《MATLAB基礎及應用》課件 第4章 繪圖

MATLAB基礎及應用曹敦虔編著第4章繪圖本章學習重點掌握內(nèi)容：繪制曲線繪制曲面及圖形填充圖形句柄、修飾與動畫圖形保存第4章繪圖4.1曲線4.2曲面4.3填充圖形4.4圖形句柄4.5圖形修飾4.6動畫4.7圖形保存4.1曲線曲線有平面曲線和三維空間中的曲線,繪制平面上的曲線使用plot、fplot、ezplot,繪制三維空間中的曲線使用plot3、ezplot3.1.plotplot是MATLAB最基本的作圖命令,可繪制函數(shù)圖像、數(shù)據(jù)點圖、幾何形狀等圖形.其基本格式為:plot(X,Y)

使用默認的樣式繪圖,X和Y是繪圖數(shù)據(jù),通常是兩個長度相同的向量plot(X,Y,LineSpec)

使用指定的樣式繪圖,樣式包括線型、點型和顏色4.1曲線線型表符號線型符號線型-實線(默認):虛線--短劃線-.點劃線LineSpec是樣式參數(shù),為一個字符串,可以包括線型、點型和顏色.三種樣式的元素可以按任何順序出現(xiàn),并且可以省略一個或多個選項.例如,':*r'是一個帶有星形標記的紅色虛線.顏色表符號顏色符號顏色y黃色g綠色m品紅b藍色c青色w白色r紅色k黑色符號點型符號點型o圓(o)^正三角形(△)+加號v倒三角形(▽)*星號>

右三角形(?).點<

左三角形(?)x叉(×)p五角星(☆)s方形(□)h六角星(?)d菱形(

)

點型表4.1曲線例4.1繪制函數(shù)y=sin(x)+cos(x),?π≤x≤π圖形.基本思想:首先對區(qū)間[?π,π]作剖分,然后對每一個分點計算對應的函數(shù)值,再使用plot函數(shù)作圖.x=linspace(-pi,pi);%對區(qū)間[-π,π]進行均勻剖分y=sin(x)+cos(x);%對每一個分點,計算函數(shù)值plot(x,y,'b');%根據(jù)數(shù)據(jù)點(x,y)畫圖,并指定樣式4.1曲線plot函數(shù)默認使用直線將相鄰的兩個點連接起來,當剖分的點比較密時,圖像看起來就像一條光滑的曲線.plot函數(shù)可以一次畫多條曲線,并且為每條曲線指定單獨的樣式.例如:x=linspace(-pi,pi);y1=sin(x);y2=cos(x);plot(x,y1,'r-.',x,y2,':sg');%在同一坐標系下繪制圖形legend('sin(x)','cos(x)');%標識曲線4.1曲線利用plot可以繪制一些平面中的幾何圖形.下面舉幾個例子,其它圖形可按類似方法繪制.%畫圓:fr=2;%半徑t=linspace(0,2*pi);%對角度進行剖分x=r*cos(t);%計算圓周上的點x坐標y=r*sin(t);%計算圓周上的點y坐標plot(x,y);%連接相鄰的點,構(gòu)成圓axis([-33-33])

%設置圖形顯示范圍axisequal

%設置圖形顯示橫、縱坐標比例4.1曲線%畫三角形:x=[142];%三角形3個頂點的x坐標y=[013];%三角形3個頂點的y坐標plot([xx(1)],[yy(1)]);%連接相鄰的點axisequal4.1曲線2.fplotfplot函數(shù)用于快速繪制函數(shù)圖形,可以不用事先計算函數(shù)值,只要給出函數(shù)句柄(或函數(shù)表達式)和自變量范圍就可以了.fplot函數(shù)格式:fplot(fun,limits)

繪制函數(shù)fun的limits范圍內(nèi)的圖形fun可以是函數(shù)句柄,也可以是字符串形式的函數(shù)表達式.limits是一個長度為2的向量,表達繪圖區(qū)間.例如:4.1曲線fplot('sin(x)*cos(x)',[-pi,pi]);fplot(@(x)sin(x).*cos(x),[-pi,pi]);上面兩行代碼都繪制了同樣的圖形4.1曲線3.ezplotezplot與fplot的功能相似,都可以使用函數(shù)句柄和函數(shù)表達式繪圖.不同的是,ezplot還支持隱函數(shù)作圖.ezplot函數(shù)格式:ezplot(fun,limits)

繪制函數(shù)fun的limits范圍內(nèi)的圖形例如：ezplot('sin(x)+cos(y)=1',[0pi-pi/2pi/2]);%隱函數(shù)作圖4.1曲線4.plot3plot3是繪制3維空間中的曲線的基本繪圖函數(shù),需要先計算數(shù)據(jù)點,然后使用指定樣式繪圖,使用方法與plot類似.格式:plot3(X,Y,Z)

使用默認的樣式繪圖,X、Y和Z是繪圖數(shù)據(jù),通常是三個長度相同的向量plot3(X,Y,Z,LineSpec)

使用指定的樣式繪圖4.1曲線t=0:pi/50:10*pi;st=t.*sin(t);ct=t.*cos(t);plot3(st,ct,t)4.1曲線5.ezplot3函數(shù)ezplot3也可以繪制三維空間中的曲線.例如:或者ezplot3('t*sin(t)','t*cos(t)','t',[0,10*pi]);ezplot3(@(t)t.*sin(t),@(t)t.*cos(t),@(t)t,[0,10*pi]);4.1曲線6.polarpolar是極坐標作圖,例如:t=0:0.01:2*pi;polar(t,sin(t).*cos(2*t),'--b');4.1曲線7.rectangle對于矩形、圓角矩形、圓、橢圓可以使用rectangle來繪制.語法格式:繪制矩形:rectangle('Position',[xywh],Curvature',[00])繪制圓或橢圓:rectangle('Position',[xywh],Curvature',[11])繪制圓角矩形:rectangle('Position',[xywh],Curvature',[ab])4.1曲線x=0;y=0;w=2;h=1;rectangle('Position',[x-w/2y-h/2wh],'Curvature',[00],'EdgeColor','r');%矩形rectangle('Position',[x-w/2y-h/2wh],'Curvature',[0.20.2],'EdgeColor','g');%圓角矩形rectangle('Position',[x-w/2y-h/2wh],'Curvature',[11],'EdgeColor','b');%橢圓rectangle('Position',[x-h/2y-h/2hh],'Curvature',[11],'EdgeColor','c');%圓axisequal4.2曲面繪制三維空間中的曲面的函數(shù)有mesh、surf、meshc、meshz以及waterfall等,在繪制前需要計算曲面上各點的空間坐標,再使用曲面繪圖函數(shù)來繪制圖形.MATLAB繪制三維空間中的曲面z=f(x,y)的一般步驟是:(1)

對2個坐標軸進行剖分,得到兩個向量x,y;(2)

利用x,y生成網(wǎng)格,得到兩個矩陣X,Y;(3)

對每一對X,Y中的元素(即網(wǎng)絡中的一個結(jié)點),計算對應的函數(shù)值Z=f(X,Y);(4)

使用mesh、surf等函數(shù)繪制圖形.4.2曲面例4.2繪制函數(shù)f(x,y)=x2+y2,(?2≤x≤2,?3≤y≤3)的圖形.基本思路:先對x軸和y軸進行剖分,再使用meshgrid生成網(wǎng)格,計算網(wǎng)格結(jié)點對應的函數(shù)值,再使用mesh函數(shù)繪制圖形.f=@(x,y)x.^2+y.^2;%定義函數(shù)x=linspace(-2,2,41);%對x軸進行剖分y=linspace(-3,3,61);%對y軸進行剖分[X,Y]=meshgrid(x,y);%生成網(wǎng)格Z=f(X,Y);%計算每個網(wǎng)絡結(jié)點對應的函數(shù)值mesh(X,Y,Z);%繪制圖形4.2曲面

4.2曲面在生成空間中的點之后,函數(shù)mesh只是把這些點用直線連接,形成一張彎曲的網(wǎng)絡.當剖足夠細的時候,網(wǎng)絡就逼近了函數(shù)z=f(x,y)的圖形.也可以使用其它方式來畫圖,用法與mesh基本一致.函數(shù)功能函數(shù)功能mesh三維網(wǎng)絡圖surfl基于彩色照明的三維曲面圖meshc帶等高線的三維網(wǎng)絡圖surfnorm三維曲面法線的計算與顯示meshz帶垂簾的三維網(wǎng)絡圖waterfall瀑布圖surf三維面圖ribbon色帶圖surfc帶等高線的三維面圖contour3三維等高線圖4.2曲面f=@(x,y)x.^2+y.^2;%定義函數(shù)x=linspace(-2,2,41);%對x軸進行剖分y=linspace(-3,3,61);%對y軸進行剖分[X,Y]=meshgrid(x,y);%生成網(wǎng)格Z=f(X,Y);%計算每個網(wǎng)絡結(jié)點對應的函數(shù)值mesh(X,Y,Z);%帶等高線的三維面圖4.2曲面

ezsurfc('sqrt(x^2+y^2)',[-4,4,-4,4]);ezsurfc(@(x,y)sqrt(x.^2+y.^2),[-4,4,-4,4]);或4.3填充圖形fill和fill3分別用于填充平面和三維空間中封閉區(qū)域.例如:x=[142];%三角形3個頂點的x坐標y=[013];%三角形3個頂點的y坐標fill([xx(1)],[yy(1)],'b');%使用藍色填充三角形區(qū)域axisequal4.3填充圖形也可以對三維空間中的平面區(qū)域進行填充，例如:X=[0112;1122;0011];Y=[1111;1010;0000];Z=[1111;1010;0000];C=[0.50001.00001.00000.5000;1.00000.50000.50000.1667;0.33300.33300.50000.5000];fill3(X,Y,Z,C)4.3填充圖形可以增加參數(shù)'facealpha'來設置填充顏色的透明度,例如:t=linspace(0,2*pi);x1=cos(t);y1=0.5+sin(t);x2=-0.5+cos(t);y2=sin(t);x3=0.5+cos(t);y3=sin(t);fill(x1,y1,'r');%使用紅色填充圓holdon;fill(x2,y2,'g','facealpha',0.5);%使用綠色填充圓,并設置透明度為0.5fill(x3,y3,'b','facealpha',0.5);%使用藍色填充圓,并設置透明度為0.5axisequalholdoff4.4圖形句柄圖形句柄是一幅圖形的標識,通過圖形句柄可以獲取、修改圖形的參數(shù),甚至實現(xiàn)簡單的動畫.當畫圖時,將畫圖函數(shù)賦值給一個變量,那么這個變量就獲得這個圖形的句柄.例如:x=linspace(-pi,pi);y=sin(x);g=plot(x,y);%獲取圖形句柄4.4圖形句柄當獲得圖形柄后，使用get命令可以顯示圖形的詳細信息，例如執(zhí)行get(g),結(jié)果為:g=Color:[00.44700.7410]LineStyle:'-'LineWidth:0.5000Marker:'none'MarkerSize:6MarkerFaceColor:'none'XData:[1x100double]YData:[1x100double]ZData:[1x0double]??可以通過修改g的屬性值來改變圖形的外觀.例如:g.Color=[001];圖形中曲線將以藍色顯示.也可以使用命令set(g,'Color',[001])來達到同樣的目的.4.5圖形修飾1.圖形窗口使用figure命令可以新建圖形窗口,并自動按次序命名為Figure1,Figure2,?.也可以使用figure(n)來新建或選擇指定的窗口,其中n為整數(shù).4.5圖形修飾例4.4分別在兩個圖形窗口中顯示不同的圖形.x=-2:0.1:2;y=-2:0.1:2;[X,Y]=meshgrid(x,y);Z=X.^2+Y.^2;figure(1);%創(chuàng)建Figure1圖形窗口surf(X,Y,Z);%在Figure1圖形窗口上繪圖Z=X.^2-Y.^2;figure(2);%創(chuàng)建Figure2圖形窗口surf(X,Y,Z);%在Figure2圖形窗口上繪圖4.5圖形修飾使用subplot可以在一個圖形窗口中繪制多幅子圖.例4.5在同一窗口中顯示兩個圖形x=-2:0.1:2;y=x.^2;z=x.^3;subplot(1,2,1);%1行2列第1個圖plot(x,y,'d:r')subplot(1,2,2);%1行2列第2個圖plot(x,z,'-*g');4.5圖形修飾2.坐標MATLAB允許在繪圖前或后設置圖形的坐標顯示范圍、顯示比例等.axis([xminxmaxyminymax])

平面圖形坐標顯示范圍axis([xminxmaxyminymaxzminzmaxcmincmax])

空間圖形坐標顯示范圍axisequal

設置坐標軸為等比例axissquare

設置坐標軸為等比例axisnormal

使當前軸區(qū)域為方形(或三維時為立方)axisoff

關閉坐標軸axison

打開坐標軸xlim([xminxmax])

設置x坐標顯示范圍ylim([yminymax])

設置y坐標顯示范圍zlim([zminzmax])

設置z坐標顯示范圍4.5圖形修飾3.文本可以在圖形中加入一些文字說明，增加圖形的可讀性。text(x,y,'字符串')

在坐標(x,y)處顯示字符串gtext('字符串')

使用鼠標在圖形中確定字符串的顯示位置title('字符串')

為圖形添加標題xlabel('字符串')

為x坐標添加說明ylabel('字符串')

為y坐標添加說明zlabel('字符串')

為z坐標添加說明legend('字符串1','字符串2',?)

為圖形中多條曲線進行標示如果希望使用latex格式輸入文本,可以增加參數(shù)'Interpreter',并取值為'latex'.4.5圖形修飾4.網(wǎng)格如果希望在圖形中顯示網(wǎng)格線，可以使用gridon命令;如果希望隱藏網(wǎng)格線，則使用gridoff命令.單獨使用grid命令可以在兩種狀態(tài)中進行切換.5.持續(xù)繪圖當新建圖形窗口后(執(zhí)行figure命令或執(zhí)行繪圖命令),holdon命令將使得后面的圖形在當前窗口中繪制,這樣可以分步將多條曲線或曲面繪制在同一坐標系下.如果希望新繪制的圖形覆蓋原有圖形,可以執(zhí)行一次holdoff命令.4.6動畫使用set函數(shù)可以修改圖形中的數(shù)據(jù),如果在圖形上以一定的頻率持續(xù)畫圖或修改圖形的數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)動畫.4.6動畫

4.6動畫r=1;%彈簧半徑t=linspace(0,20*pi,10*50);x=r*cos(t);y=r*sin(t);z=t;g=plot3(x,y,z);%繪制螺旋線axis([-55-55040*pi])%設置圖形顯示范圍v=1;%伸縮方向,v=1時拉伸,v=-1時壓縮c=1;%彈簧長度系數(shù)while(1)

if(v==1&&c>=2)%如果拉伸到2倍長度

v=-1;%改變?yōu)閴嚎s

elseif(v==-1&&c<=0.5)%如果壓縮到0.5倍長度

v=1;%改變?yōu)槔?/p>

endc=c+v*0.1;%計算新彈簧長度系數(shù)

z=c*t;%計算新彈簧z坐標

set(g,'ZData',z);%更新數(shù)據(jù)

pause(0.1);%暫停0.1秒end4.6動畫

4.6動畫%定義波紋函數(shù)f=@(x,y,p)abs(sin(p*(x.^2+y.^2))./(x.^2+y.^2));p=3;%頻率x=linspace(-5,5,800);%對x軸進行剖分y=linspace(-5,5,800);%對y軸進行剖分[X,Y]=meshgrid(x,y);%生成網(wǎng)絡Z=f(X,Y,p);%對每個網(wǎng)絡結(jié)點計算的函數(shù)值g=imshow(Z);%以函數(shù)值為灰度顯示圖像while(1)p=p-0.05;%更新頻率

if(p<0.5),p=3;endZ=f(X,Y,p);%重新計算波紋函數(shù)值

set(g,'CData',Z);%更新數(shù)據(jù)

pause(0.05);%暫停end4.6動畫

4.6動畫

4.6動畫

4.6動畫person=[10]; %人的初始位置dog=[00]; %狗的初始位置a=1; %人的速率b=1.05; %狗的速率T=100; %截止時間dt=0.1; %離散化時間間隔rectangle('Position',[-1-122],'Curvature'