구에서 평면으로 그래프의 입체 투영 - tikz

2024-6-16 • tag-icon

구에서 평면으로 평면 그래프를 매핑하기 위해 tikz-picture를 만들고 싶습니다. 비슷한 목적으로 이미 수행되었지만 그래프 가장자리가 포함된 그림을 찾지 못했습니다.

이미 다음의 일부 템플릿을 사용하고 있습니다.여기(코드가 거기에 있고 주석이 잘 달렸으므로 MWE가 포함됩니다). 하지만 나는 내가 원하는 것을 추가하는 tikz에 익숙하지 않습니다.

MWE에 '단지' 사소한 변경이 필요합니다. 정확히 말하면 차이점을 볼 수 있도록 이 작은 자체 페인팅 수정 사항을 추가했습니다. 점과 가장자리의 정확한 위치는 그다지 중요하지 않지만 구의 가장자리는 둥글어야 합니다. 사실 그것은 이미 그래픽에 몇 줄을 넣는 데 도움이 될 것입니다.

% Source: http://www.texample.net/tikz/examples/map-projections/
\documentclass[varwidth=true, border=2pt]{standalone}

\usepackage{pgfplots}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{calc,fadings,decorations.pathreplacing}

\begin{document}
%% helper macros
\begin{tikzpicture} % CENT
\newcommand\pgfmathsinandcos[3]{%
  \pgfmathsetmacro#1{sin(#3)}%
  \pgfmathsetmacro#2{cos(#3)}%
}
\newcommand\LongitudePlane[3][current plane]{%
  \pgfmathsinandcos\sinEl\cosEl{#2} % elevation
  \pgfmathsinandcos\sint\cost{#3} % azimuth
  \tikzset{#1/.estyle={cm={\cost,\sint*\sinEl,0,\cosEl,(0,0)}}}
}
\newcommand\LatitudePlane[3][current plane]{%
  \pgfmathsinandcos\sinEl\cosEl{#2} % elevation
  \pgfmathsinandcos\sint\cost{#3} % latitude
  \pgfmathsetmacro\yshift{\cosEl*\sint}
  \tikzset{#1/.estyle={cm={\cost,0,0,\cost*\sinEl,(0,\yshift)}}} %
}
\newcommand\DrawLongitudeCircle[2][1]{
  \LongitudePlane{\angEl}{#2}
  \tikzset{current plane/.prefix style={scale=#1}}
   % angle of "visibility"
  \pgfmathsetmacro\angVis{atan(sin(#2)*cos(\angEl)/sin(\angEl))} %
  \draw[current plane] (\angVis:1) arc (\angVis:\angVis+180:1);
  \draw[current plane,dashed] (\angVis-180:1) arc (\angVis-180:\angVis:1);
}
\newcommand\DrawLatitudeCircle[2][1]{
  \LatitudePlane{\angEl}{#2}
  \tikzset{current plane/.prefix style={scale=#1}}
  \pgfmathsetmacro\sinVis{sin(#2)/cos(#2)*sin(\angEl)/cos(\angEl)}
  % angle of "visibility"
  \pgfmathsetmacro\angVis{asin(min(1,max(\sinVis,-1)))}
  \draw[current plane] (\angVis:1) arc (\angVis:-\angVis-180:1);
  \draw[current plane,dashed] (180-\angVis:1) arc (180-\angVis:\angVis:1);
}

\tikzset{%
  >=latex, % option for nice arrows
  inner sep=0pt,%
  outer sep=2pt,%
  mark coordinate/.style={inner sep=0pt,outer sep=0pt,minimum size=3pt,
    fill=black,circle}%
}
%% some definitions

\def\R{2.5} % sphere radius
\def\angEl{35} % elevation angle
\def\angAz{-105} % azimuth angle
\def\angPhi{-40} % longitude of point P
\def\angBeta{19} % latitude of point P

%% working planes

\pgfmathsetmacro\H{\R*cos(\angEl)} % distance to north pole
\tikzset{xyplane/.estyle={cm={cos(\angAz),sin(\angAz)*sin(\angEl),-sin(\angAz),
                              cos(\angAz)*sin(\angEl),(0,-\H)}}}
\LongitudePlane[xzplane]{\angEl}{\angAz}
\LongitudePlane[pzplane]{\angEl}{\angPhi}
\LatitudePlane[equator]{\angEl}{0}

%% draw xyplane and sphere

\draw[xyplane] (-2*\R,-2*\R) rectangle (2.2*\R,2.8*\R);
\fill[ball color=white] (0,0) circle (\R); % 3D lighting effect
\draw (0,0) circle (\R);

%% characteristic points

\coordinate (O) at (0,0);
\coordinate[mark coordinate] (N) at (0,\H);
\coordinate[mark coordinate] (S) at (0,-\H);
\path[pzplane] (\angBeta:\R) coordinate[mark coordinate] (P);
\path[pzplane] (\R,0) coordinate (PE);
\path[xzplane] (\R,0) coordinate (XE);
\path (PE) ++(0,-\H) coordinate (Paux); % to aid Phat calculation
\coordinate[mark coordinate] (Phat) at (intersection cs: first line={(N)--(P)},
                                        second line={(S)--(Paux)});

%% draw meridians and latitude circles

\DrawLatitudeCircle[\R]{0} % equator
\DrawLongitudeCircle[\R]{\angAz} % xzplane
\DrawLongitudeCircle[\R]{\angAz+90} % yzplane
\DrawLongitudeCircle[\R]{\angPhi} % pzplane

%% draw xyz coordinate system

\draw[xyplane,<->] (1.8*\R,0) node[below] {$x,\xi$} -- (0,0) -- (0,2.4*\R)
    node[right] {$y$};
\draw[->] (0,-\H) -- (0,1.6*\R) node[above] {$z$};

%% draw lines and put labels

\draw[blue,dashed] (P) -- (N) +(0.3ex,0.6ex) node[above left,black] {$\mathbf{N}$};
\draw[blue] (P) -- (Phat) node[above right,black] {$\mathbf{\hat{P}}$};
\path (S) +(0.4ex,-0.4ex) node[below] {$\mathbf{0}$};
\draw (P) node[above right] {$\mathbf{P}$};
\end{tikzpicture}
\end{document}