第五章matlab繪圖研究

第五章MATLAB繪圖6/16/20191二維數(shù)據(jù)曲線圖其他二維圖形·

隱函數(shù)繪圖·三維圖形·圖形修飾處理·圖像處理與動(dòng)畫(huà)制作*25.1二維數(shù)據(jù)曲線圖6/16/201935.1.1繪制單根二維曲線plot函數(shù)的基本調(diào)用格式為：plot(x,y)其中x和y為長(zhǎng)度相同的向量，分別用于存儲(chǔ)x坐標(biāo)和y坐標(biāo)數(shù)據(jù)。例5-1

在0≤x≤2

區(qū)間內(nèi)，繪制曲線y=2e-0.5xcos(4πx)例5-2繪制曲線。plot函數(shù)最簡(jiǎn)單的調(diào)用格式是只包含一個(gè)輸入?yún)?shù)：plot(x)在這種情況下，當(dāng)x是實(shí)向量時(shí)，以該向量元素的下標(biāo)為橫坐標(biāo)，元素值為縱坐標(biāo)畫(huà)出一條連續(xù)曲線，這實(shí)際上是繪制折線圖。6/16/201945.1.2繪制多根二維曲線6/16/20195plot函數(shù)的輸入?yún)?shù)是矩陣形式當(dāng)x是向量，y是有一維與x同維的矩陣時(shí)，則繪制出多根不同顏色的曲線。曲線條數(shù)等于y矩陣的另一維數(shù)，x被作為這些曲線共同的橫坐標(biāo)。當(dāng)x,y是同維矩陣時(shí)，則以x,y對(duì)應(yīng)列元素為橫、縱坐標(biāo)分別繪制曲線，曲線條數(shù)等于矩陣的列數(shù)。(3)對(duì)只包含一個(gè)輸入?yún)?shù)的plot函數(shù)，當(dāng)輸入?yún)?shù)是實(shí)矩陣時(shí)，則按列繪制每列元素值相對(duì)其下標(biāo)的曲線，曲線條數(shù)等于輸入?yún)?shù)矩陣的列數(shù)。當(dāng)輸入?yún)?shù)是復(fù)數(shù)矩陣時(shí)，則按列分別以元素實(shí)部和虛部為橫、縱坐標(biāo)繪制多條曲線。6/16/201962.含多個(gè)輸入?yún)?shù)的plot函數(shù)調(diào)用格式為：

plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn)6/16/20197(1)當(dāng)輸入?yún)?shù)都為向量時(shí)，x1和y1，x2和y2，…，xn和yn分別組成一組向量對(duì)，每一組向量對(duì)的長(zhǎng)度可以不同。每一向量對(duì)可以繪制出一條曲線，這樣可以在同一坐標(biāo)內(nèi)繪制出多條曲線。(2)當(dāng)輸入?yún)?shù)有矩陣形式時(shí)，配對(duì)的x,y按對(duì)應(yīng)列元素為橫、縱坐標(biāo)分別繪制曲線，

曲線條數(shù)等于矩陣的列數(shù)。6/16/20198例5-3分析下列程序繪制的曲線。3.具有兩個(gè)縱坐標(biāo)標(biāo)度的圖形6/16/20199在MATLAB中，如果需要繪制出具有不同縱坐標(biāo)標(biāo)度的兩個(gè)圖形，可以使用plotyy繪圖函數(shù)。調(diào)用格式為：plotyy(x1,y1,x2,y2)其中x1,y1對(duì)應(yīng)一條曲線，x2,y2對(duì)應(yīng)另一條曲線。橫坐標(biāo)的標(biāo)度相同，縱坐標(biāo)有兩個(gè)，左縱坐標(biāo)用于x1,y1數(shù)據(jù)對(duì)，右縱坐標(biāo)用于x2,y2數(shù)據(jù)對(duì)。例5-4用不同標(biāo)度在同一坐標(biāo)內(nèi)繪制曲線

y1=0.2e-0.5xcos(4πx)和y2=2e-0.5xcos(πx)。6/16/201910程序如下：x=0:pi/100:2*pi;y1=0.2*exp(-0.5*x).*cos(4*pi*x);y2=2*exp(-0.5*x).*cos(pi*x);plotyy(x,y1,x,y2);4.圖形保持6/16/201911holdon/off命令控制是保持原有圖形還是刷新原有圖形，不帶參數(shù)的hold命令在兩種狀態(tài)之間進(jìn)行切換。例5-5采用圖形保持，在同一坐標(biāo)內(nèi)繪制曲線y1=0.2e-0.5xcos(4πx)和y2=2e-0.5xcos(πx)。5.1.3設(shè)置曲線樣式6/16/201912MATLAB提供了一些繪圖選項(xiàng)，用于確定所繪曲線的線型、顏色和數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)記符號(hào)，它們可以組合使用。例如，“b-.”表示藍(lán)色點(diǎn)劃線，“y:d”表示黃色虛線并用菱形符標(biāo)記數(shù)據(jù)點(diǎn)。當(dāng)選項(xiàng)省略時(shí)，MATLAB規(guī)定，線型一律用實(shí)線，顏色將根據(jù)曲線的先后順序依次。要設(shè)置曲線樣式可以在plot函數(shù)中加繪圖選項(xiàng)，其調(diào)用格式為：plot(x1,y1,選項(xiàng)1,x2,y2,選項(xiàng)2,…,xn,yn,曲線的色彩、線型和數(shù)據(jù)點(diǎn)型參數(shù)定義6/16/201913顏

色符

號(hào)含義數(shù)

據(jù)點(diǎn)

型含義線型含義b藍(lán)色.點(diǎn)-實(shí)線g綠色xX符號(hào):點(diǎn)線r紅色++號(hào)-.點(diǎn)劃線c籃綠色h六角星形--虛線m紫紅色*星號(hào)(空白)不畫(huà)線y黃色s方形k黑色d菱形例5-6

在同一坐標(biāo)內(nèi)，分別用不同線型和顏色繪制曲線y1=0.2e-0.5xcos(4πx)6/16/201914和y2=2e-0.5xcos(πx)，標(biāo)記兩曲線交叉點(diǎn)。5.1.4圖形標(biāo)注與坐標(biāo)控制6/16/2019151.圖形標(biāo)注有關(guān)圖形標(biāo)注函數(shù)的調(diào)用格式為：title(圖形名稱(chēng))xlabel(x軸說(shuō)明)ylabel(y軸說(shuō)明)text(x,y,圖形說(shuō)明)legend(圖例1,圖例2,…)函數(shù)中的說(shuō)明文字，除使用標(biāo)準(zhǔn)的ASCII字符外，還可使用LaTeX格式的控制字符，這樣就可以在圖形上添加希臘字母、數(shù)學(xué)符號(hào)及公式等內(nèi)容。例如，text(0.3,0.5,‘sin({\omega}t+{\beta})到標(biāo)注效果sin(ωt+β)。6/16/201916例5-7

在0≤x≤2

區(qū)間內(nèi)，繪制曲線y1=2e-0.和y2=cos(4πx)，并給圖形添加圖形標(biāo)注axis函數(shù)的調(diào)用格式為：axis([xmin

xmax

ymin

ymax

zmin

zmax])axis函數(shù)功能豐富，常用的格式還有：axis

equal：縱、橫坐標(biāo)軸采用等長(zhǎng)刻度。axis

square：產(chǎn)生正方形坐標(biāo)系(缺省為矩形axis

auto：使用缺省設(shè)置。axis

off：取消坐標(biāo)軸。axis

on：顯示坐標(biāo)軸。6/16/2019172.坐標(biāo)控制給坐標(biāo)加網(wǎng)格線用grid命令來(lái)控制。

grid

on/off命令控制是畫(huà)還是不畫(huà)網(wǎng)格線，不帶參數(shù)的grid命令在兩種狀態(tài)之間進(jìn)行切換。給坐標(biāo)加邊框用box命令來(lái)控制。boxon/off命令控制是加還是不加邊框線，不帶參數(shù)的box命令在兩種狀態(tài)之間進(jìn)行切換。例5-8在同一坐標(biāo)中，可以繪制3個(gè)同心圓，并加坐標(biāo)控制。6/16/2019185.1.5圖形的可視化編輯6/16/201919MATLAB

7.0版本在圖形窗口中提供了可視化的圖形編輯工具，利用圖形窗口菜單欄或工具欄中的有關(guān)命令可以完成對(duì)窗口中各種圖形對(duì)象的編輯處理。在圖形窗口上有一個(gè)菜單欄和工具欄。菜單欄包含F(xiàn)ile、Edit、View、Insert、ToolDesktop、Window和Help共7個(gè)菜單項(xiàng)，工

具欄包含13個(gè)命令按鈕。5.1.6對(duì)函數(shù)自適應(yīng)采樣的繪圖函數(shù)

fplot函數(shù)的調(diào)用格式為：

fplot(fname,lims,tol,選項(xiàng))6/16/201920其中，fname為函數(shù)名，以字符串形式出現(xiàn)，lims為x,y的取值范圍，tol為相對(duì)允許誤差其系統(tǒng)默認(rèn)值為2e-3。選項(xiàng)定義與plot函數(shù)相同。例5-9用fplot函數(shù)繪制f(x)=cos(tan(πx的曲線。6/16/201921命令如下：fplot("cos(tan(pi*x))",[

0,1],1e-4)5.1.7圖形窗口的分割

subplot函數(shù)的調(diào)用格式為：

subplot(m,n,p)6/16/201922該函數(shù)將當(dāng)前圖形窗口分成m×n個(gè)繪圖區(qū)，即每行n個(gè)，共m行，區(qū)號(hào)按行優(yōu)先編號(hào)，

且選定第p個(gè)區(qū)為當(dāng)前活動(dòng)區(qū)。在每一個(gè)繪圖區(qū)允許以不同的坐標(biāo)系單獨(dú)繪制圖形。例5-10

在圖形窗口中，以子圖形式同時(shí)繪制多根曲線。5.2其他二維圖形6/16/201923其他坐標(biāo)系下的二維數(shù)據(jù)曲線圖對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖形MATLAB提供了繪制對(duì)數(shù)和半對(duì)數(shù)坐標(biāo)曲線的函數(shù)，調(diào)用格式為：semilogx(x1,y1,選項(xiàng)1,x2,y2,選項(xiàng)2,…)semilogy(x1,y1,選項(xiàng)1,x2,y2,選項(xiàng)2,…)loglog(x1,y1,選項(xiàng)1,x2,y2,選項(xiàng)2,…)例5-11應(yīng)用上述函數(shù)作圖。2.極坐標(biāo)圖6/16/201924polar函數(shù)用來(lái)繪制極坐標(biāo)圖，其調(diào)用格式為：polar(theta,rho,選項(xiàng))其中theta為極坐標(biāo)極角，rho為極坐標(biāo)矢徑選項(xiàng)的內(nèi)容與plot函數(shù)相似。例5-12繪制r=sin(t)cos(t)的極坐標(biāo)圖，并標(biāo)記數(shù)據(jù)點(diǎn)。5.2.2二維統(tǒng)計(jì)分析圖6/16/201925在MATLAB中，二維統(tǒng)計(jì)分析圖形很多，常見(jiàn)的有條形圖、階梯圖、桿圖和填充圖等，所采用的函數(shù)分別是：bar(x,y,選項(xiàng))stairs(x,y,選項(xiàng))stem(x,y,選項(xiàng))fill(x1,y1,選項(xiàng)1,x2,y2,選項(xiàng)2,…)例5-13分別以條形圖、階梯圖、桿圖和填充圖形式繪制曲線y=2sin(x)。MATLAB提供的統(tǒng)計(jì)分析繪圖函數(shù)還有很多，例如，用來(lái)表示各元素占總和的百分比的餅圖、復(fù)數(shù)的相量圖等等。例5-14繪制圖形：6/16/201926某企業(yè)全年各季度的產(chǎn)值(單位：萬(wàn)元)分別為：2347,1827,2043,3025，試用餅圖作統(tǒng)計(jì)分析。繪制復(fù)數(shù)的相量圖：7+2.9i、2-3i和-1.5-6i。5.3隱函數(shù)繪圖6/16/201927MATLAB提供了一個(gè)ezplot函數(shù)繪制隱函數(shù)圖形，下面介紹其用法。(1)對(duì)于函數(shù)f=f(x)，ezplot函數(shù)的調(diào)用格式為：ezplot(f)：在默認(rèn)區(qū)間-2π<x<2π繪制f=f的圖形。ezplot(f,[a,b])：在區(qū)間a<x<b繪制f=f(圖形。(2)對(duì)于隱函數(shù)f=f(x,y)，ezplot函數(shù)的調(diào)格式為：ezplot(f)：在默認(rèn)區(qū)間-2π<x<2π和6/16/201928-2π<y<2π繪制f(x,y)=0的圖形。ezplot(f,[xmin,xmax,ymin,ymax])：在區(qū)間xmin<x<xmax和ymin<y<ymax繪制f(x,y)=0的圖形。ezplot(f,[a,b])：在區(qū)間a<x<b和a<y<b制f(x,y)=0的圖形。(3)對(duì)于參數(shù)方程x=x(t)和y=y(t)，ezplot數(shù)的調(diào)用格式為：6/16/201929ezplot(x,y)：在默認(rèn)區(qū)間0<t<2π繪制x=x(和y=y(t)的圖形。ezplot(x,y,[tmin,tmax])：在區(qū)間tmin<tmax繪制x=x(t)和y=y(t)的圖形。例5-15隱函數(shù)繪圖應(yīng)用舉例。5.4三維圖形6/16/2019305.4.1三維曲線plot3函數(shù)與plot函數(shù)用法十分相似，其調(diào)用格式為：plot3(x1,y1,z1,選項(xiàng)1,x2,y2,z2,選項(xiàng)

2,…,xn,yn,zn,選項(xiàng)n)其中每一組x,y,z組成一組曲線的坐標(biāo)參數(shù)，選項(xiàng)的定義和plot函數(shù)相同。當(dāng)x,y,z是同維向量時(shí)，則x,y,z

對(duì)應(yīng)元素構(gòu)成一條三維曲線。當(dāng)x,y,z是同維矩陣時(shí)，則以x,y,z對(duì)應(yīng)元素繪制三維曲線，曲線條數(shù)等于矩陣列數(shù)。y=cos(t);z=t.*sin(t).*cos(t);plot3(x,y,z);title("Line

in

3-D

Space");xlabel("X");ylabel("Y");zlabel("Z");grid

on;6/16/201931例5-16繪制三維曲線。程序如下：t=0:pi/100:20*pi;x=sin(t);5.4.2三維曲面6/16/2019321.產(chǎn)生三維數(shù)據(jù)在MATLAB中，利用meshgrid函數(shù)產(chǎn)生平面區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格坐標(biāo)矩陣。其格式為：x=a:d1:b;y=c:d2:d;[X,Y]=meshgrid(x,y);語(yǔ)句執(zhí)行后，矩陣X的每一行都是向量x，行數(shù)等于向量y的元素的個(gè)數(shù)，矩陣Y的每一列都是向量y，列數(shù)等于向量x的元素的個(gè)數(shù)。2.繪制三維曲面的函數(shù)surf函數(shù)和mesh函數(shù)的調(diào)用格式為：mesh(x,y,z,c)surf(x,y,z,c)一般情況下，x,y,z是維數(shù)相同的矩陣。x,y是網(wǎng)格坐標(biāo)矩陣，z是網(wǎng)格點(diǎn)上的高度矩陣，c用于指定在不同高度下的顏色范圍。例5-17繪制三維曲面圖z=sin(x+sin(y))-x/106/16/201933此外，還有帶等高線的三維網(wǎng)格曲面函數(shù)meshc和帶底座的三維網(wǎng)格曲面函數(shù)meshz。其用法與mesh類(lèi)似，不同的是meshc還在xy平面上繪制曲面在z軸方向的等高線，meshz還在xy平面上繪制曲面的底座。例5-18在xy平面內(nèi)選擇區(qū)域[-8,8]×[-8,8]，制4種三維曲面圖。6/16/2019343.標(biāo)準(zhǔn)三維曲面sphere函數(shù)的調(diào)用格式為：[x,y,z]=sphere(n)cylinder函數(shù)的調(diào)用格式為：[x,y,z]=cylinder(R,n)MATLAB還有一個(gè)peaks函數(shù)，稱(chēng)為多峰函數(shù)，常用于三維曲面的演示。例5-19繪制標(biāo)準(zhǔn)三維曲面圖形。6/16/2019355.4.3其他三維圖形6/16/201936在介紹二維圖形時(shí)，曾提到條形圖、桿圖、餅圖和填充圖等特殊圖形，它們還可以以三維形式出現(xiàn)，使用的函數(shù)分別是bar3、stem3、pie3和fill3bar3函數(shù)繪制三維條形圖，常用格式為：

bar3(y)bar3(x,y)stem3函數(shù)繪制離散序列數(shù)據(jù)的三維桿圖，常用格式為：stem3(z)stem3(x,y,z)pie3函數(shù)繪制三維餅圖，常用格式為：pie3(x)fill3函數(shù)等效于三維函數(shù)fill，可在三維空間內(nèi)繪制出填充過(guò)的多邊形，常用格式為：fill3(x,y,z,c)6/16/201937例5-20繪制三維圖形：繪制魔方陣的三維條形圖。以三維桿圖形式繪制曲線y=2sin(x)。已知x=[2347,1827,2043,3025]，繪制餅圖用隨機(jī)的頂點(diǎn)坐標(biāo)值畫(huà)出五個(gè)黃色三角形。例5-21繪制多峰函數(shù)的瀑布圖和等高線圖。6/16/2019385.5圖形修飾處理6/16/2019395.5.1視點(diǎn)處理MATLAB提供了設(shè)置視點(diǎn)的函數(shù)view，其調(diào)用格式為：view(az,el)其中,az為方位角，el為仰角，它們均以度為單位。系統(tǒng)缺省的視點(diǎn)定義為方位角-37.5°,仰角30°。例5.22從四個(gè)方位來(lái)觀看函數(shù)5.5.2色彩處理6/16/2019401.顏色的向量表示MATLAB除用字符表示顏色外，還可以用含有3個(gè)元素的向量表示顏色。向量元素在[0,1]范圍取值，3個(gè)元素分別表示紅、綠藍(lán)3種顏色的相對(duì)亮度，稱(chēng)為RGB三元組。若干常用色的RGB值Red(紅)Green(綠)Blue(藍(lán))顏

色000黑111白100紅010綠001藍(lán)110黃101洋紅011青藍(lán)2/301天藍(lán)11/20橘黃0.500深紅6/16/2019

0.50.50.5灰色

412.色圖色圖(Colormap)是MATLAB系統(tǒng)引入的概念。在MATLAB中，每個(gè)圖形窗口只能有

一個(gè)色圖。色圖是m×3的數(shù)值矩陣，它的每一行是RGB三元組。色圖矩陣可以人為地生成，也可以調(diào)用MATLAB提供的函數(shù)

來(lái)定義色圖矩陣。Colormap(CM)6/16/201942Matlab的預(yù)定義色圖矩陣CMCM功能描述hsv色彩飽和值(以紅色開(kāi)始和結(jié)束)hot從黑到紅到黃到白cool青藍(lán)和洋紅的色度pink粉紅的彩色度gray線性灰度bone帶一點(diǎn)藍(lán)色的灰度jethsv的一種變形(以藍(lán)色開(kāi)始和結(jié)束)copper線性銅色度prim三棱鏡，交替為紅色、橘黃色、黃色、綠色和天藍(lán)色flag交替為紅色、白色、藍(lán)色和黑色6/16/2019433.三維表面圖形的著色三維表面圖實(shí)際上就是在網(wǎng)格圖的每一個(gè)網(wǎng)格片上涂上顏色。surf函數(shù)用缺省的著色方式對(duì)網(wǎng)格片著色。除此之外，還可以用

shading命令來(lái)改變著色方式。shadingfaceted命令將每個(gè)網(wǎng)格片用其高度對(duì)應(yīng)的顏色進(jìn)行著色，但網(wǎng)格線仍保留著，其顏色是黑色。這是系統(tǒng)的缺省著色方式。6/16/201944shadingflat命令將每個(gè)網(wǎng)格片用同一個(gè)顏色進(jìn)行著色，且網(wǎng)格線也用相應(yīng)的顏色，

從而使得圖形表面顯得更加光滑。shadinginterp命令在網(wǎng)格片內(nèi)采用顏色插值處理，得出的表面圖顯得最光滑。例5-23

3種圖形著色方式的效果展示。6/16/2019455.5.3光照處理6/16/201946MATLAB提供了燈光設(shè)置的函數(shù)，其調(diào)用格式為：light(‘color",選項(xiàng)1,‘style",選項(xiàng)

2,‘position",選項(xiàng)3)5.5.4圖形的裁剪處理例5-25繪制三維曲面圖，并進(jìn)行插值著色處理，裁掉圖中x和y都小于0部分。6/16/2019475.6圖像處理與動(dòng)畫(huà)制作6/16/201948圖像處理imread和imwrite函數(shù)imread和imwrite函數(shù)分別用于將圖像文件讀入MATLAB工作空間，以及將圖像數(shù)據(jù)和色圖數(shù)據(jù)一起寫(xiě)入一定格式的圖像文件。MATLAB支持多種圖像文件格式，如.bmp、.jpg、.jpeg、.tif等。2.image和imagesc函數(shù)這兩個(gè)函數(shù)用于圖像顯示。為了保證圖像的顯示效果，一般還應(yīng)使用colormap函數(shù)設(shè)置圖像色圖。例5-26有一圖像文件flower.jpg，在圖形窗口顯示該圖像。6/16/2019495.6.2動(dòng)畫(huà)制作6/16/201950MATLAB提供getframe、moviein和movie函數(shù)進(jìn)行動(dòng)畫(huà)制作。1.moviein函數(shù)moviein(n)函數(shù)用來(lái)建立一個(gè)足夠大的n列矩陣。該矩陣用來(lái)保存n幅畫(huà)面的數(shù)據(jù)，以備播放。之所以要事先建立一個(gè)大矩陣，是為了提高程序運(yùn)行速度。getframe函數(shù)getframe函數(shù)可截取一幅畫(huà)面信息(稱(chēng)為動(dòng)畫(huà)中的一幀)，一幅畫(huà)面信息形成一個(gè)很大的列向量。顯然，保存n幅圖面就需一個(gè)大矩陣。m(:,i)=getframemovie函數(shù)movie(m,n)函數(shù)播放由矩陣m所定義的畫(huà)面n次，缺省時(shí)播放一次。例5-27繪制了peaks函數(shù)曲面并且將它繞z軸旋轉(zhuǎn)6/16/201951步驟指令例子數(shù)據(jù)準(zhǔn)備1

產(chǎn)生自變量向量產(chǎn)生相應(yīng)的函數(shù)向量t

=

pi

*

(0: 100)

/

100y

=

sin

(

t

).

*

sin(

9

*

t

)選定圖形窗及子圖位置2

figure(

n

)指定子圖形的窗號(hào)figure(n)

表示第幾幅圖形subplot(2,2,3)，2×2圖的第三幅圖subplot(1,3,2),1×3圖的第2幅圖3調(diào)用高層繪圖指令plot(t,y,‘b-’)

圖形用藍(lán)色線條圖形注釋4圖名、坐標(biāo)名、文字說(shuō)明title(‘調(diào)制波形’）。xlabel(‘t’)legend(‘’)圖例，text（’’）文字說(shuō)明或命令5

圖形的精細(xì)修飾，利用工具

set（h，’MarkerSize’，10）6

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在圖形編輯狀態(tài)打印或進(jìn)行貼圖1.二維圖形繪制的一般步驟6/16/201952步驟指令例子1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：產(chǎn)生自變量向量產(chǎn)生相應(yīng)的函數(shù)向量t

=

pi

*

(0: 100)

/

100x

=

f1(

t

); y

=f2（t）z

=

f3(x,

y)2選定圖形窗及子圖