如何在R中为向日葵籽产量数据添加多边形以绘制圆形Voronoi图

需求说明 #

现有各国向日葵籽产量数据框，需生成包含x、y、path、split、group、value列的多边形数据，用于绘制圆形Voronoi图。

步骤实现 #

1. 加载基础数据与必要包 #

首先加载数据，并安装、加载所需R包：

# 加载基础数据
df <- data.frame(country = c("Ukraine", "Russia", "Argentina", "China", "Romania", "Other"),
                 prod = c(11.0, 10.6, 3.1, 2.4, 2.1, 15.3))

# 安装并加载包
install.packages(c("deldir", "ggplot2", "dplyr", "sf"))
library(deldir)
library(ggplot2)
library(dplyr)
library(sf)

2. 生成初始坐标点 #

根据产量占比分配极坐标位置，确保点分布在圆形范围内：

# 计算产量占比
df <- df %>% 
  mutate(prop = prod / sum(prod),
         # 分配角度（从0到2π）
         angle = cumsum(prop) * 2 * pi - prop * pi,
         # 设置半径（按占比调整，让产量高的点离圆心稍远）
         radius = sqrt(prop) * 0.8) %>% 
  # 转换为笛卡尔坐标
  mutate(x = radius * cos(angle),
         y = radius * sin(angle))

3. 生成Voronoi多边形并裁剪到圆形内 #

使用deldir生成Voronoi多边形，再用sf裁剪到单位圆边界内：

# 生成Voronoi多边形
voronoi <- deldir(df$x, df$y, rw = c(-1, 1, -1, 1))
voronoi_polys <- tile.list(voronoi)

# 转换为sf对象
sf_polys <- lapply(seq_along(voronoi_polys), function(i) {
  poly <- voronoi_polys[[i]]
  sf_poly <- st_polygon(list(cbind(poly$x, poly$y)))
  st_sf(geometry = sf_poly, group = df$country[i], value = df$prod[i])
}) %>% 
  bind_rows()

# 创建单位圆用于裁剪
circle <- st_polygon(list(cbind(cos(seq(0, 2*pi, length.out = 100)), 
                                sin(seq(0, 2*pi, length.out = 100))))) %>% 
  st_sfc() %>% 
  st_sf()

# 裁剪Voronoi多边形到圆内
clipped_polys <- st_intersection(sf_polys, circle)

4. 转换为目标格式数据 #

将裁剪后的多边形转换为包含x、y、path、split、group、value的长格式：

# 提取坐标并整理格式
final_df <- clipped_polys %>% 
  st_coordinates() %>% 
  as.data.frame() %>% 
  rename(x = X, y = Y, path = L1, split = L2) %>% 
  left_join(clipped_polys %>% 
              mutate(path = row_number()) %>% 
              st_drop_geometry(), 
            by = "path") %>% 
  rename(group = group.y, value = value) %>% 
  select(x, y, path, split, group, value)

# 查看结果（前6行）
head(final_df)

运行后会得到类似示例的输出格式：

x          y path split    group value
1 0.7254769  0.2990878    1     1  Ukraine  11.0
2 0.6820767  0.3451880    1     2  Ukraine  11.0
3 0.6364057  0.3870474    1     3  Ukraine  11.0
4 0.5888371  0.4241117    1     4  Ukraine  11.0
5 0.5397082  0.4558694    1     5  Ukraine  11.0
6 0.4893241  0.4818575    1     6  Ukraine  11.0

5. 绘制圆形Voronoi图 #

用ggplot2绘制最终图形：

ggplot(final_df, aes(x = x, y = y, group = group, fill = group)) +
  geom_polygon(color = "white", size = 0.5) +
  coord_equal() +
  theme_void() +
  labs(fill = "国家")

内容的提问来源于stack exchange，提问作者LDT