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Lovell Charts(LC) 是一款3D科研绘图软件。该软件是基于Java语言开发的具有独立3D制图引擎的软件。具有绘制绝大多数常见3D科研类图形的能力。鉴于在使用许多相关软件时需要进行复杂的计算机语言输入或处理复杂交互界面，本软件将力图简化相关操作。为了使不具有计算机程序编写经验的普通人也可方便使用该软件，LC采用了简洁的数据和函数输入方式，在图形的特征调整和结果输出上也采取了灵活方便的交互界面。本软件适用于各种科研绘图场景，特别是大专院校的科研工作者和企事业单位的相关工作人员。

Lovell Charts的当前版本为1.2。

1. 主要功能介绍1.1 图形类别

LC 可以绘制3D 面积图和累积面积图、3D柱状图和累积柱状图、各种3D线形图、3D气泡图、3D 饼图、环面图和金字塔型3D图、各种散点图、曲面图、矢量场图、以及带参数变量的3D函数图。除上述图形外，LC也可绘制一般的3D形状、点线结构，并可实现常见点云文件的可视化。

1.2 颜色选取

LC不仅具有定制化的渐变色和定色选择功能，而且内置了数百种常用颜色系。用户可以通过表格预览并选择使用。

1.3 存取方式

LC 的基本图形数据可通过txt文本文件输入。当制作的图形可以与给定函数关联时，LC提供了可以直接输入函数的面板。用户可通过输入函数的具体公式实现图形绘制。

LC绘制的最终图形可以保存为png、jpg、svg和pdf格式的文件。

1.4 动态模拟

针对曲线轨迹图和函数曲面图， LC提供了动态绘制的功能。上述功能可以成为有效的系统状态模拟展示工具。

2. 具体功能2.1 各类科研图形的绘制

Lovell Charts可绘制的图像总结如下：

· 面积图：多序列面积图、单行多序列累积面积图、多行多序列累积图

· 柱状图：多序列柱状图、单行累积柱状图、多行累积柱状图、带误差线的柱状图

· 饼图：简单饼图、环状饼图、环面图、金字塔型3D图、可标记特定数据的柱状图

· 线图：具有宽度厚度的3D线图、点线组合呈现的线图、带有投影的曲线轨迹图、动态绘制的曲线轨迹图、多序列线路、带有误差线（或误差条带）的序列线图、带有瀑布线（或瀑布面）的多序列线图

· 气泡图：多种着色方面的3D气泡图

· 散点图: 可以改变序列3D形状的散点图、带对数数轴的散点图、特定区域标记的散点图、带投影的散点图、带下垂线的散点图、带误差线的散点图

· 曲面图：单一函数曲面的8种呈现方式：曲面图、点图、网格线、单一方向线图（两种）、单一方向条带图(两种)、考虑法线信息的曲面图

· 矢量场图：整体可变色和箭头可变大小的区域矢量场图、给定面的矢量场图

· 带参变量的函数图形：各种常见带参变量的3D曲面图

· 点线立体网络结构图：具有点线相连立体网络结构的3D图，如桁架结构图

· 点云图：可以对常见的ply、stl和obj文件可视化。可考虑数据中的材质和点法向量信息。

2.2 灵活的交互控制

LC具有灵活的输出控制，可以将最终的图形保存为png、jpg、pdf和svg格式文件。怕png和jpg格式文件可用于后期在其他软件中的进一步加工，而pdf格式可以达到高保真效果，svg可用于网页的制作。

LC可对图形实施适当的动态控制。通过界面上鼠标的移动可以对图像进行缩放、移动、旋转。上述功能也可通过点击相关按钮加以实现。可以通过下拉式菜单改变图形的整体风格或具体的着色方案。

针对具体类别的图像，LC提供了灵活的特征调整控制方案。通过选择下拉式菜单中基本或高级特征项，可以打开相关的控制面板，对图形的基本特征，如标题、坐标轴标识、图例位置等，或高级特征，如坐标轴类型、图像呈现类型和相关特征参数等，进行修改。

除了上述功能，LC也提供了有效的图像整体控制功能，如坐标系呈现、坐标轴取值范围调整、系统中光源及观察视角调整等。

2.3 数据与函数输入

对于绘制图形的基本数据，LC可以通过读取txt文本文件获取。txt文件具有简洁明了的结构，无需用户进行繁琐操作。

如果需要对具体的函数进行处理，用户可以通过直接输入公式的方式与LC交互。

3. 特色介绍3.1 色彩选择多样性与便利性

LC提供定色、渐变色和数百种常见色系的表格式呈现与选择。

3.2 函数输入便利性

通过LC提供的函数输入面板，用户可以方便将函数直接输入LC。

3.3 图形质量与绘制效率的协调

LC通过内部控制，使得用户在处理不同类型图形时达到图形质量和绘制效率的协调。

3.4 简洁而全面的交互控制

通过为数不多的菜单选择和面板操作，用户即可实现对绘制图形的全面交互式控制。

4. 软件的窗口菜单及操作界面简介

图4.1 Lovell Charts主操作界面

图4.1是Lovell Charts的主操作界面。

主操作界面的上方是菜单栏，下方是具有不同标签的面板。Demo标签页面与APP标签页面的布局形式相同；两者的区别在于Demo标签页中不具有数据输入功能，图形的绘制依赖于软件的缺省数据。而APP标签页面下，用户可以进行数据与函数的输入。Java Code标签下是相关的Java源代码。注：此部分将不会在公开发布的版面中出现，因此不做介绍。About标签下是Lovell Charts软件的简单介绍。

以App标签页为例，用户可以通过点击下方左侧的树状菜单，选择需要绘制的图形类型。当具体的菜单项被选择后，软件会提示用户选择输入数据的方式，读取txt文件、输入函数的具体公式，或是直接使用软件缺省数据。当使用缺省数据时，用户可以得到与Demo标签下进行选择基本一致的结果；因此，App标签下的菜单选择也具有展示功能。软件读取数据或输入的函数后，将会在主界面下方右侧绘制图形。这里绘制的图形将采用系统内置的缺省设置，如缺省的着色风格。相关设置可在后续通过菜单选择和鼠标操作加以调整优化。

图 4.2 菜单栏

LC的菜单栏如图4.2所示。其中File菜单具有关闭系统或打开一个Notepad的功能。Notepad可以用于处理输入数据文件。其他的菜单项用于对图形的特征进行调整控制。

图 4.3 特征菜单

图4.3给出了特征(Features)菜单的具体内容。其中Basic Features和Advanced Features分别用于调整图形的基本和高级特征。通过点击上述菜单，LC将弹出相应的面板。注意，具体的面板内容将随着当前处理的图形类别变化而存在差异。一般而言，基础特征面板将处理图形的标题、图例、坐标轴标签、坐标系的网格线等特征；而高级特征面板一般用于处理与具体图形类别相关的图形特征和高级坐标系特征。

Features菜单下的Background Image用于打开一个图形文件作为绘制图形的背景。Chart Box菜单用于是否仅呈现图形的轮廓线、是否采用着色的非透明坐标箱体，以及对是否呈现坐标系进行选择。通过点击Axis Range Control菜单，用户可通过弹出的滑动条对图形的坐标轴范围进行调整。最后，Marker Scatter Space菜单可以对散点图的特定区域加以标记与高亮化相关数据。

图 4.4 图形的风格调整菜单

图4.4展示了菜单栏中图形风格菜单的具体选项。用户可以通过点击菜单分割线上方的相关菜单项，对当前绘制的图形的整体风格加以调整。该菜单项的菜单分割线下方提供了更加丰富的图形着色方案。Ligh Style和Dark Style将使得图形呈现的背景色变为白色或黑色。Brighter the Style和Darken the Style选项则会使得当前的风格色系更加明亮或变暗。通过点击Gradient Color Style菜单，LC将弹出颜色选择面板让用户选择渐变色系的起止颜色。Colorset Style提供了一些常用的分离型颜色组合。Colormap Style选项则利用表格形式呈现数百种常见色系供用户选取。具体的Colormap选择面板如图4.5所示。

图 4.5 Colormap选择面板

图 4.6 World菜单内容

图4.6 给出了World菜单的选项。其中，选项Sun and Lights 提供了对系统中光源特征的调整选项。View Point选项给出了基本的3D图形观察视点。当然图形的视点也可通过在图形界面的鼠标滚动加以动态改变。Dimension菜单项提供了修改各个坐标轴相对长度的功能。

图 4.7 当前风格的各种具体颜色的调整面板

图 4.8 当前风格的字体调整面板

图4.7 给出了图形风格的相关颜色选择面板。这里的颜色选择主要是构成图形的坐标系、图例、标题等相关构件的颜色。颜色的选择可以点击相关颜色选项行左侧的按钮，在弹出的颜色选择面版中进行选择。选择得到的颜色将在相关项的文本框中显示其RGB值，紧跟的方框中呈现具体颜色。用户也可在上述相关的文本框中直接输入颜色的RGB值对颜色进行调整。

图4.8是相关图形的字体选择面板。用户可以通过点击相关字体对应行后的按钮，通过弹出的字体选择面板对相关的字体进行选择。上述选择的结果将显示在对应行的文本框中。当然，用户也可在相应文本框中直接对相关字体特征进行修改。

5. 交互式图形界面介绍

图 5.1 图形的动态交互控制与呈现区

图5.1是图形的鼠标交互控制与呈现区。用户可以通过点击该区域上方的按钮实现对图形的交互式动态控制。通过点击上方的第一个按钮，可使图形的大小与当前的界面大小相适应。上方的第2到第5个按钮可分别控制图形向左右两侧或上下两个方向旋转。而通过点击第6和第7个按钮，可使图形绕中心位置分别进行逆时针或顺时针的旋转。

该区域上方从右向左的第2个按钮是图形的着色色系或整体风格调整按钮。点击该按钮可以弹出如图5.2所示的菜单。该菜单的内容与功能与主操作界面区上方的风格调整菜单相同，操作方法一样。两者的区别在于该菜单项的操作仅影响当前图形，而主操作界面区上方的菜单操作将影响所有随后以缺省设置绘制的图形。

动态交互区上面最右侧的按钮是最终图形的存储按钮。通过点击该按钮，可以弹出如图5.3所示的菜单选项。点击相关菜单项，LC将会弹出文件存储面板。用户可在弹出的面板中选择文件存储的路径，输入文件名，并以对应的文件格式存储当前的图形。

上述的按钮选项内容也可通过在动态交互区点击鼠标右键，在弹出的菜单列表中进行选择操作。相关的弹出菜单列表如图5.4所示。

图 5.2 图形呈现区的风格按钮弹出菜单

图5.3 图形交互区的图形输出按钮弹出菜单内容

图 5.4 图形交互区右击鼠标键弹出的菜单内容

除了上述的交互式控制，用户也可通过在交互区滚动鼠标来实现图形的缩放；通过按下鼠标左键，对图像加以拖移，实现对图像的各种旋转。另外，可以通过同时按下键盘上的alt键和鼠标左键，移动鼠标，从而实现在交互区内对图像整体的上下左右平移。

6. 应用示例-以3D气泡图为例6.1 绘制目标

下面以制作一个如图6.1所示的3D气泡图为例，从数据准备、数据加载绘图、图形属性修改和图像存储四个方面依次介绍应用LC绘图的基本操作流程。

图6.1 需要绘制的目标3D气泡图

6.2 数据准备

绘制气泡图时，需要知道每个气泡属于哪个序列（及其所在的数据组），气泡的空间位置（及其x, y, z坐标），以及气泡的相对大小。因此每个气泡对应5个值，分别是一个字符串(代表所属序列的键值或名称)、一个x坐标值、一个x坐标值、一个x坐标值、和气泡的相对大小值。后面的四个值为double数值类型。例如一组以空格分隔的值Series1 0.0 8.0 6.0 50.0（或以逗号分隔Series1, 0.0, 8.0, 6.0, 50.0）表示该气泡属于序列Series1, 其(x, y, z)坐标为(0.0, 8.0, 6.0)，其相对大小值为50.0。将所有气泡的相关数据置入一个txt文件，每个气泡的数值占据文件的一行，即可得到LC所需的气泡数据文件。绘制图13所需的气泡数据文件如下：

Series1 0.0 8.0 6.0 50.0

Series1 -2.0 -1.2 4.7 50.0

Series1 3.2 -2.0 8.7 -50.0

Series1 2.0 2.0 5.7 50.0

Series1 -7.0 -3.2 7.7 -40.0

Series2 5.0 2.0 5.7 -40.0

Series2 -4.0 -3.0 4.5 -40.0

Series2 -2.82842712474619 -2.82842712474619 4.5 30.0

Series2 0.0 -4.0 4.5 50.0

Series3 2.82842712474619 -2.82842712474619 4.5 30.0

Series3 4.0 0.0 7.5 50.0

Series3 2.82842712474619 2.82842712474619 4.5 20.0

Series3 0.0 4.0 4.5 50.0

Series4 -2.82842712474619 2.82842712474619 6.5 20.0

Series4 -6.0 7.0 9.0 -20.0

Series4 -4.242640687119285 -6.0 5.0 10.0

Series4 -6.0 -4.0 9.0 -20.0

Series4 -6.0 -0.7071067811865475 -1.0 10.0

Series5 0.0 -6.0 0.0 20.0

Series5 4.242640687119285 -4.242640687119285 2.0 60.0

Series5 6.0 -5.0 5.0 -20.0

Series5 4.242640687119285 4.242640687119285 0.0 80.0

Series5 0.0 6.0 0.0 -30.0

Series5 -4.242640687119285 4.242640687119285 0.0 100.0

Series6 -3.0 -5.2 8.7 -40.0

Series6 6.2 -6.0 -2.7 -30.0

有了上述数据文件，LC即可进行图形的绘制。

6.3 加载数据绘图

首先，如图6.2所示，在主操作界面选取App标签页，并进入。然后在该标签页下方左侧的树状菜单中，如图6.3所示，选取Bubble Charts菜单，并选择其下的菜单项“ScatterBubbleChartsDemo1.java”。在跳出的信息确认窗口，按确认按钮，进入数据txt文件的选取窗口，如图6.4所示。在找到相应的数据文件bubbleData.txt后，点击打开按钮，即可在主操作界面的图形呈现区得到如图6.5所示的气泡图。

图 6.2 选择App标签页

图 6.3 选择Bubble Charts下的ScatterBubbleDemo1.java菜单项

图 6.4 找到气泡数据的txt文件

图 6.5 缺省设置条件下得到的气泡图

6.4 修改图形属性

在得到图6.5所示的气泡图后，可以对其基础特征加以修改。如图6.6所示，选择主操作界面菜单Features，选择其下的Basic Features菜单项。LC会弹出如图6.7所示的气泡图相关基础特征调整面板。

图 6.6 选择主操作界面上方的Features菜单下Basic Features项

图 6.7 气泡图的基础特征调整面板

气泡图的基础特征面板可以调整改变图形的主副标题内容(Title与Subtitle复选按钮后的文本框)与位置(Title position下方的下拉式列表)、坐标轴的标签(及名称)和各个坐标面上网格线的颜色，以及图例的位置与布置方向。现在打开的面板上会显示当前图形的主副标题。当需要调整上述某个特征时，需要选取对应的复选按钮。下面以修改坐标箱y向网格线颜色为例对相应操作进行介绍。首先，点击YGridLine复选按钮所在行后面的renew按钮，LC会弹出如图6.8所示的颜色选择面板。可在此面板选择需要的y向网格线颜色。这里假设我们需要白色的网格线，并加以确认。选取的颜色RGB值会显示在YGridLine复选按钮所在行后面的文本框中，如图6.9所示。同时我们选取该复选框。

假设我们还需将图例的位置加以调整。可以在LegendPosion和LegendOrient下的下拉式选择条中选取所需的图例位置和布置方向，如图6.9所示。通过选取UpdateLegend复选按钮，确定在随后绘制图形时利用上述调整值。最后点击面板上的Update按钮，完成气泡图基础特征的修改，LC会呈现图6.10所示的修改后图形。观察图6.10，我们会发现其y向网格线变为白色更加清晰，其图例的位置和布置方向也发生了预期的改变。

图 6.8 沿y轴方向的坐标系网格线颜色选取面板

图 6.9 确定调整值后的气泡图基础特征调整面板

图 6.10 改变部分基础特征后的气泡图

接下来，我们对图6.10的部分高级特征加以修改，从而得到最终需要的图形结果。如图6.11所示，选取图形特征菜单下的Advanced Features菜单项。此时， LC会弹出如图6.12所示的气泡图高级特征调整面板。

图 6.11 选择图形的高级特征调整面板

图 6.12 气泡图高级特征调整面板

在气泡图的高级特征调整面板中，可以对气泡的大小范围、气泡的着色方式、坐标系的类别，以及是否绘制各个方向的下垂线和投影进行确认或调整。各项的具体调整方法将在随后分类别的图形绘制介绍时进行详细解析，这里不做进一步展开。

假设我们需要将气泡的着色方案从缺省的分序列着色转变为沿y轴方向，根据气泡位置的y值大小而变化。我们需要选择color pattern复选按钮，并从其下方的下拉式选项中选择y-direction选项。另外，假设我们需要绘制XZ坐标平面的气泡投影和向该平面的气泡下垂线，我们需要选取dropXZ和projXZ两个复选按钮。上述选择的结果如图6.13所示。点击高级特征调整面板上的Use Above按钮，确认所有修改，LC将绘制出新的气泡图，如图6.14所示。

新绘制的气泡图利用的是缺省的色系，并非我们需要的着色方案。我们可以通过改变图形的风格特征，得到我们需要的着色色系。为此，如图6.15所示，选择主操作界面上的Style菜单中的Colormap style选项。如图6.16所示，LC会弹出相应的色系选择面板。在该面板上，通过滚动条滚动，可以看到其他可供选择的色系。选择其中的diverging armyrose色系，并确认，新绘制的气泡图如图6.17所示。通过选择Style菜单下的Dark Style，可以得到背景为黑色的暗模式下的气泡图。在交互式控制区，通过鼠标滚动，可得到我们需要的图形呈现视角和大小，如图6.18所示，这就是我们需要绘制的最终图形。