MATLAB應(yīng)用第五章-MATLAB圖形和3D可視化

第五章MATLAB圖形和3D可視化

MATLAT可將計(jì)算結(jié)果以豐富的圖象形式表現(xiàn)出來，便于用戶進(jìn)行觀察分析。5.1MATLAB圖形窗口5.2二維曲線圖形5.3三維曲線圖形5.4高維可視化5.5色彩處理5.6光源位置和材質(zhì)處理5.7句柄圖形5.8動(dòng)畫制作5.1MATLAB圖形窗口圖形窗口調(diào)用的三種常見方式：（ObjectOriented）figure命令窗口中輸入figure將產(chǎn)生一新的默認(rèn)屬性的圖形窗口，且置為當(dāng)前；figure(h)可有三種結(jié)果：1）若h為已定義的句柄，則使該圖形置為“當(dāng)前”2）若h為一整型參數(shù)，則建立一新圖形并賦值為h且置為當(dāng)前3）若非上述兩種情況，則出現(xiàn)錯(cuò)誤gcf返回當(dāng)前圖形的句柄，set用于設(shè)置圖形的屬性subplot將圖形窗口進(jìn)行分割顯示，圖形修改方式。subplot(m,n,i)：將圖形分為m*n個(gè)小塊并把當(dāng)前命令繪制圖形放在第i個(gè)（按行計(jì)數(shù)）。get(gca)用于獲取某小塊圖形的屬性Subpolt(‘position’,[leftbottomwidthheight])用于定義指定區(qū)域的圖形axes。holdHold用于疊加圖形Holdon(off)、ishold、hold等Eg5-1Eg5-2Eg5-3在命令窗口輸入figure出現(xiàn)下圖Eg5-1之figure在命令窗口輸入

>>figure(2223)Eg5-1之figure(integer)>>figure(h)

???Undefinedfunctionorvariable'h'.

>>h=2

h=

2

>>figure(h)

>>h='iwanttotry'

h=

iwanttotry

>>figure(h)

???Errorusing==>figure

Singleinputmustbeanexistingfigurehandleorascalarintegerfrom1to2032118656.Eg5-1續(xù)得到同上頁的圖形界面，等于figure(2)>>set(1,‘visible’,‘off’)%將句柄為1的圖形隱藏起來>>figure%此時(shí)作為1的圖形不再顯示，而是生成另一個(gè)以2作為句柄的圖形>>set(1,‘visible’,‘on’)％句柄為1的圖形再次顯示>>a1=axes;>>set(a1,'position',[0.050.550.90.4]);>>a2=axes;>>set(a2,'position',[0.050.050.40.4]);>>a3=axes;>>set(a3,'position',[0.550.050.40.4]);>>a=[1:200]*pi/100;>>s=sin(a);>>c=cos(a);>>t=1+a.*a;>>axes(a1);>>plot(a,s);>>axes(a2);>>plot(a,c);>>axes(a3);>>plot(a,t);先定義在哪個(gè)窗口畫圖，然后輸入繪圖命令定義圖框1、2、3，[xy寬高]Eg5-2>>subplot(2,2,1)％將圖形分為2*2的塊并將第1塊激活>>plot(a,s)％在上述的一塊上繪制函數(shù)圖>>subplot(2,2,4)>>plot(a,c)Eg5-2續(xù)>>a=[1:200]*pi/100;>>s=sin(a);>>c=cos(a);>>t=1+a.*a;>>plot(a,s,'r')>>holdon

%疊加圖象>>plot(a,c,'b')>>plot(a,t,'k:')Eg5-35.2二維曲線圖形(plot)5.2.1plot命令的調(diào)用plot(X,’s’)，其中X為：1）實(shí)向量，則以向量下標(biāo)為橫坐標(biāo)，元素值為縱坐標(biāo)繪圖；2）實(shí)矩陣(m,n)，按列元素繪制，共n條曲線；3）復(fù)數(shù)矩陣，實(shí)部為橫坐標(biāo)，虛部為縱坐標(biāo)，繪制多條曲線；S用來指定線條的相關(guān)特性plot(X,Y,’s’)，其中：1)X,Y為同維向量時(shí)，X作為橫坐標(biāo)，Y為縱坐標(biāo)繪圖；2）X為向量，Y為有一維與X等維的矩陣時(shí)，繪制多條曲線；3）X為矩陣，Y為向量，同2）；4）X，Y同維矩陣，則繪制對(duì)應(yīng)列元素分別為橫縱坐標(biāo)的曲線；plot(X1,Y1,’s1’,X2,Y2,’s2’…)以Xi,Yi,’si’為一組合分別設(shè)置繪圖Eg5-4、5在editor內(nèi)輸入如下命令并存為”Plot_eg01”x=0:0.02:20;y=sin(x);z=cos(x)+1;subplot(2,2,1)plot(x,y,'r-')%xandyarevectorsxlabel('xaxis')ylabel('y=sin(x)')subplot(2,2,2)plot(x,'k--')%onlyplotxsubplot(2,2,3)plot(x,[y;z])%[y;z]isamatrixsubplot(2,2,4)plot(x,y,'r-.',x,z,'m-')F5運(yùn)行結(jié)果如圖Eg5-4在editor內(nèi)輸入如下命令并存為”Plot_eg02”th=[0:pi/50:3*pi]';a=[0.5:0.5:5.5]Y=cos(th)*a;X=sin(th)*sqrt(25-a.^2);plot(X,Y)axis('equal')xlabel('X')ylabel('Y')title('agroupofEllipselines')F5運(yùn)行結(jié)果如圖Eg5-5若沒有axis(‘equal’)則顯示如下：

equal將x和y軸的坐標(biāo)進(jìn)行比例協(xié)調(diào)，使其顯示相等。5.2.2線型、頂點(diǎn)標(biāo)記和顏色色彩（c）說明數(shù)據(jù)點(diǎn)（m）說明線型（l）說明r紅色+加號(hào)-實(shí)線g綠色O圓圈--虛線b藍(lán)色*星號(hào)：點(diǎn)線c青色.點(diǎn)-.點(diǎn)劃線m洋紅x十字y黃色s矩形k黑色d菱形w白色^上三角v下三角>右三角<左三角p五邊形h六邊形Eg5-6>>x=-5:5;>>y=x^2+1;>>plot(x,y,'ro')Eg5-6>>plot(x,y,'ro-.')>>plot(x,y,'o-.r')Eg5-6續(xù)線型用單引號(hào)，三種性質(zhì)可任意組合。5.2.3分格線控制和圖形標(biāo)注分格線控制默認(rèn)狀態(tài)時(shí)網(wǎng)格關(guān)，線框開。grid：網(wǎng)格雙向切換gridon：繪出網(wǎng)格gridoff：關(guān)閉網(wǎng)格box：線框雙向切換boxon：繪出線框boxoff：關(guān)閉線框圖形標(biāo)注

坐標(biāo)軸名：xlabel、ylabel等，采用格式如xlabel(‘text’,’p1’,’p1value’,’p2’,’p2value’…)標(biāo)題：title，采用格式同xlabel圖例：legend，采用格式：legend(str1,str2,str3,…,pos)，其中pos取0～4，分別對(duì)應(yīng)最佳、右上、左上、左下、右下位置。添加文本字符串text(x,y,’string’)gtext(‘string’,’p1’,’p1value’…)Eg5-7Eg5-8Eg5-9>>x=-5:5;>>y=x^2+1;>>plot(x,y,'ro')>>gridEg5-7>>plot(x,y,'o-.r')>>boxoffEg5-7續(xù)>>t=0:0.2:2*pi;>>plot(t,sin(t),'>',t,cos(t),'+');>>xlabel('x'),ylabel('y');>>title('sin(x)andcos(x)');>>legend('sin

wave','coswave',0)Eg5-8在編輯器里輸入下列命令存為“exno32.m”x=0:0.1:8;plot(x,sin(x),x,cos(x))title('subject主題')%figure'ssubjectxlabel('\alpha')%ylabel('h^2')legend('1','2')text(pi/4,sin(pi/4),'\leftarrowsin(pi/4)=0.707')gtext('youcanpushyourleftbuttonanywhereinthedrawing','fontsize',20)Eg5-95.2.4特殊二維圖形條形圖bar、barh、bar3、bar3hbar(Y)：Y值為條形圖，橫坐標(biāo)為1:m；bar(x,Y)：bar(...,width)bar(...,'style')bar(...,'bar_color')直方圖hist、rose另stem

hist：在直角坐標(biāo)系里繪制直方圖rose：在極坐標(biāo)中繪制直方圖stem：顯示莖狀圖扇形圖piepie(x)：對(duì)所有向量x中的元素進(jìn)行總計(jì)，顯示每一部分所占比例pie(x,explode)：定義一個(gè)與x同長度向量explode，對(duì)應(yīng)于非零元素的x值被抽出顯示pie(…,labels)：標(biāo)注扇形圖，labels必須與前面向量具有相同長度Eg5-10Eg5-11Eg5-12在命令窗口輸入下列命令”>>x=1:12;>>y=[-12-6411232636302117103];>>bar(x,y)>>xlabel('month'),ylabel('tempereature');>>title('relationship')Eg5-10在編輯器窗口輸入下列命令并存為bar_eg02”x=1:12;y=[-12-6411232636302117103;-13-15-27172720211413104];y=y';colormap(cool)subplot(211)bar(x,y,'grouped')subplot(212)bar(x,y,'stacked')Eg5-10續(xù)在編輯器窗口輸入下列命令并存為hist_rose_eg”y=randn(1500,1);subplot(221)hist(y)%10equallyspacedcontainerstitle('hist(y)')subplot(222)hist(randn(1500,1),30)%30equallyspacedcontainerstitle('hist(y,30)')subplot(223)hist(randn(1500,2),10)%twocolumsineachofthe10equallyspace

containerstitle('hist(y(n,2),10)')%useofrosewdir=[45909045360335360270335270335335];wdir=wdir*pi/180;subplot(224)rose(wdir)title('rose(wdir)')Eg5-11Eg5-11續(xù)在編輯器窗口輸入下列命令并存為pi_eg”x=[4354.52];explode=[00100];subplot(221)pie(x,explode)subplot(221)colormapjetsubplot(222)pie(x)subplot(223)pie(x,{'No.1got4','No.2got3','No.3got5','No.4got4.5','No.5got2'})subplot(224)a=[11111]pie(x,a,{'No.1got4','No.2got3','No.3got5','No.4got4.5','No.5got2'})Eg5-12Eg5-12續(xù)繪制二維圖形命令匯總詳見表5-3注意zoom和ginput函數(shù)：zoom：縮放雙向切換zoom(x)：放大x倍zoomon：縮放開zoomoff：縮放關(guān)zoomxon：只允許x軸縮放zoomyon：只允許y軸縮放[x,y]=ginput(n)：將鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖形范圍內(nèi)，返回點(diǎn)擊點(diǎn)的坐標(biāo)值，存為長度為n的向量[x,y]=ginput：獲取任意個(gè)點(diǎn)擊點(diǎn)的坐標(biāo)值，直至回車結(jié)束，存為點(diǎn)擊數(shù)的向量[x,y,button]=ginput(n)：將鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖形范圍內(nèi)，返回點(diǎn)擊點(diǎn)的坐標(biāo)值和點(diǎn)擊鼠標(biāo)左中右鍵(分別為1、2、3)情況，存為長度為n的向量特殊坐標(biāo)的二維圖形

對(duì)數(shù)坐標(biāo)曲線：semilogx,semilogy,loglog極坐標(biāo)曲線：polar雙y軸曲線：plotyyEg5-15/6Eg5-13/4在編輯器窗口輸入下列命令并存為zoom_eg”x=[4354.52];explode=[00100];pie(x,explode)title('zoom(2)','fontsize',30)zoom(2)Eg5-13在命令窗口輸入：>>figure得到一figure如圖，進(jìn)一步在命令窗口輸入：

[x,y]=ginput(6)并回車，此時(shí)進(jìn)入figure，鼠標(biāo)成十字型，點(diǎn)擊鼠標(biāo)（不論左中右）6次后返回x，yx=0.12790.44820.29150.64860.80990.7869y=0.82600.72370.34060.18270.39910.8523Eg5-14在編輯窗口輸入下列命令并存為“special.m”：x=1:50;subplot(221)semilogx(x)title('semilogx','fontsize',24,'color','c')subplot(222)semilogy(x)title('semilogy','fontsize',20,'color','r')subplot(223)loglog(x)title('loglog','fontsize',12,'color','k')subplot(224)polar(x,x)title('polar','fontsize',24,'color','m')Eg5-15Eg5-15續(xù)在編輯窗口輸入下列命令并存為“plotyy_eg.m”：x=0:0.01:20;y1=200*exp(-0.05*x).*sin(x);y2=0.8*exp(-0.5*x).*sin(10*x);subplot(211)[AX,H1,H2]=plotyy(x,y1,x,y2,'plot');set(get(AX(1),'Ylabel'),'String','LeftY-axis')set(get(AX(2),'Ylabel'),'String','RightY-axis')xlabel('Zeroto20\musec.')title('Labeling

plotyy')set(H1,'LineStyle','--')set(H2,'LineStyle',':')subplot(212)plotyy(x,y1,x,y2)Eg5-165.3三維曲線圖形5.3.1plot3命令的調(diào)用plot3(x,y,z,s)：繪制空間曲線，xyz為三組向量或矩陣，單一向量為一條曲線，矩陣則為多條曲線，其他應(yīng)用同二維繪圖命令plot。Eg5-17在editor內(nèi)輸入下列命令“plot3_eg01.m”t=0:pi/50:10*pi;plot3(sin(t),cos(t),t)gridonaxissquareEg5-175.3.2線、面填色PatchFill在editor內(nèi)輸入下列命令“patch_eg.m”%2-dpatchx=[0110];y=[0011];subplot(3,3,1:3)plot(x,y)patch(x,y,'b')patch([010],[001],'r')%3-dpatchx=[011000;110011;110011;011000];y=[001100;011000;011011;001111];z=[000001;000001;111101;111101];subplot(3,3,[4578])plot3(x,y,z)xlabel('x','fontweight','bold');ylabel('y','fontweight','bold');zlabel('z','fontweight','bold');fill3(x,y,z,'y')patch(x(:,1),y(:,1),z(:,1),'g')Eg5-17Eg5-17網(wǎng)格圖：mesh(x,y,z,c)、mesh(x,y,z)、mesh(z)、mesh(z,c)、meshhc、meshz曲面圖：surf(x,y,z,s)、surf(x,y,z)、surf(z)、shading、surface、5.3.3網(wǎng)格圖和曲面圖Eg5-18Eg5-19%編輯腳本文件如下，存為“mesh_eg.m”，[x,y,z]=peaks(40);subplot(221)mesh(x,y,z)title('mesh','fontsize',20,'color','r')subplot(222)meshc(x,y,z)title('mesh','fontsize',20,'color','b')subplot(223)meshz(x,y,z)title('mesh','fontsize',20,'color','k')subplot(224)[x,y]=meshgrid([-3:0.2:3]);z=peaks(x,y);mesh(x,y,z);title('mesh','fontsize',20,'color','m')holdonplot3(x,y,z,'x','Markersize',5)Eg5-18%編輯腳本文件如下，存為“surf_eg.m”，subplot(331)surf(peaks)title('surforshadingfaceted','fontsize',20,'color','r')subplot(332)surf(peaks)shadingflattitle('surfandshadingflat','fontsize',20,'color','b')subplot(333)surf(peaks)shadinginterptitle('surfandshadinginterp','fontsize',20,'color','m')subplot(334)surfc(peaks)title('surfc','fontsize',20,'color','k')Eg5-19subplot(335)surfl(peaks)title('surfl','fontsize',20,'color','g')shadinginterpsubplot(336)mesh(peaks)surface(peaks)title('surface','fontsize',20,'color','r')subplot(337)surface(peaks)title('surface','fontsize',20,'color','b')subplot(338)waterfall(peaks)title('waterfall','fontsize',20,'color','b')Contour(z)Contour(x,y,z)Contour(z,n)Contour(x,y,z,n)Contour(z,v)Contour(x,y,z,v)[c,h]=Contour(…)5.3.4等高線圖形contour和contour3Eg5-20%編輯腳本文件如下，存為“contour_eg.m”，subplot(221)contour(peaks)title('contour','fontsize',20,'color','r')subplot(222)contour3(peaks)title('contour3','fontsize',20,'color','b')subplot(223)[c,h]=contour(peaks)clabel(c,h)title('clabel','fontsize',20,'color','m')subplot(224)contourf(peaks,16)title('contourf','fontsize',20,'color','b')Eg5-20視角改變：默認(rèn)的三維視角方向仰角為30°，方位角為-37.5°；默認(rèn)的二維圖形方向仰角為90°，方向角為0°。視角即我們觀察圖形的方向，函數(shù)view可改變所有類型的二維和三維圖形的圖形視角。曲面裁剪：曲面圖不能做成透明狀，所以要裁剪需要將裁剪處的數(shù)據(jù)置為Nan來實(shí)現(xiàn)。5.3.5視角改變和曲面裁剪Eg5-21%編輯腳本文件如下，存為“view_eg.m”，subplot(221)surf(peaks)subplot(222)surf(peaks)view(90,0)%equaltoview([90,0])subplot(223)surf(peaks)view([1,5,6])[X,Y,Z]=peaks(30);x=X(1,:);y=Y(:,1);i=find(y>-.1&y<1.8);j=find(x>-0.6&x<1);Z(i,j)=nan*Z(i,j);subplot(224)surf(X,Y,Z)Eg5-215.4高維可視化Slice函數(shù)用不同的顏色繪制三元函數(shù)的空間分布片狀圖，實(shí)現(xiàn)一般定義在xyz坐標(biāo)系上的四維可視化。Eg5-22%編輯腳本文件如下，存為“slice_eg.m”，[x,y,z]=meshgrid(-2:.2:2,-2:.25:2,-2:.16:2);v=x.*exp(-x.^2-y.^2-z.^2);xslice=[-1.2,.8,2];yslice=2;zslice=[-2,0];slice(x,y,z,v,xslice,yslice,zslice)colormap

hsv5.5色彩處理多數(shù)時(shí)候，僅靠一個(gè)簡單的二維和三維圖形不能一次性顯示出想要提供的信息，此時(shí)可以通過顏色的變化來進(jìn)一步描述圖形特征（提供一附加的“維數(shù)”）。Matlab提供了大量的顏色工具，可豐富圖形表示，增加圖形可讀性。5.5.1顏色映象原理對(duì)于復(fù)雜圖象，matlab提供了一種任意顏色設(shè)置的方式：顏色映象（RGB——紅綠藍(lán)）。顏色映象即將RGB這三種顏色按照不同的比例進(jìn)行組合形成新的顏色，其結(jié)構(gòu)為n*3的矩陣，矩陣元素值在0～1之間變化，一行值即表示一種顏色，如(100)為紅色，(010)為綠色等等。常見的顏色RGB值見P177表5-4。Matlab提供了多種常見的顏色映象（一個(gè)顏色映象定義了繪制圖形的調(diào)色板），如Hsv、hot、cool等，見表5-5。5.5.2顏色映象的應(yīng)用基本著色技術(shù)1）變址色彩法(indexedcoloring)：將每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)變換成色圖中的某索引號(hào)，使數(shù)據(jù)點(diǎn)在具體的色圖中獲得該索引號(hào)所代表的一種顏色；然后依據(jù)這些數(shù)據(jù)點(diǎn)顏色，由shading模式推出其他點(diǎn)的用色。2）真彩法(truecoloring)：每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)直接采用RGB指定顏色。曲面的其他點(diǎn)顏色，與1）同進(jìn)行shading處理。接受顏色參量的繪圖函數(shù)中的顏色參量常用方式：字符串，如‘r’代表紅色等；三維行向量，如’color’,[010]代表綠色；矩陣：colormap(M)顏色映象的直觀顯示

觀察顏色映象矩陣元素值：cool(x)，x為顏色映象的行數(shù)Rgbplot函數(shù)：直接將映象矩陣中3列數(shù)用紅綠藍(lán)繪制出來Pcolor函數(shù)：繪制偽彩色圖（使用的色彩用于表示數(shù)據(jù)的大小，而不是自然色彩）。Colorbar函數(shù)：在圖形窗口中顯示當(dāng)前顏色條。顏色映象的建立和修改

顏色映象即為一矩陣，可采取矩陣操作方式進(jìn)行任意操作。1）brigten函數(shù)：調(diào)整一個(gè)給定的顏色映象來增加或減少暗色的強(qiáng)度2）用戶自定義顏色映象：采用m*3的矩陣可以建立自己的顏色映象3）caxis函數(shù)：用于設(shè)置偽彩色的縮放比例。5.5.3圖象顯示技術(shù)

在matlab中圖象通常由數(shù)據(jù)矩陣和色彩矩陣組成，根據(jù)圖象著色方法的不同，將圖象分為：變址圖象(indexedimage)、強(qiáng)度圖象(intensityimage)、真彩或RGB(truecolororRGBimage)。圖象的讀寫imread(filename,fmt)：注意使用單引號(hào)[x,y]=imread(filename,fmt):將圖象數(shù)據(jù)保存至x矩陣中，將顏色映象保存至y中；Imwrite(filename.fmt)，注意使用單引號(hào)，將圖象輸出成指定名稱格式的圖片。

Eg5-23>>a=imread('people.jpg');>>size(a)ans=160012003>>a=imread('people','jpg');>>a=imread('people.jpg','jpg');>>imwrite('people.jpg',‘bmp');三種方式結(jié)果一樣Eg5-23Matlab可以處理多種格式的圖象：jpg、tiff、bmp、png、hdf、pcx、xwd等。2圖象的顯示Image(A)：其中A為定義了的圖象變量名或圖象名稱或矩陣。命令窗口輸入：a=imread('people','jpg');image(a)axisimage

size(a)ans=160012003或者image(imread('people','jpg'))5.6光源位置和材質(zhì)處理為使圖形更逼真，可對(duì)光源和反射表面材質(zhì)進(jìn)行設(shè)置。建立光源Camlight：根據(jù)照相機(jī)的位置建立或定位光源Lightangle：在球坐標(biāo)系中設(shè)置光源

Light：建立光源對(duì)象設(shè)置光照模式Lighting有四種模式：flat均勻?yàn)⒙湓诿總€(gè)曲面上Gouanund：PhongNone：關(guān)閉所有光源材質(zhì)處理Material：四種模式ShinyDullMetaldefault5.7句柄圖形句柄圖形(handlegraphics)是一種面向?qū)ο蟮睦L圖系統(tǒng)中的概念。所有圖形操作都是針對(duì)圖形對(duì)象的，圖形對(duì)象是圖形系統(tǒng)中最基本、最低層的圖元。一幅圖的每一組成部分都是一個(gè)對(duì)象，每一個(gè)對(duì)象都有一系列句柄和它相關(guān)，可對(duì)這些句柄按需進(jìn)行屬性修改。每個(gè)具體對(duì)象都有自己的ID，即句柄，它是存取圖形對(duì)象唯一的規(guī)范識(shí)別符號(hào)，不同對(duì)象的句柄不能重復(fù)和混淆。每個(gè)計(jì)算機(jī)根對(duì)象都只有一個(gè)，即屏幕，它的句柄數(shù)總是為0；而我們常說的圖形窗口——圖(figurewindow)的句柄總是正整數(shù)，用來標(biāo)志圖形窗口的序號(hào)。除了根對(duì)象和圖形對(duì)象外，其他對(duì)象的句柄（如菜單、軸、線等）都是雙精度浮點(diǎn)數(shù)，見圖5-41。建立圖形對(duì)象的函數(shù)，詳見P188頁5-8?？梢詫?duì)句柄對(duì)象進(jìn)行訪問以及修改，句柄實(shí)際上是每一個(gè)對(duì)象的數(shù)組標(biāo)志。Eg5-24可有n個(gè)figureparentson可對(duì)這些子對(duì)象進(jìn)行查看和修改在命令窗口輸入exno32得到例5-9的圖形，此時(shí)該圖形的句柄為“1”，使用get(1)命令查看句柄屬性如下：>>get(1)

Alphamap=[(1by64)doublearray]

BackingStore=on

CloseRequestFcn=closereq Color=[0.80.80.8]

Colormap=[(64by3)doublearray]

CurrentAxes=[151.001]

CurrentCharacter=

CurrentObject=[151.001]

CurrentPoint=[203200]

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FixedColors=[(10by3)doublearray]

IntegerHandle=on

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