第5章 Matlab在图形设计上的应用Word文件下载.docx
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gridon
2)绘制混合曲线
当x,y是向量或是矩阵时,分别有下列几情况:
1.如果x是向量,而y是矩阵,则x的长度与矩阵y的行数或必须相等。
如果x的长度与y的行数、相等,则向量x和矩阵y的每列向量对应画一条曲线;
如果x的长度与y的列数相等,则向量x和矩阵y的每行向量对应画一条曲线;
如果y是方阵,则x与每列y画一条曲线。
2.如果x是矩阵,y是向量,规则与上述类似。
3.如果是两个矩阵,并且大小相等,则x,y对应的每列画一条曲线。
示例1-4
x1=[123];
y1=[123;
456]
figure,plot(x1,y1);
%每行一条曲线
y2=[12;
34;
56]
figure,plot(x1,y2);
%每列一条曲线
figure,plot(y1,x1);
figure,plot(y2,x1);
x2=[111;
222]
figure,plot(x2,y1);
%按列与列对应的方式画曲线
plot(x1,y1)
plot(x1,y2)
plot(y1,x1)
plot(y2,x1)
plot(x2,y1)
3)绘制多条曲线
plot(x1,y1,x2,y2,...),这个命令相当于plot(x1,y1)+plot(x2,y2)+…;
将这些命令写在同一个函数里,Matlab自动以不同的颜色来绘制曲线。
不同的矩阵,维数可以不同。
示例1-5
.1:
plot(x,sin(x),x,cos(x),x,sin(3*x));
%在同一幅图中画三条曲线
4)绘制复数
plot(z)中z为复向量是,plot(z)与plot(real(z),imag(z))是等效的,以实部为横坐标,虚部为纵坐标。
示例1-6
z=x2+y1*i
plot(z)%以实部为横坐标,虚部为纵坐标
(一)线型与颜色
格式:
plot(x,y1,’cs’,...)
其中c表示颜色,s表示线型。
(二)图形标记
在绘制图形的同时,可以对图形加上一些说明,如图形名称、图形某一部分的含义、坐标说明等,将这些操作称为添加图形标记。
添加图名的语句是title(s);
s就是图名,是一个字符串,可以是中文的。
title(‘加图形标题'
);
%绘制一个周期的正弦曲线,并添加标题”sin(x)的图像”
title('
sin(x)的图像'
)%添加标题
添加坐标轴名:
xlabel(s),ylabel(s),分别添加横纵坐标轴名称。
xlabel('
加X轴标记'
ylabel('
加Y轴标记'
xcoordinate'
)%添加横坐标
ycoordinate'
)%添加纵坐标
text(X,Y,'
添加文本'
(三)设定坐标轴
用户若对坐标系统不满意,可利用axis命令对其重新设定。
axis([xminxmaxyminymax])设定最大和最小值
axis(’auto’)将坐标系统返回到自动缺省状态
axis(’square’)将当前图形设置为方形
axis(’equal’)两个坐标因子设成相等
axis(’off’)关闭坐标系统
axis(’on’)显示坐标系统
【例4】在坐标范围0≤X≤2π,-2≤Y≤2内重新绘制正弦曲线,其程序为:
x=linspace(0,2*pi,60);
生成含有60个数据元素的向量X
axis([02*pi-22]);
设定坐标轴范围
(四)加图例
给图形加图例命令为legend。
该命令把图例放置在图形空白处,用户还可以通过鼠标移动图例,将其放到希望的位置。
格式:
legend(s,pos),s是字符串,pos是位置,
表pos取值对应的实际位置
pos
1
2
3
4
-1
位置
自动取最佳位置
右上角(默认)
左上角
左下角
右下角
图右侧
示例
在图形窗口添加文字注释
plot(x,sin(x));
holdon
plot(x,cos(x),'
o'
y1=sin(x),y2=cos(x)'
%添加标题
x'
)%添加坐标名
legend('
sin(x)'
'
cos(x)'
4)%在图的右下角添加注释
text(pi,sin(pi),'
x=\pi'
%在pi,sin(pi)处添加文字注释
(一)subplot(m,n,p)
该命令将当前图形窗口分成m×
n个绘图区,即每行n个,共m行,区号按行优先编号,且选定第p个区为当前活动区。
【例6】在一个图形窗口中同时绘制正弦、余弦、正切、余切曲线,程序为:
z=cos(x);
t=sin(x)./(cos(x)+eps);
eps为系统内部常数
ct=cos(x)./(sin(x)+eps);
subplot(2,2,1);
分成2×
2区域且指定1号为活动区
axis([02*pi-11]);
subplot(2,2,2);
命令为subplot(m,n,k)%使m×
n幅子图中的第k幅为当前图
示例3-1
演示子图命令
%将绘图区分为2×
2的区域,当前为第一幅
subplot(4,4,3)%将绘图区分为4×
4的区域,当前为第三幅
plot(x,sin(2*x))
subplot(4,4,4)%将绘图区分为4×
4的区域,当前为第四幅
plot(x,sin(3*x))
subplot(4,4,7)%将绘图区分为4×
4的区域,当前为第七幅
plot(x,sin(4*x))
subplot(4,4,8)%将绘图区分为4×
4的区域,当前为第八幅
plot(x,sin(5*x))
subplot(2,2,3);
2的区域,当前为第三幅
subplot(2,2,4);
2的区域,当前为第四幅
plot(x,cos(2*x),'
.'
结果如下
(二)多图形窗口
需要建立多个图形窗口,绘制并保持每一个窗口的图形,可以使用figure命令。
每执行一次figure命令,就创建一个新的图形窗口,该窗口自动为活动窗口,若需要还可以返回该窗口的识别号码,称该号码为句柄。
句柄显示在图形窗口的标题栏中,即图形窗口标题。
用户可通过句柄激活或关闭某图形窗口,而axis、xlabel、title等许多命令也只对活动窗口有效。
重新绘制上例4个图形,程序变动后如下:
H1=figure;
创建新窗口并返回句柄到变量H1
绘制图形并设置有关属性
H2=figure;
创建第二个窗口并返回句柄到变量H2
plot(x,z);
(三)hold命令
若在已存在图形窗口中用plot命令继续添加新的图形内容,可使用图形保持命令hold。
发出命令holdon后,再执行plot命令,在保持原有图形或曲线的基础上,添加新绘制的图形。
阅读如下程序:
plot(x,y,'
b'
绘制正弦曲线
holdon;
设置图形保持状态
plot(x,z,'
g'
保持正弦曲线同时绘制余弦曲线
cos'
sin'
holdoff关闭图形保持
三、函数f(x)曲线
fplot函数则可自适应地对函数进行采样,能更好地反应函数的变化规律。
fplot函数格式:
fplot(fname,lims,tol)
其中fname为函数名,以字符串形式出现,lims为变量取值范围,tol为相对允许误差,其其系统默认值为2e-3。
例:
fplot(‘sin(x)’,[02*pi],’-+’)
fplot(‘[sin(x),cos(x)]’,[02*pi],1e-3,’·
’)同时绘制正弦、余弦曲线
为绘制f(x)=cos(tan(πx))曲线,可先建立函数文件fct.m,其内容为:
functiony=fct(x)
y=cos(tan(pi*x));
用fplot函数调用fct.m函数,其命令为:
fplot(‘fct’,[01],1e-4)
5.2特殊坐标图形
一、对数坐标图形
(一)loglog(x,y)双对数坐标
【例7】绘制y=|1000sin(4x)|+1的双对数坐标图。
程序为:
x=[0:
0.1:
2*pi];
y=abs(1000*sin(4*x))+1;
loglog(x,y);
双对数坐标绘图命令
(二)单对数坐标
以X轴为对数重新绘制上述曲线,程序为:
0.01:
2*pi]
y=abs(1000*sin(4*x))+1
semilogx(x,y);
单对数X轴绘图命令
同样,可以以Y轴为对数重新绘制上述曲线,程序为:
semilogy(x,y);
单对数Y轴绘图命令
二、极坐标图
函数polar(theta,rho)用来绘制极坐标图,theta为极坐标角度,rho为极坐标半径
【例8】绘制sin(2*θ)*cos(2*θ)的极坐标图,程序为:
theta=[0:
2*pi];
rho=sin(2*theta).*cos(2*theta);
polar(theta,rho);
绘制极坐标图命令
polarplot'
5.3其它图形函数
除plot等基本绘图命令外,Matlab系统提供了许多其它特殊绘图函数,这里举一些代表性例子,更详细的信息用户可随时查阅在线帮助,其对应的M-file文件存放在系统\matlab\toolbox\matlab目录下。
一、阶梯图形
函数stairs(x,y)可以绘制阶梯图形,如下列程序段:
x=[-2.5:
0.25:
2.5];
y=exp(-x.*x);
stairs(x,y);
绘制阶梯图形命令
stairsplot'
二、条形图形
函数bar(x,y)可以绘制条形图形,如下列程序段将绘制条形图形
bar(x,y);
绘制条形图命令
三、填充图形
fill(x,y,’c’)函数用来绘制并填充二维多边图形,x和y为二维多边形顶点坐标向量。
字符’c’规定填充颜色,其取值前已叙述。
下述程序段绘制一正方形并以黄色填充:
x=[01100];
正方形顶点坐标向量
y=[00110];
fill(x,y,'
y'
绘制并以黄色填充正方形图
再如:
0.025:
y=sin(3*x);
fill(x,y,[0.50.30.4]);
颜色向量
Matlab系统可用向量表示颜色,通常称其为颜色向量。
基本颜色向量用[rgb]表示,即RGB颜色组合;
以RGB为基本色,通过r,g,b在0~1范围内的不同取值可以组合出各种颜色。
二维绘图函数小结
plot二维图形基本函数
fplotf(x)函数曲线绘制
fill填充二维多边图形
polar极坐标图
bar条形图
loglog双对数坐标图
semilogxX轴为对数的坐标图
semilogyY轴为对数的坐标图
stairs阶梯形图
axis设置坐标轴
clf清除图形窗口内容
close关闭图形窗口
5.4三维图形
一、plot3函数
最基本的三维图形函数为plot3,它是将二维函数plot的有关功能扩展到三维空间,用来绘制三维图形。
plot3(x1,y1,z1,c1,x2,y2,z2,c2,…)
其中x1,y1,z1…表示三维坐标向量,c1,c2…表示线形或颜色。
以向量x,y,z为坐标,绘制三维曲线。
【例9】绘制三维螺旋曲线,其程序为:
t=0:
pi/50:
10*pi;
y1=sin(t),y2=cos(t);
plot3(y1,y2,t);
helix'
),text(0,0,0,'
origin'
sin(t)'
),ylabel('
cos(t)'
),zlabel('
t'
grid;
二、mesh函数
mesh函数用于绘制三维网格图。
在不需要绘制特别精细的三维曲面结构图时,可以通过绘制三维网格图来表示三维曲面。
三维曲面的网格图最突出的优点是:
它较好地解决了实验数据在三维空间的可视化问题。
mesh(x,y,z,c)
其中x,y控制X和Y轴坐标,矩阵z是由(x,y)求得Z轴坐标,(x,y,z)组成了三维空间的网格点;
c用于控制网格点颜色。
三、surf函数
surf用于绘制三维曲面图,各线条之间的补面用颜色填充。
surf函数和mesh函数的调用格式一致。
函数格式:
surf(x,y,z)
其中x,y控制X和Y轴坐标,矩阵z是由x,y求得的曲面上Z轴坐标。
四、视点
视点位置可由方位角和仰角表示。
方位角又称旋转角为视点位置在XY平面上的投影与X轴形成的角度,正值表示逆时针,负值表示顺时针。
仰角又称视角为XY平面的上仰或下俯角,正值表示视点在XY平面上方,负值表示视点在XY平面下方。
从不同视点绘制三维图形的函数为view。
view(az,el)中的az为方位角,el为仰角。
通过系统提供的多峰函数peaks的绘制例子,可进一步说明视点对图形的影响,以及view(az,el)函数的使用。
【例12】不同视角图形
p=peaks;
系统提供的多峰函数
mesh(peaks,p);
view(-37.5,30);
指定子图1的视点
azimuth=-37.5,elevation=30'
)
view(-17,60);
指定子图2的视点
azimuth=-17,elevation=60'
五、等高线图
等高线图可通过函数contour3绘制。
【例13】多峰函数peaks的等高线图
[x,y,z]=peaks(30);
contour3(x,y,z,16);
x-axis'
y-axis'
z-axis'
contour3ofpeaks'
5.5图形句柄
一、句柄
在Matlab系统中,绘图命令产生的每一个部分称为图形对象,系统在创建每一个对象时,都为该对象分配唯一的一个值,称其为句柄,因此句柄就是图形对象标识符。
对象、句柄以及图形对象等概念其实质是统一的,系统将每一个对象按树型层次结构组织起来,这些对象包括根对象,通常为计算机屏幕、图形窗口、坐标系统、线条、曲面、文本串、用户界面控制等。
根对象可包含一个或多个图形窗口对象,而一个图形窗口对象又可包含一组或多组坐标系子对象,线条、文本等其它对象都是坐标系的子对象。
所有创建对象的函数当父对象不存在时,都会自动创建它。
计算机屏幕作为根对象自动建立,其句柄值为0。
而Hf_f=figure命令则建立图形窗口对象,并返回它的句柄值给变量Hf_f。
图形窗口的句柄为一整数,并显示在该窗口的标题栏,其它图形对象的句柄为浮点数,Matlab提供了一系列与句柄操作有关的函数,如gcf、gca等。
为便于识别,用大写字母开头的变量表示句柄,如Hf_f等。
二、对象属性
所有图形对象都具有控制对象显示的属性。
这些属性既包括对象的一般信息,如对象类型、对象的父对象及子对象等,也包括对象的一些特定信息,如坐标系对象的刻度等。
用户可以获取、设置对象属性,以达到控制对象的目的。
当创建一个对象时,系统用一组默认属性值定制对象,用户梢酝ü
get命令获取这些属性值,同时也可通过set命令重新设置对象属性。
set命令格式为:
set(H,’name’,value,…)将图形对象H的name属性设置为value
其中H为句柄,name为属性名,value为name的属性值。
用set命令可以方便地设置图形对象属性,如下列程序段就是通过属性来定制图形。
4*pi];
H=plot(x,sin(x));
返回正弦曲线句柄H
set(H,'
LineStyle'
*'
LineWidth'
0.1);
设置正弦曲线线型与线宽
其中'
为线型属性,'
为线宽属性。
利用get(H)命令可以返回当前句柄H对象的属性。
键入命令:
get(H)系统返回当前图形对象的有关属性:
象H=get(0,’CurrentFigure’)则返回根对象的’CurrentFigure’的属性值,即当前图形窗口的句柄,相当于函数gcf。
get(gcf,’Children’)则返回当前坐标系对象的句柄;
类似的操作用户可在使用Matlab的过程中不断积累。
三、句柄应用
利用句柄操作的有关函数,用户可以查找、访问图形对象,以达到定制对象属性,改变对象显示效果的目的。
x=-pi:
pi/20:
pi;
r'
x,z,'
Hl_lines=get(gca,'
Children'
获取正、余曲线句柄向量Hl_lines
fork=1:
size(Hl_lines)
ifget(Hl_lines(k),‘Color’)==[010][010]为绿颜色向Hl_green=Hl_lines(k)返回绿色线条句柄
end
end
5.6动画设计
如果将Matlab产生的多幅图形保存起来,并利用系统提供的函数进行播放,就可产生动画效果。
系统所提供的动画功能函数有getframe、moviein和movie。
getframe函数
getframe函数可将当前图形窗口作为一个画面取下并保存,格式为:
m=getframe它将每一帧画面信息数据截取下来整理成列向量。
该函数截取图形的点阵信息,图形窗口的大小,对数据向量的大小影响较大,窗口越大,所需存储容量越大。
而图形的复杂性对数据容量要求没有直接的关系。
moviein函数
函数m=moviein(n)用来建立一个足够大的n列的矩阵m,用来保存n幅画面的数据,以备播放。
movie函数
movie(m,n)以每秒n幅图形的速度播放由矩阵m的列向量所组成的画面。
【例14】播放一个不断变化的眼球程序段。
m=moviein(20);
建立一个20个列向量组成的矩阵
forj=1:
20
plot(fft(eye(j+10)))绘制出每一幅眼球图并保存到m矩阵中
m(:
j)=getframe;
movie(m,10);
以每秒10幅的速度播放画面
再如下述程序段播放一个直径不断变化的球体。
n=30
[x,y,z