Matlab實(shí)訓(xùn)5-三維圖形的繪制

實(shí)訓(xùn)五

三維圖形的繪制整理ppt三維圖形包括：三維曲線圖：plot3三維曲面圖：mesh和surf圖形的繪制整理pptPlot3函數(shù)MATLAB中，plot3用于繪制三維曲線。該函數(shù)調(diào)用的根本格式為：plot3(X,Y,Z)，其中X、Y、Z為向量或矩陣。當(dāng)X、Y、Z為長(zhǎng)度相同的向量時(shí)，該命令將繪制一條分別以向量X、Y、Z為橫、豎、縱坐標(biāo)的空間曲線；當(dāng)X、Y、Z為矩陣時(shí)，該命令以每個(gè)矩陣的對(duì)應(yīng)列為橫、豎、縱坐標(biāo)繪制出條空間曲線。三維曲線整理ppt例繪制三維曲線。程序如下：t=0:pi/100:20*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=t.*sin(t).*cos(t);plot3(x,y,z);title('Linein3-DSpace');xlabel('X');ylabel('Y');zlabel('Z');gridon;整理ppt例畫(huà)多條曲線觀察函數(shù)Z=(X+Y).^2.

程序如下

x=-3:0.1:3;y=1:0.1:5;[X,Y]=meshgrid(x,y);Z=(X+Y).^2;plot3(X,Y,Z)

整理ppt整理pptplot3(X1,Y1,Z1,選項(xiàng))，通過(guò)選項(xiàng)指定曲線和點(diǎn)的屬性，選項(xiàng)的取值與plot介紹的相同。plot3(...,'PropertyName',PropertyValue,...)，利用指定的屬性繪制圖形。h=plot3(...)，繪制圖形并返回圖形句柄，h為一個(gè)列向量，每個(gè)元素對(duì)應(yīng)圖像中每個(gè)對(duì)象的句柄。

整理pptmesh函數(shù)和surf函數(shù)mesh命令可以繪制出在某一區(qū)間內(nèi)完整的網(wǎng)格曲面，surf函數(shù)可以繪制三維曲面圖。這兩個(gè)函數(shù)的調(diào)用格式根本相同，如下：mesh(X,Y,Z)，surf(X,Y,Z)繪制出一個(gè)網(wǎng)格圖〔曲面圖〕，圖像的顏色由Z確定，即圖像的顏色與高度成正比。如果函數(shù)參數(shù)中，X和Y是向量，length(X)=n，length(Y)=m，size(Z)=[m,n]，那么繪制的圖形中，(X(j),Y(i),Z(i,j))為圖像中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)。mesh(Z)，surf(Z)以Z的元素為z坐標(biāo)，元素對(duì)應(yīng)的矩陣行和列分別為x坐標(biāo)和y坐標(biāo)，繪制圖像。mesh(...,C)，surf(...,C)其中C為矩陣。繪制出圖像的顏色由C指定。MATLAB對(duì)C進(jìn)行線性變換，得到顏色映射表。如果X，Y，Z為矩陣，那么矩陣維數(shù)應(yīng)該與C相同。整理ppt三維曲面1.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)。整理ppt2．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。

兩者的區(qū)別：

mesh繪出彩色的線，surf繪出彩色的面整理ppt例繪制三維曲面圖z=sin(x+sin(y))-x/10。程序如下：[x,y]=meshgrid(0:0.25:4*pi);z=sin(x+sin(y))-x/10;mesh(x,y,z);axis([04*pi04*pi-2.51]);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。整理ppt例在xy平面內(nèi)選擇區(qū)域[-8,8]×[-8,8]，繪制4種三維曲面圖。程序如下：[x,y]=meshgrid(-8:0.5:8);z=sin(sqrt(x.^2+y.^2))./sqrt(x.^2+y.^2+eps);subplot(2,2,1);mesh(x,y,z);title('mesh(x,y,z)')subplot(2,2,2);meshc(x,y,z);title('meshc(x,y,z)')subplot(2,2,3);meshz(x,y,z)title('meshz(x,y,z)')subplot(2,2,4);surf(x,y,z);title('surf(x,y,z)')整理ppt3．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。整理ppt例繪制標(biāo)準(zhǔn)三維曲面圖形。程序如下：t=0:pi/20:2*pi;[x,y,z]=cylinder(2+sin(t),30);subplot(2,2,1);surf(x,y,z);subplot(2,2,2);[x,y,z]=sphere;surf(x,y,z);subplot(2,1,2);[x,y,z]=peaks(30);surf(x,y,z);整理ppt4．參數(shù)方程確定的三維曲面

mesh(U,V,Z)

：

Ux坐標(biāo)矩陣

Vy坐標(biāo)矩陣

Zz坐標(biāo)的矩陣,通常z=f(u,v)ezsurf(funx,funy,funz)ezmesh(funx,funy,funz)

也可以繪制參數(shù)方程確定的曲面funx(u,v),funy(u,v),funz(u,v)默認(rèn)范圍:-2pi<u<2pi,-2pi<v<2pi.

整理ppt根據(jù)參數(shù)方程可以畫(huà)出曲面在各坐標(biāo)平面的投影ezsurf(‘0’,funy,funz)

曲面在平面x=0上的投影ezsurf(funx,‘0’,funz)曲面在平面y=0上的投影ezsurf(funx,funy,’0’)曲面在平面z=0上的投影整理ppt整理ppt5．隱函數(shù)的三維曲面ezmesh(‘函數(shù)’,定義域)

ezsurf

(‘函數(shù)’,定義域)

默認(rèn)定義域范圍:-2pi<x<2pi,-2pi<y<2pi.

例：

ezsurf('x^2+y^2-1')

整理ppt5．隱函數(shù)的三維曲面isosurface(x,y,z,VAL,isovalue)isosurface是用來(lái)繪制等值面的函數(shù)。實(shí)際上得到的并不是類(lèi)似用mesh或surf之類(lèi)得到的網(wǎng)格圖〔surface〕，而是三角網(wǎng)格圖〔patch〕。其中xyz是整個(gè)三維空間的網(wǎng)格點(diǎn)，可以用meshgrid生成。isovalue是對(duì)應(yīng)于坐標(biāo)(x,y,z)處的函數(shù)值.繪制當(dāng)v=f(x,y,z)=0處的隱函數(shù)曲面，就取isovalue=0。整理ppt例：繪制橢圓拋物面z=x^2/4+y^2/9的圖形>>x=-3:0.1:3;y=-3:0.1:3;z=-3:0.1:3;>>[x,y,z]=meshgrid(x,y,z);>>f=z-x.^2-y.^2;>>isosurface(x,y,z,f,0)整理ppt其他三維圖形

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fill3。

bar3函數(shù)繪制三維條形圖，常用格式為：bar3(y)bar3(x,y)整理pptstem3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)整理ppt例繪制三維圖形：(1)繪制魔方陣的三維條形圖。(2)以三維桿圖形式繪制曲線y=2sin(x)。(3)x=[2347,1827,2043,3025]，繪制餅圖。(4)用隨機(jī)的頂點(diǎn)坐標(biāo)值畫(huà)出五個(gè)黃色三角形。整理ppt程序如下：subplot(2,2,1);bar3(magic(4))subplot(2,2,2);y=2*sin(0:pi/10:2*pi);stem3(y);subplot(2,2,3);pie3([2347,1827,2043,3025]);subplot(2,2,4);fill3(rand(3,5),rand(3,5),rand(3,5),'y')整理ppt例5-21繪制多峰函數(shù)的瀑布圖和等高線圖。程序如下：subplot(1,2,1);[X,Y,Z]=peaks(30);waterfall(X,Y,Z)xlabel('X-axis'),ylabel('Y-axis'),zlabel('Z-axis');subplot(1,2,2);contour3(X,Y,Z,12,'k');%其中12代表高度的等級(jí)數(shù)xlabel('X-axis'),ylabel('Y-axis'),zlabel('Z-axis');整理ppt整理ppt圖形修飾處理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，即表示視點(diǎn)在xOy平面投影點(diǎn)與y軸負(fù)方向之間的夾角；el為仰角，即視點(diǎn)與xOy平面的夾角，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°。例如：俯視圖可由View(0,90)設(shè)置；正視圖可由View(0,0)設(shè)置；側(cè)視圖可由View(90,0)設(shè)置；整理ppt例：試在同一窗口中繪制以下函數(shù)的三視圖：解：[X,Y]=meshgrid(-7.5:0.5:7.5);R=sqrt(X.^2+Y.^2)+eps;Z=sin(R)./R;subplot(2,2,1);surf(X,Y,Z);text(1,1,0.99,'三維視圖');subplot(2,2,2);surf(X,Y,Z);view(90,0);title('側(cè)視圖');subplot(2,2,3);surf(X,Y,Z);view(0,0);title('正視圖');subplot(2,2,4);surf(X,Y,Z);view(0,90);title('俯視圖');整理ppt整理ppt2.色彩處理1〕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。整理ppt2〕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。整理pptmatlab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IIflag——

紅、白、藍(lán)交替色圖整理ppt3．三維外表圖形的著色三維外表圖實(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)格線仍保存著，其顏色是黑色。這是系統(tǒng)的缺省著色方式。整理pptshadingflat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，從而使得圖形外表顯得更加光滑。shadinginterp命令在網(wǎng)格片內(nèi)采用顏色插值處理，得出的外表圖顯得最光滑。整理ppt例3種圖形著色方式的效果展示。程序如下：[x,y,z]=sphere(20);colormap(copper/jet);subplot(1,3,1);surf(x,y,z);axisequalsubplot(1,3,2);surf(x,y,z);shadingflat;axisequalsubplot(1,3,3);surf(x,y,z);shadinginterp;axisequal整理ppt4.光照處理

MATLAB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)整理ppt例光照處理后的球面。程序如下：[x,y,z]=sphere(20);subplot(1,2,1);surf(x,y,z);axisequal;light('Posi',[0,1,1]);shadinginterp;holdon;plot3(0,1,1,'p');text(0,1,1,'light');subplot(1,2,2);surf(x,y,z);axisequal;light('Posi',[1,0,1]);shadinginterp;holdon;plot3(1,0,1,'p');text(1,0,1,'light');整理ppt此外，surfl(X,Y,Z,ls,r)也可以設(shè)置相關(guān)光線與surf(.)功能類(lèi)似，同時(shí)還在ls=[v,h]或ls=[X,Y,Z]方向上有一束光源入射，參數(shù)與命令view的參數(shù)相同。使用向量r=[ambient,diffuse,specular,spread]可以設(shè)置周?chē)牧炼?、漫反射、單向反射以及散射系?shù)所產(chǎn)生的影響整理ppt5.圖形的裁剪處理例繪制三維曲面圖，并進(jìn)行插值著色處理，裁掉圖中x和y都小于0局部。程序如下：[x,y]=meshgrid(-5:0.1:5);z=cos(x).*cos(y).*exp(-sqrt(x.^2+y.^2)/4);surf(x,y,z);shadinginterp;pause%程序暫停i=find(x<=0&y<=0);z1=z;z1(i)=NaN;surf(x,y,z1);shadinginterp;為了展示裁剪效果，第一個(gè)曲面繪制完成后暫停，然后顯示裁剪后的曲面。整理ppt整理ppt圖像處理與動(dòng)畫(huà)制作1.圖像處理1〕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。整理ppt2．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。例有圖像文件baby.jpg，在圖形窗口顯示該圖像。程序如下：

[x,cmap]=imread(‘baby.jpg');%讀取圖像的數(shù)據(jù)陣和色圖陣

image(x);colormap(cmap);axisimageoff%保持寬高比并取消坐標(biāo)軸整理ppt

MATLAB提供getframe、moviein和movie函數(shù)進(jìn)行動(dòng)畫(huà)制作。1．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。動(dòng)畫(huà)制作整理ppt2．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。3．movie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。整理ppt例繪制了peaks函數(shù)曲面并且將它繞z軸旋轉(zhuǎn)。程序如下[X,Y,Z]=peaks(30);surf(X,Y,Z)axis([-3,3,-3,3,-10,10])axisoff;shadinginterp;colormap(jet);m=moviein(20);%建立一個(gè)20列大矩陣fori=1:20view(-37.5+24*(i-1),30)%改變視點(diǎn)m(:,i)=getframe;%將圖形保存到m矩陣endmovie(m,2);%播放畫(huà)面2次整理pptMATLAB圖形窗口圖形窗口的創(chuàng)立與控制圖形窗口的菜單欄圖形窗口的工具欄整理ppt圖形窗口的創(chuàng)立與控制－創(chuàng)立figure，創(chuàng)立圖形窗口；figure('PropertyName',PropertyValue,...)，按照指定的屬性創(chuàng)立圖形窗口；figure(h)，如果句柄h對(duì)應(yīng)的窗口已經(jīng)存在，在該命令使得該圖形窗口為當(dāng)前窗口；如果不存在，那么創(chuàng)立以h為句柄的窗口；h=figure(...)，返回圖形窗口的句柄。在命令窗口中輸入命令“figure〞，按下回車(chē)，生成的圖形窗口如下圖。整理ppt圖形窗口的控制創(chuàng)立圖形窗口后，用戶(hù)可以對(duì)其屬性進(jìn)行編輯。編輯圖形的屬性可以通過(guò)兩種方式進(jìn)行：通過(guò)屬性編輯器通過(guò)set函數(shù)在圖形窗口中，選擇view菜單中的PorpertyEditor選項(xiàng)，激活屬性編輯器，如下圖。在該窗口中可以設(shè)置標(biāo)題、顏色表等屬性。假設(shè)要對(duì)更多屬性進(jìn)行設(shè)置，可以點(diǎn)擊MoreProperties…，如下圖。

整理ppt除此之外，還可以通過(guò)get函數(shù)和set函數(shù)對(duì)圖形窗口的屬性進(jìn)行查看和編輯。get函數(shù)的調(diào)用格式為：get(h)，返回由句柄h指定的圖形窗口的所有屬性值；get(h,'PropertyName')，返回屬性'PropertyName'的值；<m-by-nvaluecellarray>=get(H,<propertycellarray>)，其中H為句柄數(shù)組，<propertycellarray>為由屬性名稱(chēng)構(gòu)成的單元數(shù)組，返回值為單元數(shù)組。a=get(h)，返回一個(gè)結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體的域名為屬性名稱(chēng)，值為對(duì)應(yīng)屬性的當(dāng)前值。a=get(0,'Factory')，返回圖形窗口所有屬性的出廠設(shè)置；a=get(0,'FactoryObjectTypePropertyName')，返回指定屬性的出廠設(shè)置；a=get(h,'Default')，返回指定圖形窗口的默認(rèn)屬性設(shè)置；a=get(h,'DefaultObjectTypePropertyName')，返回指定屬性的默認(rèn)設(shè)置。整理pptset函數(shù)用于設(shè)置對(duì)象的屬性。該函數(shù)的調(diào)用格式為：set(H,'PropertyName',PropertyValue,...)，設(shè)置由H指定的窗口的屬性'PropertyName'值為PropertyValue。H可以為向量，此時(shí)將H中指定的所有窗口的'PropertyName'屬性設(shè)置為PropertyValue。set(H,a)，其中a是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，其域名為屬性名稱(chēng)，值為對(duì)應(yīng)屬性的設(shè)置值。該語(yǔ)句設(shè)置H指定的窗口屬性為a。set(H,pn,pv...)，其中pn和pv是單元數(shù)組，pn用于指定屬性名稱(chēng)，pv用于指定屬性值，該語(yǔ)句設(shè)置H指定的所有窗口中，由pn指定的屬性，值為pv中的相應(yīng)值。set(H,pn,<m-by-ncellarray>)，與上面的語(yǔ)句不同，該語(yǔ)句的第三個(gè)參數(shù)為一個(gè)m×n單元數(shù)組，其中m=length(H)，n為pn中包含的屬性數(shù)目。該語(yǔ)句設(shè)置H指定的窗口中的屬性，其值為單元數(shù)組中的指定值。a=set(h)，該語(yǔ)句返回h指定的窗口中用戶(hù)可以設(shè)置的屬性及相應(yīng)的可選值，返回值a是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，a的域名為屬性名，域值為相應(yīng)的可選值。a=set(0,'FactoryObjectTypePropertyName')，返回指定屬性的可選值。a=set(h,'Default')，返回對(duì)h指定的對(duì)象設(shè)置的默認(rèn)值。a=set(h,'DefaultObjectTypePropertyName')，返回指定對(duì)象類(lèi)型的指定屬性的可選值。<cellarray>=set(h,'PropertyName')，返回指定屬性名的可選值，如果值為字符串，那么返回結(jié)果為單元數(shù)組，否那么返回空的單元數(shù)組整理ppt圖形窗口的菜單欄—File菜單File菜單與Windows系統(tǒng)的其他菜單類(lèi)似，包括“新建〞、“保存〞、“翻開(kāi)〞等命令。New：新建。可以新建M文件〔M-File〕，圖形窗口〔Figure〕、變量〔Variable〕或圖形用戶(hù)接口〔GUI〕。新建對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)翻開(kāi)相應(yīng)的編輯器。Open：翻開(kāi)已有文件。Close：關(guān)閉當(dāng)前