MATLAB高級(jí)圖形處理教程

1、MATLAB高級(jí)圖形處理教程MATLAB高級(jí)圖形處理教程一、句柄圖形體系句柄圖形（Handle Graphics）是一種面向?qū)ο蟮睦L圖系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供創(chuàng)建計(jì)算機(jī)圖形所必需的各種軟件。它所支持的指令，可直接創(chuàng)建線、文字、網(wǎng)線、面以及圖形用戶界面。各種MATLAB高層（High-level）圖形指令（如plot,mesh）都是以句柄圖形軟件為基礎(chǔ)寫成的。也正是這個(gè)原因，句柄圖形也被稱為低層（Low-level）圖形。一、句柄圖形體系句柄圖形（Handle Graphics）是1、圖形對(duì)象把用于數(shù)據(jù)可視和界面制作的基本繪圖要素稱為句柄圖形對(duì)象（Handle graphics object）。每個(gè)圖形

2、對(duì)象可以被獨(dú)立地操作。在MATLAB中生成的每個(gè)具體圖形都由若干不同對(duì)象構(gòu)成。每個(gè)具體圖形不必包含全部對(duì)象，但每個(gè)圖形必須具備根對(duì)象（根屏幕）和圖形窗。1、圖形對(duì)象把用于數(shù)據(jù)可視和界面制作的基本繪圖要素稱為句柄圖2、對(duì)象句柄每個(gè)具體對(duì)象都有一個(gè)“與生俱來、終生不變”的獨(dú)特“身份（Identifier）”，即句柄（Handle）。句柄是存取圖形對(duì)象唯一規(guī)范識(shí)別符。不同對(duì)象的句柄不可能重復(fù)和混淆。每個(gè)計(jì)算機(jī)，根對(duì)象只有一個(gè)，即屏幕。它的句柄總是數(shù)字0。而圖形窗（Figure Windows）的句柄總是正整數(shù)，它用來標(biāo)識(shí)圖形窗的序號(hào)。除以上兩種對(duì)象外，其余對(duì)象的句柄則是雙精度浮點(diǎn)數(shù)。注意：對(duì)根屏幕、

3、圖形窗對(duì)象來說，數(shù)字可直接作為調(diào)用對(duì)象的句柄。但不要企圖通過直接輸入浮點(diǎn)數(shù)，作為其他對(duì)象的句柄；這些對(duì)象的句柄只能由相關(guān)指令運(yùn)作而得。2、對(duì)象句柄每個(gè)具體對(duì)象都有一個(gè)“與生俱來、終生不變”的獨(dú)特3、句柄圖形樹結(jié)構(gòu)在句柄圖形體系中，各圖形對(duì)象并不平等，它們之間的關(guān)系可用樹結(jié)構(gòu)層次表示。3、句柄圖形樹結(jié)構(gòu)在句柄圖形體系中，各圖形對(duì)象并不平等，它們圖形對(duì)象的基本要素以根屏幕為先導(dǎo)圖形對(duì)象之間的關(guān)系為父代與子代的關(guān)系窗口1窗口n窗口2界面控制界面菜單軸線面字塊像根屏幕圖形對(duì)象的基本要素以根屏幕為先導(dǎo)圖形對(duì)象之間的關(guān)系為父代與子說明： 根:圖形對(duì)象的根，對(duì)應(yīng)于計(jì)算機(jī)屏幕，根只有一個(gè)，其它所有圖形對(duì)象都是

4、根的后代。 圖形窗口: 根的子代，窗口的數(shù)目不限，所有圖形窗口都是根屏幕的子代，除根之外，其它對(duì)象則是窗的后代。 界面控制:圖形窗口的子代，創(chuàng)建用戶界面控制對(duì)象，使得用戶可采用鼠標(biāo)在圖形上作功能選擇，并返回句柄。說明： 根:圖形對(duì)象的根，對(duì)應(yīng)于計(jì)算機(jī)屏幕，根只有一個(gè)，其界面菜單: 圖形窗口的子代，創(chuàng)建用戶界面菜單對(duì)象 軸:圖形窗口的子代，創(chuàng)建軸對(duì)象，并返回句柄，線面字塊像的父輩線:軸的子代，創(chuàng)建線對(duì)象面:軸的子代，創(chuàng)建面對(duì)象字:軸的子代，創(chuàng)建字對(duì)象塊:軸的子代，創(chuàng)建塊對(duì)象像:軸的子代，創(chuàng)建圖像對(duì)象界面菜單: 圖形窗口的子代，創(chuàng)建用戶界面菜單對(duì)象 4、對(duì)象屬性所有對(duì)象都有一組定義和刻畫其外貌和性

5、狀的屬性（Properties）。屬性由兩部分組成：屬性名和屬性值，即二元對(duì)（Property-Name， Property-Value ）在創(chuàng)建或修改屬性的指令中，屬性名和屬性值總是成對(duì)出現(xiàn)。4、對(duì)象屬性所有對(duì)象都有一組定義和刻畫其外貌和性狀的屬性（P屬性名是英文詞組字符串。該英文詞組每個(gè)單詞的第一個(gè)字母大寫，而單詞間沒有空格，例如LineStyle，ColorMap等。在指令中援引屬性名時(shí)，為輸入方便，MATLAB采取了兩個(gè)措施：不分字母大小寫，都同樣識(shí)別；只要不引起歧義，屬性名不必寫全。比如lines就代表LineStyle.不同的屬性值將使對(duì)象具有不同的表現(xiàn)。屬性名是英文詞組字符串。該

6、英文詞組每個(gè)單詞的第一個(gè)字母大寫，5、缺省屬性在創(chuàng)建圖形對(duì)象時(shí)，MATLAB并不需要對(duì)每個(gè)屬性加以定義。若用戶不對(duì)屬性加以定義，MATLAB總會(huì)自動(dòng)給對(duì)象的每個(gè)屬性賦予“廠家定義（Factory-defined）”的屬性值。若希望創(chuàng)建具有個(gè)性的圖形，就需要通過指令對(duì)某些屬性進(jìn)行定義。屬性值的這種定義方式稱為“宗量”賦值方式。5、缺省屬性在創(chuàng)建圖形對(duì)象時(shí)，MATLAB并不需要對(duì)每個(gè)屬性6、句柄圖形的功能句柄圖形可以隨意改變matlab生成圖形的方式。句柄圖形允許你定制圖形的許多特性，無論是對(duì)圖形做一點(diǎn)小改動(dòng)，還是影響所有圖形輸出的整體改動(dòng)。句柄圖形的特性高層繪圖函數(shù)是無法實(shí)現(xiàn)的6、句柄圖形的功能

7、句柄圖形可以隨意改變matlab生成圖形的二、圖形對(duì)象的操作除根屏幕外，所有圖形對(duì)象都由與之同名的指令創(chuàng)建。創(chuàng)建對(duì)象的低層指令（1）指令名功能調(diào)用格式舉例figure創(chuàng)建圖形窗h=figure(n) n為正整數(shù)。打開或創(chuàng)建第n號(hào)圖形窗axes創(chuàng)建軸h=axes(position,left,bottom,width,height) 定義坐標(biāo)盒的位置和尺寸line創(chuàng)建線h= line(x,y,z) 繪制向量x,y,z確定的直線。如果不指定z，則在x-y平面上畫線surface創(chuàng)建面h= surface(x,y,z,c) x,y,z定義三維曲面，c是色彩矩陣。二、圖形對(duì)象的操作除根屏幕外，所有圖形對(duì)

8、象都由與之同名的指令創(chuàng)建對(duì)象的低層指令（2）指令名功能調(diào)用格式舉例rectangle創(chuàng)建方h=rectangle(position,x,y,w,h,curvaturexc,yc) x,y左下頂點(diǎn)坐標(biāo)，w,h長(zhǎng)方形的高和寬；xc,yc曲率patch創(chuàng)建塊h=patch(faces,fac,vertices,vert) vert為頂點(diǎn)矩陣，fac為定義多邊形的頂點(diǎn)序號(hào)矩陣image創(chuàng)建象h=image(x) x為圖像數(shù)據(jù)矩陣text創(chuàng)建字h=text(x,y,string) x,y指定字符串string的標(biāo)注位置light創(chuàng)建光h=light(position,1 0 0) 設(shè)置入射光的方向。它影

9、響面、塊對(duì)象的渲染uicontrol創(chuàng)建用戶界面控件h=uicontrol(property,value) property/value指定界面的控件類型uimenu創(chuàng)建用戶界面菜單h=uimenu (property,value) property/value指定圖形窗口上方的菜單行式創(chuàng)建對(duì)象的低層指令（2）指令名功能調(diào)用格式舉例rectang對(duì)象句柄的獲取方法要設(shè)置圖形對(duì)象屬性值，首先要知道該對(duì)象的句柄。1、基本方法從圖形創(chuàng)建指令獲得句柄追溯法獲取圖柄當(dāng)前對(duì)象句柄的獲取根據(jù)對(duì)象特性獲取句柄根據(jù)對(duì)象“諢名”獲取句柄2、句柄獲取示例對(duì)象句柄的獲取方法要設(shè)置圖形對(duì)象屬性值，首先要知道該對(duì)象的句1

10、、從圖形創(chuàng)建指令獲得句柄所有高層或低層指令（在此用GraphicCommand表示）都能通過以下格式產(chǎn)生句柄： H_GC= GraphicCommand() 繪圖同時(shí)給出句柄的調(diào)用指令H_GC。1、從圖形創(chuàng)建指令獲得句柄所有高層或低層指令（在此用Grap2、追溯法獲取圖柄若一個(gè)對(duì)象的句柄已知，那么可用如下格式追溯獲得其“父”或“子”的句柄： H_pa= get(H_known,Parent) 獲取H_known句柄對(duì)象之“父”的句柄。 H_ch= get(H_known,Children) 獲取H_known句柄對(duì)象之“子”的句柄。2、追溯法獲取圖柄若一個(gè)對(duì)象的句柄已知，那么可用如下格式追溯3

11、、當(dāng)前對(duì)象句柄的獲取MATLAB有如下三個(gè)專用獲取圖柄的指令：前兩個(gè)是直接指令式；后一個(gè)必須與鼠標(biāo)配合使用。gcf返回當(dāng)前圖形窗口的句柄gca返回當(dāng)前軸的句柄gco返回“被鼠標(biāo)最近點(diǎn)擊”的圖形對(duì)象的句柄3、當(dāng)前對(duì)象句柄的獲取MATLAB有如下三個(gè)專用獲取圖柄的指4、根據(jù)對(duì)象特性獲取句柄利用對(duì)象特性搜索那對(duì)象句柄可以得到較高的搜索速度。具體指令如下：H=findobj(H_ori,PN,PV) 在H_ori指定對(duì)象上，尋找與屬性對(duì)（PN,PV）匹配的對(duì)象句柄4、根據(jù)對(duì)象特性獲取句柄利用對(duì)象特性搜索那對(duì)象句柄可以得到較5、根據(jù)對(duì)象“諢名”獲取句柄可以通過Tag屬性，給對(duì)象一個(gè)“諢名”。此后，就可以

12、通過 “諢名”獲取該對(duì)象的句柄。設(shè)置“諢名”的兩個(gè)方法：創(chuàng)建時(shí)賦名，如subplot(3,2,4),plot(x,y,Tag,A4);用set賦名，如subplot(3,2,4),h=plot(x,y),set(h,Tag,A4)據(jù)諢名獲取對(duì)象句柄:如果屏幕上有多個(gè)圖形窗，且有的窗又有多個(gè)子圖，那么獲取帶“諢名”對(duì)象句柄的簡(jiǎn)便指令是：hax=fidobj(0,Tag,A4)。5、根據(jù)對(duì)象“諢名”獲取句柄可以通過Tag屬性，給對(duì)象一【例】高層繪圖clf reset;H_mesh=mesh(peaks(20)H_grand_parent=get(get(H_mesh,Parent),Parent)

13、disp( 圖柄 軸柄),disp(gcf gca) 【例】高層繪圖【例】低層指令繪圖clf reset,t=(0:100)/100*2*pi;H_line=line(Xdata,t,Ydata,sin(t)text(pi,0.8,fontsize14sin(t)H_c=get(get(H_line,parent),children)T=get(H_c,Type) 【例】低層指令繪圖clf reset,t=(0:100)/1【例】findobj指令的使用clf reset,t=(0:pi/100:2*pi);tt=t*1 1;yy=sin(tt)*diag(0.5 1);plot(tt,yy)

14、,Hb=findobj(gca,Color,b) 【例】findobj指令的使用clf reset,t=(0:三、對(duì)象屬性的獲取和設(shè)置創(chuàng)建對(duì)象時(shí)設(shè)置屬性H_GC=GraphicCommand(,PN,PV)利用“屬性對(duì)”設(shè)置的繪圖指令H_GC=GraphicCommand(,PS) 利用“構(gòu)架”進(jìn)行屬性設(shè)置的繪圖指令get 和 set對(duì)象屬性的缺省設(shè)置和查詢屬性查詢和設(shè)置示例三、對(duì)象屬性的獲取和設(shè)置創(chuàng)建對(duì)象時(shí)設(shè)置屬性1、get 和 setget(H)獲取H句柄對(duì)象所有屬性的當(dāng)前值get(H,PN)獲取H句柄對(duì)象由PN所指定屬性的當(dāng)前值set(H) 顯示H句柄對(duì)象的所有可設(shè)置屬性名和全部供選屬性

15、值set(H,PN) 顯示H句柄對(duì)象PN指定屬性名的全部供選屬性值set(H,PN,PV,) 設(shè)置H句柄對(duì)象的PN屬性名取PV屬性值set(H,PS) 利用構(gòu)架數(shù)組設(shè)置H的屬性值1、get 和 setget(H)獲取H句柄對(duì)象所有屬性2、對(duì)象屬性的缺省設(shè)置和查詢get(H,DefaultObjectTypeObjectProperty) 獲取缺省值set(H,DefaultObjectTypeObjectProperty,propertyValue) 設(shè)置“用戶定義”缺省值set(H,DefaultObjectTypeObjectProperty,remove)刪除“用戶定義”缺省值2、對(duì)象屬

16、性的缺省設(shè)置和查詢get(H,DefaultOb【例 】設(shè)置對(duì)象屬性clf reset,x=0:pi/12:2*pi;PN1=Color, LineWidth,Marker;PV1=1 0 0, 5 , d;plot(sin(x),cos(x),PN1,PV1)axis squarePS.Color=0.7 0.7 0;PS.LineWidth=2;line(sin(7*x),cos(7*x),PS); 【例 】設(shè)置對(duì)象屬性【例 】影響line或plot畫線時(shí)線型和色彩的“父”對(duì)象設(shè)置。（1）指令中直接指定線型或/和顏色：t=(0:pi/50:2*pi);k=0.4:0.1:1;Y=cos(t

17、)*k;line(t,Y,Color,1 0 0,LineStyle,-.)（2）軸對(duì)象屬性 LineStyle 和 ColorOrder clf resetset(gca,ColorOrder,0 0 0;0.7 0.7 0.7,LineStyle,-|:)line(t,Y) （3）對(duì)軸的缺省屬性設(shè)置所產(chǎn)生的影響clf resetset(gcf,DefaultAxesLineStyleOrder,-|:);set(gcf,DefaultAxesColorOrder,1 0 0;0 0 1);line(t,Y) 【例 】影響line或plot畫線時(shí)線型和色彩的“父”對(duì)象設(shè)四、為底層指令準(zhǔn)備圖、

18、軸四、為底層指令準(zhǔn)備圖、軸五、三維圖形的精細(xì)控制 視點(diǎn)控制色彩控制照明和材質(zhì)處理五、三維圖形的精細(xì)控制 視點(diǎn)控制1、視點(diǎn)控制改變觀察點(diǎn)可以獲得較好三維視覺效果view(az,el)通過方位角、俯視角設(shè)置視點(diǎn)view(vx,vy,vz)通過直角坐標(biāo)設(shè)置視點(diǎn)說明：指令中，az是方位角（Azimuth），el是俯視角（Elevation）。它們的單位是“度”。vx,vy,vz是視點(diǎn)的直角坐標(biāo)。若繪制三維圖形時(shí)，不使用 view指令，那么MATLAB將使用缺省的視點(diǎn)設(shè)置：az=-37.5, el=30。當(dāng)az=0， el=90時(shí)，圖形將以習(xí)慣的平面直角坐標(biāo)表現(xiàn)。MATLAB圖形窗可交互式調(diào)節(jié)視點(diǎn)。為獲

19、得最佳視覺效果，用戶先通過鼠標(biāo)操作調(diào)節(jié)視點(diǎn)，然后再用指令view把相應(yīng)的試點(diǎn)加以固定。1、視點(diǎn)控制改變觀察點(diǎn)可以獲得較好三維視覺效果2、色彩控制用色風(fēng)格colordef色圖colormap濃淡處理shading 透明度控制 alpha2、色彩控制用色風(fēng)格colordef用色風(fēng)格colordefcolordef options對(duì)根屏幕上的所有子對(duì)象設(shè)置缺省值colordef(fig,options)對(duì)圖形窗fig上的所有子對(duì)象設(shè)置缺省值h=colordef(new,options)對(duì)新圖形窗上的所有子對(duì)象設(shè)置缺省值whitebg使當(dāng)前圖形窗上“軸”的背景色在黑白間切換whitebg(fig)使指

20、定圖形窗上“軸”的背景色在黑白間切換whitebg(C)使當(dāng)前圖形窗上“軸”的背景色變?yōu)橹付ǖ念伾f明：MATLAB默認(rèn)的“軸背景色”為white。Options的取值及缺省設(shè)置見下表：options軸背景色圖背景色軸標(biāo)色色圖畫線用色次序white白淡灰黑jet藍(lán)、深綠、紅、青、洋紅、黃、黑black黑黑白jet黃、洋紅、青、紅、淡綠、藍(lán)、淡灰用色風(fēng)格colordefcolordef options對(duì)色圖colormap兩種基本著色技術(shù)：變址色彩法（Indexed coloring）：先把每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)變換為色圖中的某索引號(hào)，使數(shù)據(jù)點(diǎn)在具體色圖中獲得該索引號(hào)所代表的一種顏色；然后再依據(jù)這些數(shù)據(jù)點(diǎn)顏

21、色，由“濃淡處理（shading）”模式推出曲面上其他點(diǎn)的用色。真采法（Truecoloring）：每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)直接用RGB三元組指定顏色。至于曲面其他點(diǎn)的色彩，與變址法一樣，按指定的“濃淡處理”模式算得。RGB三元組：一種色彩用R G B基色三元行數(shù)組表示。數(shù)組元素R、G、B在0，1區(qū)間取值，分別表示紅、綠、藍(lán)基色相對(duì)亮度。通過對(duì)R，G，B大小的設(shè)置，可調(diào)制出不同顏色。給出一些常用顏色對(duì)應(yīng)的三元數(shù)組的具體取值。色圖矩陣和色圖（色彩映射表）色圖colormap兩種基本著色技術(shù)： 飽和色 調(diào)和色 0 0 0 黑色 0 0 1 蘭色 0 1 0 綠色 0 1 1 淺蘭 1 0 0 紅色 1 0 1

22、粉紅 1 1 0 黃色 1 1 1 白色飽和色 調(diào)和色0.5 0.5 05 灰色0.5 0 0 暗紅色1 0.62 0.4 銅色0.49 1 0.8 淺綠0.49 1 0.83 寶石蘭 飽和色 調(diào)和色飽和色 調(diào)和色matlab 的色圖函數(shù) hsv 飽和值色圖 gray 線性灰度色圖 hot 暖色色圖 cool 冷色色圖 bone 蘭色調(diào)灰色圖 copper 銅色色圖 pink 粉紅色圖 prism 光譜色圖 jet 飽和值色圖II flag 紅、白、藍(lán)交替色圖matlab 的色圖函數(shù) hsv 飽和值色圖濃淡處理shadingshading options圖形對(duì)象著色的濃淡處理說明：mesh,s

23、urf,pcolor,fill和fill3所創(chuàng)建圖形非數(shù)據(jù)點(diǎn)處的著色由shading指令決定。指令的選項(xiàng)options可取以下三中方式：flat網(wǎng)線圖的某整條線段，或曲面圖的某整個(gè)貼片都著一種顏色。顏色取自該線段兩端，或該貼片四頂點(diǎn)數(shù)據(jù)中下標(biāo)最小那點(diǎn)的顏色。interp 網(wǎng)線圖線段，或曲面圖貼片上各點(diǎn)的顏色由該線段兩端，或該貼片四頂點(diǎn)初的顏色經(jīng)線性插值而得。這種方法的用色較細(xì)膩，但最費(fèi)時(shí)。faceted 在flat用色基礎(chǔ)上，再在貼片的四周勾畫黑色網(wǎng)線。這種方法對(duì)立體的表現(xiàn)力最強(qiáng)，因此MATLAB把它作為缺省設(shè)置。shading 是設(shè)置當(dāng)前軸上面對(duì)象的EdgeColor和FaceColor屬性

24、的高層指令。濃淡處理shadingshading options圖形對(duì)【例】三種濃淡處理方式比較clf;Z=peaks(15);colormap(jet)subplot(1,3,1),surf(Z)subplot(1,3,2),surf(Z),shading flatsubplot(1,3,3),surf(Z),shading interp 【例】三種濃淡處理方式比較clf;Z=peaks(15);c透明度控制 alphaalpha(v)對(duì)面、塊、象三種圖形對(duì)象的透明度加以控制說明：v可以取0到1之間的數(shù)值。0表示完全不透明，1表示完全透明。本指令對(duì)mesh,surf,slice等高層指令都適

25、用。例：半透明的表面圖surf(peaks);shading interpalpha(0.5);colormap(summer) 透明度控制 alphaalpha(v)對(duì)面、塊、象三種圖3、照明和材質(zhì)處理燈光light照明模式lighting控制光效果的材質(zhì)指令material3、照明和材質(zhì)處理燈光light燈光lightlight(color,option1,style,option2,position,option3)燈光設(shè)置說明：在該指令使用前，圖形采用的是等強(qiáng)度各處相等的漫射光。一旦該指令被執(zhí)行，雖然光源本身并不出現(xiàn)，但圖形上“軸”、“面”等子對(duì)象所有與光有關(guān)的屬性（如背景光、邊緣光）

26、都被激活。假如該指令不包含任何輸入宗量，則采用缺省設(shè)置：白光、無窮遠(yuǎn)、穿過1，0，1射向坐標(biāo)原點(diǎn)。任何一個(gè)輸入宗量對(duì)都可缺省，此時(shí)采用缺省設(shè)置。option1可采用RGB三元組或相應(yīng)的色彩字符，如1 0 0或r都代表紅光。option2有兩個(gè)取值：infinite和local。前者表示無窮遠(yuǎn)光，后者為近光。option3總為直角坐標(biāo)的三元組形式。對(duì)遠(yuǎn)光，它表示光線穿過該點(diǎn)射向原點(diǎn)；對(duì)近光，它表示光源所在位置。燈光lightlight(color,option1,照明模式lightinglighting options設(shè)置照明模式說明：該指令只有在light指令執(zhí)行后才起作用。options有以下四種取值：flat射入光均勻?yàn)⒙湓趫D象對(duì)象的每個(gè)面上，主要與facted配用。它是缺省模式。gouraund先對(duì)頂點(diǎn)顏色插補(bǔ)，再對(duì)頂點(diǎn)勾畫的面色進(jìn)行插補(bǔ)。用于曲面表現(xiàn)。phong對(duì)頂點(diǎn)處法線插值，再計(jì)算個(gè)像素的反光。表現(xiàn)效果最好，但費(fèi)時(shí)較多。no