MATLAB图形和3D可视化

MATLAB图形和3D可视化MATLAB图形窗口

figure及其相关命令

figure命令用于显示图形窗口，其使用格式有如下两种

figure：不带参数的figure命令用于产生一个新的figure窗口，返回其句柄。

figure(H)：如果句柄为H的figure窗口已经存在，此命令将其打开，并置为“当前”，即以后的图形操作，如不指明句柄，都是对这个figure进行的；若不存在，则打开一个figure窗口并且其句柄为H。

subplot及其相关命令

subplot可以将窗口分成若干小的窗口，每个小窗口相当于一个figure，在小窗口中可以像在整个窗口中一样进行绘图工作，其格式如下

subplot(m,n,i)：把图形窗口分成m×n个小图形窗口，并指定第i个当前图形的绘制区域。

subplot(h)：h 是所要设置成当前axes的句柄。（axes是一个横、纵坐标轴和一片区域的实体）

Subplot(‘position’,[left bottom width height])：在在指定位置的矩形区域中创建axes。

分屏幕绘图实例，程序如下

a1=axes; %定义句柄为a1的axes

set(a1,'position',[0.05 0.55 0.9 0.4]); %设置axes(a1)的位置

a2=axes; %定义句柄为a2的axes

set(a2,'position',[0.05 0.05 0.4 0.4]); %设置axes(a2)的位置

a3=axes; %定义句柄为a3的axes

set(a3,'position',[0.55 0.05 0.4 0.4]); %设置axes(a3)的位置

a=[1:200]*pi/100;

s=sin(a);

c=cos(a);

t=1+a.^2; %设置变量

axes(a1); %将axes(a1)置为当前

plot(a/pi,s); %在axes(a1)中绘图

axes(a2); %将axes(a2)置为当前

plot(a/pi,c); %在axes(a2)中绘图

axes(a3); %将axes(a3)置为当前

plot(a/pi,t); %在axes(a3)中绘图

程序运行结果如下

另外，上图也可用以下命令得到

a=[1:200]*pi/100;

s=sin(a);

c=cos(a);

t=1+a.^2; %设定计算变量

subplot('position',[0.05 0.55 0.9 0.4]); %设定当前绘图区域plot(a/pi,s); %绘图

subplot('position',[0.05 0.05 0.4 0.4]); %设定当前绘图区域plot(a/pi,c); %绘图

subplot('position',[0.55 0.05 0.4 0.4]); %设定当前绘图区域plot(a/pi,t); %绘图

注：将图形置为当前的方法，有以下三种

1、用鼠标单击图形

2、用命令subplot指定图形所在的行和列

3、结合subplot和各个子图的轴的句柄指定图形

hold及其相关命令

当hold开关on时，后面的plot()命令不会覆盖前面plot()命令的输出结果，而是叠加原来的图形上。

使用带on或者off的hold命令强制设置hold状态。示例如下

a=[1:200]*pi/100;

s=sin(a);

c=cos(a);

t=(1+a.*a-20)/40;

a=a/pi;

hold on

plot(a,s,'r-');

plot(a,c,'g:');

plot(a,t,'b-');

运行结果如下

二维曲线图形

二维图形的绘制函数有曲线函数、条形图函数、直方图函数和扇形图函数曲线函数

调用格式如下：

plot(x,’s’)：若x为向量，则表示以向量元素下标为横坐标、元素值为纵坐标，所绘的一条连续曲线；若x为实矩阵，则表示按照列绘制每列元素值相对其下标的曲线，图中曲线数等于x矩阵列数。

plot(x,y,’s’)：x、y为同维向量时，绘制以x、y元素为横、纵坐标的曲线。

plot(x1,y1,’s1’,x2,y2,’s2’…)：每个“三元组”(x,y,’s’)的结构和作用与plot(x,y,’s’)相同

示例如下

x=0:0.02:20;

y=sin(x);

z=cos(x);

w=[y;z];

plot(x,w)

xlabel('x axis')

ylabel('y axis')

运行结果如下

条形图命令

多用于统计

bar命令包含以下四种函数：

bar()：竖直条形图

barh()：水平条形图

bar3()：三维竖直条形图

bar3h()：三维水平条形图

这些函数的调用方式类似，以函数bar()为例，其调用方法如下

bar(y)：

bar(x,y)：x横坐标向量，y可以是向量或矩阵。若y是向量时，每个元素对应一个竖条；若y是m×n的矩阵，将画出m组竖条，每组包括n个条。

bar(x,y,width)：用width产生线条的宽度，默认宽度为0.8。

bar(…,’grouped’)：产生组合的条形图

bar(…,’stacked’)：产生堆叠的条形图

示例如下，某城市一年12月份平均气温数据，编写条形图

x=1:12;

y=[-10,-6,6,11,21,27,34,31,20,15,9,2;-13,-15,-2,7,17,20,27,21,14,13,10,-4];

y=y'; %矩阵y的转置

colormap(cool)

subplot(2,1,1)

bar(x,y,'grouped')

subplot(2,1,2)

bar(x,y,'stacked')

运行结果如下

直方图命令

多用于揭示数据的分布规律

建立直方图的命令有两个：hist()和rose()，其中，hist()在直角坐标系中建立直方图，rose()在极坐标中建立直方图。

扇形图命令

用于显示向量中的元素所占向量元素总和的百分比。函数pie()和pie3()分别用于二维和三维的扇形图，两者用法类似。调用方式如下：

pie(x)：绘制向量x中数据的扇形图

pie(x,’explode’)：向量’explode’中的非零向量对应的扇形块将被抽出，其与x 必须长度相等

pie(…,’labels’)：“labels”用于标注扇形图的字符串数组，长度和向量x相等。

另外，还有一个经常用到的二维绘图命令是极坐标下的polar()函数，其调用如下：

polar(theta,rho,选项)：theta和rho分别为角度向量和幅值向量，两者的长度必须相同。

附：

曲线线型、色彩允许设置值

如果想在图上标记数据点，必须加以设定

如下

数据点允许设置值

三维曲线图形

三维图形的绘制有四种命令：三位曲线图、三维网格图、三维曲面图和等高线图。

三维曲线图

plot3()函数可以绘制三维曲线，其调用格式如下

plot(x,y,z,’s’)：x,y,z分别为第一到第三维数据，可以是向量，可以是矩阵，但必须尺寸相等；’s’是设置线型、颜色和数据点标记的字符串。示例如下t=0:pi/50:10*pi;

plot3(t.*sin(t),t.*cos(t),t);

title('Helix'),xlabel('sin(t)'),ylabel('cos(t)'),zlabel('t');

text(0,0,0,'origin')

grid

运行结果

三维网格图

所谓的网格图，是把相邻的数据点连接起来形成的网状曲面，利用在x-y平面的矩形网格点上的z轴坐标值。使用mesh()函数可以实现，调用格式如下mesh(x,y,z,’s’),绘制由x,y,z指定的参数曲面

mesh(x,y,z)：此命令中s=z，即图形的颜色和网格高度成正比

mesh(z,’s’)和mesh(x)：没有指定x、y平面区域，MATLAB自动取x=[1:n]和y=[1:m]，其中[m,n]=size(z)，这时z是一个定义在矩形区域的单值函数。

示例如下

[x,y,z]=peaks;

subplot('position',[0.05 0.55 0.9 0.4]);

mesh(x,y,z);

subplot('position',[0.05 0.05 0.4 0.4]);

meshc(x,y,z);

subplot('position',[0.55 0.05 0.4 0.4]);

meshz(x,y,z);

hidden on

运行结果如下

说明：meshc()：用于画网格图和基本的等值线；meshz()：绘制包括零平面的网格图。

使用hidden off和hidden on命令可以，隐藏遮挡部分或使遮挡部分可视，如[x,y,z]=peaks();

subplot('position',[0.05 0.05 0.4 0.9]);

mesh(x,y,z)

hidden on %隐藏遮挡部分

subplot('position',[0.55 0.05 0.4 0.9]);

mesh(x,y,z)

hidden off %使遮挡部分可见

结果如下

三维曲面图

曲面图是把网格表面的网格围成的小片区域（补片）用不同的颜色填充形成的彩色表面。surf()函数和mesh()函数的用法完全相同。

调用方式：

surf(z,’s’)和surf(x,y,z,’s’)含义与mesh()函数的此类命令类似，如

mesh()与surf()函数绘图比较，程序如下

[x,y,z]=peaks(40);

subplot(1,2,1);

mesh(x,y,z)

subplot(1,2,2);

结果如图

可以看出：网格图中网格线是彩色的，而曲面图中网格线所围成的补片是彩色的。

有时想得到表面图的整体效果，其中的线条应该去掉，可借助shading()函数的shading flat和shading interp命令都可以去掉线条

两图对比如下

另外surf()函数还有两命令surfc()和surfl()，再次不赘述

绘制等高线图形的函数主要有clabel、contour、contour3、contourf等，其中contour和contour3用于绘制二维和三维等高线，他们的调用方式相同，下面，以contour为例，介绍其用法

contour(z,n)：直接绘制矩阵Z的等高线；

contour(x,y,z,n)：用x和y指定等高线的x、y坐标。其中n为绘制等高线的条数，可省略。

示例如下

>> [x,y,z]=peaks(30);

>> contour3(x,y,z,16);

运行结果