matble課程論文(MATLAB在三維作圖中的應(yīng)用).docx

MATLAB課程論文MATLAB在三維作圖中的應(yīng)用姓名:學(xué)號：專業(yè)：班級：指導(dǎo)老師：學(xué)院：完成日期：MATLAB在三維作圖中的應(yīng)用摘要MATLAB提供了一系列的繪圖函數(shù)，用戶不僅不許考慮繪圖細(xì)節(jié)，只需給出一些基本的參數(shù)就能得到所需要的圖形，這一類函數(shù)稱為高層繪圖函數(shù)。除此之外，MATLAB還提供了直接對句柄進(jìn)行操作的一系列的低層的繪圖操作。這類操作將圖形的每個元素看做是一個獨(dú)立的對象，系統(tǒng)給每個對象獨(dú)立的分配一個句柄，以后可以通過該句柄對改圖元素進(jìn)行操作，而不影響圖形的其他部分。高層繪圖操作簡單明了，方便高效，使用戶最常使用的繪圖方法，而低層繪圖操作控制和表現(xiàn)圖形的能力更強(qiáng)，為用戶自主繪圖創(chuàng)造了條件。其實MATLAB的高層繪圖函數(shù)都是利用低層繪圖函數(shù)建立起來的。所以MATLAB的計算準(zhǔn)確、效率高、使用快捷等優(yōu)點(diǎn)常被廣泛應(yīng)用于科學(xué)和工程領(lǐng)域.關(guān)鍵字MATLAB語言 三維圖形 圖像處理 繪制一， 問題的提出MATLAB語言是當(dāng)前國際學(xué)科界應(yīng)用很廣泛的一種軟件，強(qiáng)大的繪圖功能是MATLAB的特點(diǎn)之一。MATLAB提供了一系列的繪圖函數(shù)，利用它強(qiáng)大的圖像處理來繪制三維圖形既簡單而且也很方便。在繪制三維圖形的過程中也用到了MATLAB語言的其他功能，繪制三維圖形時用到了它提供的一些函數(shù)，利用這些函數(shù)可以方便的生成一些特殊矩陣，因此可生成一個坐標(biāo)平面。MATLAB語言強(qiáng)大的功能也在二維三維繪圖中的得到了很廣泛的應(yīng)用，利用它所提供的精細(xì)的圖像處理功能，如MATLAB還提供了直接對句柄進(jìn)行操作的一系列的低層的繪圖操作。這類操作將圖形的每個元素看做是一個獨(dú)立的對象，系統(tǒng)給每個對象獨(dú)立的分配一個句柄，以后可以通過該句柄對改圖元素進(jìn)行操作，而不影響圖形的其他部分。高層繪圖操作簡單明了，使用戶最常使用的繪圖方法，而低層繪圖操作控制和表現(xiàn)圖形的能力更強(qiáng)，為用戶自主繪圖創(chuàng)造了條件，還可以對所繪制的三維圖形作一個修飾的處理。MATLAB語言具有強(qiáng)大的以圖形化顯示矩陣和數(shù)組的能力，同時它給這些圖形增加注釋并且可以對圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。MATLAB的圖形技術(shù)包括三維的可視化、圖形處理、動畫等高層次的專業(yè)圖形的高級繪圖，例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等。那么，如何把它強(qiáng)大的功能應(yīng)用于實際應(yīng)用中，下面我們將用實例說明MATBLE在三維作圖中的應(yīng)用。二，MATLAB的主要功能及特點(diǎn)MATLAB近幾年廣泛用于圖像處理和識別, 使用MATLAB設(shè)計模式識別應(yīng)用軟件將使設(shè)計者獲得更大的自由, 可以任意執(zhí)行特殊的算法和實現(xiàn)復(fù)雜的操作,MATLAB之所以成為世界頂級的科學(xué)計算與數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件, 是因為它隨著版本的升級與不斷完善而具有愈來愈強(qiáng)大的功能。(1)數(shù)值計算功能。(2)符號計算功能。(3)數(shù)據(jù)分析功能。(4)動態(tài)仿真功能。(5)圖形文字統(tǒng)一處理功能。MATLAB 有三大特點(diǎn):一是功能強(qiáng)大。主要包括數(shù)值計算和符號計算、計算結(jié)果和編程可視化、數(shù)學(xué)和文字統(tǒng)一處理、離線和在線計算。二是界面友好,編程效率高。MATLAB 是一種以矩陣為基本單元的可視化程序設(shè)計語言, 語法結(jié)構(gòu)簡單, 數(shù)據(jù)類型單一,指令表達(dá)與標(biāo)準(zhǔn)教科書的數(shù)學(xué)表達(dá)式相近。三是開放性強(qiáng)。MATLAB 有很好的可擴(kuò)充性, 可以把它當(dāng)成一種更高級的語言去使用。使用它很容易編寫各種通用或?qū)Ｓ脩?yīng)用程序。四是matble擁有豐富的庫函數(shù)。三， MATBLE在三維制圖中的問題例1、兩個同直徑圓管相交程序m=30; %定義變量theta=(0:m)/m*2*pi; %取角度z=1.2*(-m:2:m)/m; %設(shè)置豎直圓管的高度r=ones(size(z); %生成同z大小的全一矩陣z1=z*ones(1,m+1); %生成第一個圓管的坐標(biāo)矩陣x1=r*cos(theta); %生成第一個圓管的坐標(biāo)矩陣y1=r*sin(theta); %生成第一個圓管的坐標(biāo)矩陣surf(x1,y1,z1); %繪制豎立的圓管x=(-m:2:m)/m; %產(chǎn)生行矩陣x2=x*ones(1,m+1); %生成第一個圓管的坐標(biāo)矩陣y2=r*cos(theta); %生成第一個圓管的坐標(biāo)矩陣z2=r*sin(theta); %生成第一個圓管的坐標(biāo)矩陣surf(x2,y2,z2); %繪制平放的圓管surf(x1,y1,z1);hold on; %豎立的圓管上添加平放的圓管surf(x2,y2,z2); %繪制平放的圓管axis equal,axis off %去掉坐標(biāo)軸title(兩個同直徑圓管的相交); %添加標(biāo)題hold off %關(guān)閉圖形保持運(yùn)行結(jié)果如圖1所示。圖1 兩個同直徑圓管的相交圖形兩個同直徑圓管相交的前視圖的程序x1=-1,-1,1,1,-1; %在x軸上取點(diǎn)y1=1.2,-1.2,-1.2,1.2,1.2; %在y軸上取點(diǎn)x2=-1,1; %在x軸上取點(diǎn)y2=1,-1; %在y軸上取點(diǎn)x3=1,-1; %在x軸上取點(diǎn)y3=1,-1; %在y軸上取點(diǎn)plot(x1,y1); %把各點(diǎn)連起來設(shè)置外圍線hold on %設(shè)置圖形保持狀態(tài)plot(x2,y2); %繪制兩條相交直線中的一條hold on %設(shè)置圖形保持狀態(tài)plot(x3,y3); %繪制兩條相交直線中的另一條ax1=0,1,1; %在x軸上取點(diǎn)ay1=0,-1,1; %在y軸上取點(diǎn)ax2=0,-1,-1; %在y軸上取點(diǎn)fill(ax1,ay1,g); %填充顏色hold on %設(shè)置圖形保持狀態(tài)fill(ax2,ay2,g) %添充顏色axis equal,axis off; %去掉坐標(biāo)軸title( 兩個同直徑圓管相交的前視圖); %給繪制的圖形添加標(biāo)題運(yùn)行結(jié)果如圖2所示。圖2 兩個同直徑圓管相交的前視圖圖形兩個同直徑圓管相交的側(cè)視圖程序r1=1; %定義變量t=0:pi/90:2*pi; %取角度xc=r1*cos(t); %水平圓柱zc=r1*sin(t); %水平圓柱fill(xc,zc,y); %給水平圓柱填充顏色hold on %設(shè)置圖形保持狀態(tài)tx1=1,1,-1,-1; %在x軸上取點(diǎn)ty1=0,1,1,0; %在y軸上取點(diǎn)plot(tx1,ty1); %繪制豎立的圓管hold on %設(shè)置圖形保持狀態(tài)tx2=1,1,-1,-1; %在x軸上取點(diǎn)ty2=0,-1,-1,0; %在y軸上取點(diǎn)plot(tx2,ty2); %繪制圖形axis equal,axis off; %去掉坐標(biāo)軸title( 兩個同直徑圓管相交的側(cè)視圖); %添加標(biāo)題運(yùn)行結(jié)果如圖3所示。圖3 兩個同直徑圓管相交的側(cè)視圖圖形例2，mesh和plot是三度空間立體繪圖的基本命令，mesh可畫出立體網(wǎng)狀圖，plot則可畫出立體曲面圖，兩者產(chǎn)生的圖形都會依高度而有不同顏色。下列命令可畫出由函數(shù)形成的立體網(wǎng)狀圖: x=linspace(-2, 2, 25); % 在x軸上取25點(diǎn) y=linspace(-2, 2, 25); % 在y軸上取25點(diǎn) xx,yy=meshgrid(x, y); % xx和yy都是25x25的矩陣 zz=xx.*exp(-xx.2-yy.2); % 計算函數(shù)值，zz也是21x21的矩陣 mesh(xx, yy, zz); % 畫出立體網(wǎng)狀圖 立體曲面圖：x=linspace(-2, 2, 25); % 在x軸上取25點(diǎn) y=linspace(-2, 2, 25); % 在y軸上取25點(diǎn) xx,yy=meshgrid(x, y); % xx和yy都是25x25的矩陣 zz=xx.*exp(-xx.2-yy.2); % 計算函數(shù)值，zz也是25x25的矩陣 surf(xx, yy, zz); % 畫出立體曲面圖 peaks為了方便測試立體繪圖，MATLAB提供了一個peaks函數(shù)，可產(chǎn)生一個凹凸有致的曲面，包含了三個局部極大點(diǎn)及三個局部極小點(diǎn)，其方程式為： 要畫出此函數(shù)的最快方法即是直接鍵入peaks： peaks z = 3*(1-x).2.*exp(-(x.2) - (y+1).2) - 10*(x/5 - x.3 - y.5).*exp(-x.2-y.2) - 1/3*exp(-(x+1).2 - y.2) 我們亦可對peaks函數(shù)取點(diǎn)，再以各種不同方法進(jìn)行繪圖。meshz可將曲面加上圍裙： x,y,z=peaks; meshz(x,y,z); waterfall可在x方向或y方向產(chǎn)生水流效果： x,y,z=peaks; waterfall(x,y,z); 下列命令產(chǎn)生在y方向的水流效果： x,y,z=peaks; waterfall(x,y,z); meshc同時畫出網(wǎng)狀圖與等高線： x,y,z=peaks; meshc(x,y,z); surfc同時畫出曲面圖與等高線： x,y,z=peaks; surfc(x,y,z); contour3畫出曲面在三度空間中的等高線： contour3(peaks, 20); contour畫出曲面等高線在XY平面的投影： contour(peaks, 20); 例三，螺旋線1，靜態(tài)螺旋線a=0:0.1:20*pi；h=plot3(a.*cos(a),a.*sin(a),2.*a,b,linewidth,2);axis(-50,50,-50,50,0,150);grid onset(h,erasemode,none,markersize,22);xlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);title(靜態(tài)螺旋線); 2，圓柱螺旋線t=0:0.1:10*pi;x=r.*cos(t);y=r.*sin(t);z=t;plot3(x,y,z,h,linewidth,2);grid onaxis(square)xlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);title(圓柱螺旋線)例三，旋轉(zhuǎn)拋物面b=0:0.2:2*pi;X,Y=meshgrid(-6:0.1:6);Z=(X.2+Y.2)./4;meshc(X,Y,Z);axis(square)xlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);title(旋轉(zhuǎn)拋物面)或直接用：ezsurfc(X.2+Y.2)./4)例四，橢圓柱面load clownezsurf(2*cos(u),4*sin(u),v,0,2*pi,0,2*pi)view(-105,40) %視角處理shading interp%燈光處理colormap(map) %顏色處理grid on %添加網(wǎng)格線axis equal %使x,y軸比例一致xlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸); %添加坐標(biāo)軸說明title(橢圓柱面) %添加標(biāo)題例五，橢圓拋物面b=0:0.2:2*pi;X,Y=meshgrid(-6:0.1:6);Z=X.2./9+Y.2./4;meshc(X,Y,Z);axis(square)xlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);title(橢圓拋物面)或直接用：ezsurfc(X.2./9+Y.2./4)例六，雙葉雙曲面ezsurf(8*tan(u)*cos(v),8.*tan(u)*sin(v),2.*sec(u),-pi./2,3*pi./2,0,2*pi)axis equalgrid onaxis squarexlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);title(雙葉雙曲面)例七、雙曲柱面load clownezsurf(2*sec(u),2*tan(u),v,-pi/2,pi/2,-3*pi,3*pi)hold on %在原來的圖上繼續(xù)作圖ezsurf(2*sec(u),2*tan(u),v,pi/2,3*pi/2,-3*pi,3*pi)colormap(map)shading interpview(-15,30)axis equalgrid onaxis equalxlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);title(雙曲柱面)例八、雙曲拋物面（馬鞍面）X,Y=meshgrid(-7:0.1:7);Z=X.2./8-Y.2./6;meshc(X,Y,Z);view(85,20)axis(square)xlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);title(雙曲拋物面)或直接用：ezsurfc(X.2./8-Y.2./6)例九、拋物柱面X,Y=meshgrid(-7:0.1:7);Z=Y.2./8;h=mesh(Z);rotate(h,1 0 1,180) %旋轉(zhuǎn)處理%axis(-8,8,-8,8,-2,6);axis(square)xlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);title(拋物柱面)或直接用：ezsurfc(Y.2./8)例十、環(huán)面ezmesh(5+2*cos(u)*cos(v),(5+2*cos(u)*sin(v),2*sin(u),0,2*pi,0,2*pi)axis equalgrid onxlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);title(環(huán)面)例十一、橢球ezsurfc(5*cos(u)*sin(v),(3*sin(u)*sin(v),4*cos(v),0,2*pi,0,2*pi)axis equalgrid onxlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);title(橢球)例十二、單葉雙曲面ezsurf(4*sec(u)*cos(v),2.*sec(u)*sin(v),3.*tan(u),-pi./2,pi./2,0,2*pi)axis equalgrid onxlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);title(單葉雙曲面)例十三、旋轉(zhuǎn)單葉雙曲面load clownezsurf(8*sec(u)*cos(v),8.*sec(u)*sin(v),2.*tan(u),-pi./2,pi./2,0,2*pi)colormap(map)view(-175,30)%alpha(.2) %透明處理axis equalgrid onaxis squarexlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);title(旋轉(zhuǎn)單葉雙曲面) 例十四、圓柱面subplot(1,2,1)ezsurf(2*cos(u),2*sin(u),v,0,2*pi,0,2*pi)grid onshading interpaxis equalxlabel(x軸);ylabel(y軸);zlabel(z軸);title(圓柱面)subplot(1,2,2)cylinder(30)shading interpaxis squaretitle(調(diào)用cylinder函數(shù)所得圓柱面)利用MATLAB語言強(qiáng)大的繪圖功能可以精確的繪制出一系列的三維圖像。MATLAB提供了一系列的繪圖函數(shù)，用戶不僅不許考慮繪圖細(xì)節(jié)，只需給出一些基本的參數(shù)就能得到所需要的圖形，這一類函數(shù)稱為高層繪圖函數(shù)。除此之外，MATLAB還提供了直接對句柄進(jìn)行操作的一系列的低層的繪圖操作。這類操作將圖形的每個元素看做是一個獨(dú)立的對象，系統(tǒng)給每個對象獨(dú)立的分配一個句柄，以后可以通過該句柄對改圖元素進(jìn)行操作，而不影響圖形的其他部分。高層繪圖操作簡單明了，方便高效，使用戶最常使用的繪圖方法，而低層繪圖操作控制和表現(xiàn)圖形的能力更強(qiáng)，為用戶自主繪圖創(chuàng)造了條件。其實MATLAB的高層繪圖函數(shù)都是利用低層繪圖函數(shù)建立起來的。在繪制此三維圖形的過程中，用到了MATLAB的很多強(qiáng)大的功能。四，課程體會經(jīng)過一學(xué)期緊張而有序的課程學(xué)習(xí)，在忙碌之余也得到了頗多的收獲。我深深體會到MATLAB語言相對于同類程序語言更方便更簡潔易懂，而且，它所具有的強(qiáng)大的功能可以使我們解決很多用其他計算機(jī)語言不容易解決的問題。MATLAB提供了一系列的繪圖函數(shù)，用戶不僅不許考慮繪圖細(xì)節(jié)，只需給出一些基本的參數(shù)就能得到所需要的圖形，這一類函數(shù)稱為高層繪圖函數(shù),這學(xué)期學(xué)習(xí)讓我感受頗多，這門語言相對于其他計算機(jī)語言而言不僅簡單易操作而且它還具備強(qiáng)大的功能，不管你做什么設(shè)計只要牽涉到編程，它總會提供一些函數(shù)給我們供我們應(yīng)用。這是我在學(xué)習(xí)的過程中的一些技巧：1編程問題最頭疼的不是編程序，而是調(diào)程序，所以在你的程序編完之后，一定要進(jìn)行驗證其正確性，你要盡量多的設(shè)想你的問題的復(fù)雜性，當(dāng)然，要一步一步復(fù)雜，這樣才能保證你的程序的適用性很強(qiáng)2 你把基本的知識看過之后，就需要找一個實際的程序來動手編一下，不要等所有的知識都學(xué)好之后再去編程，你要在編程的過程中學(xué)習(xí)，程序需要什么知識再去補(bǔ)充，編程是一點(diǎn)一點(diǎn)積累的，所以你要需做一些隨手筆記什么的。3 你需要找一本matlab的函數(shù)工具詞典，就像漢語詞典一樣，你要盡量多的熟悉matlab自帶的函數(shù)，及其作用，因為matlab的自帶函數(shù)特別多，基本上能夠滿足一般的數(shù)據(jù)和矩陣的計算，所以基本上不用你自己編函數(shù)。這一點(diǎn)對你的程序非常有幫助，可以使你的程序簡單，運(yùn)行效率高，可以節(jié)省很多時間。4 最好找一個熟悉編程的人來輔助你的學(xué)習(xí)，這就包括很多編程的技巧問題，程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，對于程序的運(yùn)行效率非常有幫助。有的時候，你編出來的程序，能夠運(yùn)行，但是耗時太長，也就是說你的程序沒有錯，但是不適合實際?；蛘哒f，對于規(guī)模小的問題能夠解決，但是規(guī)模大一點(diǎn)的問題就需要很長很長的時間，這就需要對程序的結(jié)構(gòu)和算法問題進(jìn)行改進(jìn)。五，.學(xué)習(xí)matlab心得體會我覺以下幾點(diǎn)對于學(xué)好matlab很重要：興趣、悟性、勤奮、堅持。興趣，不知道哪位名人說過“興趣是最好的老師?！蔽矣X得非常有道理，我曾對于matlab制作很感興趣，,一個人一旦對某事物有了濃厚的興趣，就會主動去求知、去探索、去實踐，并在求知、探索、實踐中產(chǎn)生愉快的情緒和體驗。這樣才能主動學(xué)習(xí)，并且學(xué)好到精通。悟性，通常人認(rèn)為指頓悟，慧根，我覺得就是對一個問題不斷的思索，將自己的體會和感受融合，獲得屬于自己的知識。有很多事情、問題，都是可以想明白的。只有不停的想，才能想明白，想透徹。勤奮，一勤天下無難事。從古到今，有多少名人不是有勤奮而得來成功的?，F(xiàn)在的年輕人，一代比一代聰明。要不被別人淘汰，要超越別人，只有靠時間堆出來。每天多學(xué)一些，多積累一些。學(xué)習(xí)matlab也一樣，想要學(xué)會，使用熟練，不花時間練習(xí)，寫代碼，親自運(yùn)行調(diào)試，是很難掌握好的。堅持，認(rèn)準(zhǔn)了的事情，就堅持做到底，直到有所收獲。事實上，很多人實現(xiàn)不了自己的目標(biāo)，很大程度上就是少了一種堅持、非要把事情干到底的精神，他們往往淺嘗輒止，因此眼睜睜失去了可能到手的成功。光有興趣，只有三分鐘的熱情是很難成事的。很多事情的成功取決于踏平坎坷地堅持的毅力。看準(zhǔn)了的事情，如果沒有百折不撓的堅持，絕難取得成功。看準(zhǔn)的事情就不屈不撓地堅持干下去直至成功，才是智者的唯一選擇。每一個人都明白所有夢想的實現(xiàn)都需要努力，然而，很多人只所以沒有實現(xiàn)心中的夢想，就在于多了空想、猶豫，少了努力堅持。至于具體方法：1多動手寫程序、調(diào)試這里有些常見錯誤提示信息供大家參考1.Subscript indices must either be real positive integers orlogicals中文解釋：下標(biāo)索引必須是正整數(shù)類型或者邏輯類型出錯原因：在訪問矩陣（包括向量、二維矩陣、多維數(shù)組，下同）的過程中，下標(biāo)索引要么從 0 開始，要么出現(xiàn)了負(fù)數(shù)。注：matlab的語法規(guī)定矩陣的索引從 1 開始，這與 C 等編程語言的習(xí)慣不一樣。解決辦法：自己調(diào)試一下程序，把下標(biāo)為 0 或者負(fù)數(shù)的地方修正。2.Undefined function or variable a中文解釋：函數(shù)或變量 a 沒有定義3.Input argument x is undefined中文解釋：輸入變量 x 沒有定義4.Matrix dimensions must agreeInner matrix dimensions must agree中文解釋：矩陣的維數(shù)必須一致出錯原因：這是由于運(yùn)算符(= + - / * 等)兩邊的運(yùn)算對象維數(shù)不匹配造成的，典型的出錯原因是錯用了矩陣運(yùn)算符。matlab通過“.”來區(qū)分矩陣運(yùn)算和元素運(yùn)算5.Function definitions are not permitted at the prompt or inscripts中文解釋：不能在命令窗口或者腳本文件中定義函數(shù)出錯原因：一旦在命令窗口寫 function c = myPlus(a,b)，此錯誤就會出現(xiàn)，因為函數(shù)只能定義在 m 文件中6. 1） X must have one or two columns 2）Vectors must be the samelengths中文解釋：1. X 必須是 1 或者 2 列2. 向量長度必須一致7.One or more output argume