C#で3次元グラフを表示する ILNumerics

ILNumericsは.NETで使用可能な数値計算等のライブラリである．グラフ表示機能も備わっているので，それを使ってC#のWindowsフォーム上に3次元グラフを表示する．

ILNumericsのインストール

現在最新バージョン（4.x系）のILNumericsは14日間のトライアル版以外は有償だが，Community Editionという無償版が提供されていた3.x系のバージョンがNuGetでインストール可能なのでそれを使う．

まず，Visual StudioでWindowsフォームアプリケーションを作成する．

そして，プロジェクトを右クリックして「NuGetパッケージの管理」を選択する．オンラインから「ILNumerics」を検索・インストールする．

グラフ表示用コントロールの配置

フォームデザイナを開きツールボックスの適当なところで右クリックして「アイテムの選択(I)...」を選択する．

「.NET Framework コンポーネント」タブの「参照(B)...」ボタンを押して，「(ソリューションのパス)\packages\ILNumerics.3.3.3.0\lib\ILNumerics.dll」を選択したらOK．

するとツールボックスIL○○というコントロールが追加される．その中の，ILPanelコントロールをフォーム上に配置する．

使ってみる

曲面

例として，以下の2変数関数を表示させてみる．

まず，コードの適当な場所に以下のusingを書いておく．

using ILNumerics.Drawing;
using ILNumerics.Drawing.Plotting;

そして，フォームロードイベントとかの適当なイベントに以下のコードを書く．

// グラフを格納するオブジェクトの生成
var scene = new ILScene
{
    // 3次元モードでプロット領域を生成
    new ILPlotCube(twoDMode: false)
    {
        // 曲面の生成
        new ILSurface(
            (x,y) => (float)(
                Math.Sin(Math.Sqrt(x*x + y*y))/Math.Sqrt(x*x + y*y)))
    }
};
// 描画用コントロールに生成したグラフをセット
ilPanel1.Scene = scene;

実行すると以下のように3次元グラフが表示される．マウスドラッグとかホイールとかで視点や拡大率を変えられる．

等高線

サンプル用の地形データも用意されていて，以下のように使うことが出来る．

var scene = new ILScene
{
    new ILPlotCube(twoDMode: false){
        new ILSurface(ILNumerics.ILMath.tosingle(ILNumerics.ILSpecialData.terrain))
    }
};
ilPanel1.Scene = scene;

ここまでは曲面表示のためILSurfaceクラスを使ってきたが，ILContourPlotクラスを使えば以下のように等高線表示も出来る．

var scene = new ILScene
{
    new ILPlotCube{
        new ILContourPlot(ILNumerics.ILMath.tosingle(ILNumerics.ILSpecialData.terrain))
    }
};
ilPanel1.Scene = scene;

散布図

ILPointsクラスで散布図を表示させることも出来る．以下はランダムに点を打って対数軸にして表示した例．

ILNumerics.ILArray<float> p = ILNumerics.ILMath.tosingle(ILNumerics.ILMath.rand(3, 10000));
var scene = new ILScene{
    new ILPlotCube(twoDMode:false){
        new ILPoints
        {
            Positions = p,
            Color = null,
            Colors =  p,
            Size = 1,
        }
    }
};
var scaleModes = scene.First<ILPlotCube>().ScaleModes;
scaleModes.XAxisScale = AxisScale.Logarithmic;
scaleModes.YAxisScale = AxisScale.Logarithmic;
scaleModes.ZAxisScale = AxisScale.Logarithmic;

ilPanel1.Scene = scene;