第六章 高級(jí)圖形處理功能

第六章高級(jí)圖形處理功能目的：1、更深入地理解高層繪圖指令，從而可繪制出更精細(xì)、更生動(dòng)、更個(gè)性的圖形；2、能利用低層圖形指令和圖形對(duì)象屬性開(kāi)發(fā)專用繪圖函數(shù)。一、圖形對(duì)象與句柄

（一）句柄圖形體系句柄圖形（HandleGraphics）是一種面象對(duì)象的繪圖系統(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。第五章所介紹的各種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。圖形對(duì)象、對(duì)象句柄、句柄圖形樹(shù)結(jié)構(gòu)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（Handlegraphicsobject）。構(gòu)成MATLAB句柄圖形體系的13個(gè)圖形對(duì)象見(jiàn)P136/圖6-1。每個(gè)圖形對(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。2、對(duì)象句柄每個(gè)具體對(duì)象都有一個(gè)“與生俱來(lái)、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（FigureWindows）的句柄總是正整數(shù)，它用來(lái)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、圖形窗對(duì)象來(lái)說(shuō)，數(shù)字可直接作為調(diào)用對(duì)象的句柄。但不要企圖通過(guò)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。3、句柄圖形樹(shù)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P136/圖6-1的樹(shù)結(jié)構(gòu)層次表示。對(duì)象屬性1、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（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)。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(méi)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)。2、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(guò)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。（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(kāi)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。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],’curvature’[xc,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’,[100])

設(shè)置入射光的方向。它影響面、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(guò)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。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。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)象句柄根據(jù)對(duì)象“諢名”獲取句柄可以通過(guò)’Tag’屬性，給對(duì)象一個(gè)“諢名”。此后，就可以通過(guò)“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’)。（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”缺省值二、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（一）視點(diǎn)控制改變觀察點(diǎn)是獲得較好三維視覺(jué)效果的一個(gè)重要途徑。view([az,el])

通過(guò)方位角、俯視角設(shè)置視點(diǎn)view([vx,vy,vz])

通過(guò)直角坐標(biāo)設(shè)置視點(diǎn)說(shuō)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)。為獲得最佳視覺(jué)效果，用戶先通過(guò)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。（二）色彩控制用色風(fēng)格colordef色圖colormap濃淡處理shading透明度控制

alpha用色風(fēng)格colordefcolordefoptions 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(shuō)明：MATLAB默認(rèn)的“軸背景色”為white。Options的取值及缺省設(shè)置見(jiàn)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)、淡灰色圖colormap

（P123）兩種基本著色技術(shù)：變址色彩法（Indexedcoloring）：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[RGB]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(guò)對(duì)R，G，B大小的設(shè)置，可調(diào)制出不同顏色。P124/表5-4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）：P124/表5-5濃淡處理shading（P122）shadingoptions 圖形對(duì)象著色的濃淡處理說(shuō)明：mesh,surf,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)線圖地謀整條線段，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屬性的高層指令。例：三種濃淡處理方式比較

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(shuō)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等高層指令都適用。例：半透明的表面圖

（三）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material燈光lightlight(‘color’,option1,’style’,option2,’position’,option3)

燈光設(shè)置說(shuō)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）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(wú)窮遠(yuǎn)、穿過(guò)[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[100]或‘r’都代表紅光。option2

有兩個(gè)取值：‘infinite’和‘local’。前者表示無(wú)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(guò)該點(diǎn)射向原點(diǎn)；對(duì)近光，它表示光源所在位置。照明模式lightinglightingoptions

設(shè)置照明模式說(shuō)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。