具最适合完成计算任务或数据可视化。
在本文中所探索的开放源码工具包括(同时还给出了每个工具所使用的许可证):
- Gnuplot(GPL)
- GNU Octave(GPL)
- Scilab(Scilab)
- MayaVi(BSD)
- Maxima(GPL)
Gnuplot 是一个非常好的可视化工具,它从 1986 年开始就存在了。如果没有 gnuplot 的图,就很难阅读论文。尽管 gnuplot 是命令行驱动的,但是它也在不断发展,现在也可以支持很多非交互式的应用程序了,例如它可以作为一个 GNU Octave 的绘图引擎使用。
gnuplot 具有很好的可移植性,可以在 UNIX®、Microsoft® Windows®、 Mac OS® X 和很多其他平台上运行。它可以支持从 postscript 到新近的 PNG 等极为广泛的输出格式。
gnuplot 可以以批处理模式进行操作,提供了一个命令脚本来生成一个图形,也是以非交互式模式来运行的,这让我们可以尝试一下它的特性来了解它们绘图的效果。
在 gnuplot 中有一个对应于 UNIX 的数学库的标准的数学库可以使用。函数的参数支持整型、实型和复型。可以将数学库配置成弧度或角度(默认为弧度)。
为了进行绘图,gnuplot 可以使用 plot
命令生成 2-D 图形,或使用 splot
命令生成 3-D 图形(作为 2-D projection)。使用 plot
命令,gnuplot 可以在直角二维坐标系中进行操作。splot
命令默认使用的是笛卡儿坐标系,不过也可以支持球面或柱面坐标系。也可以在图形中绘制等高线(如下面的图 1 所示)。有一种新风格的绘图 pm3d
可以支持绘制使用调色板进行映射的 3-D 和 4D 数据作为地图或地表图来使用。
下面是一个简单的 gnuplot 例子,它给出了一个具有等高线和隐线消除的 3-D 图形。清单 1 给出了所使用的 gnuplot 命令,图 1 给出了所生成的图形结果。