使用matlab绘制三维图形的方法Word下载.docx
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如下图:
三维曲面
1.产生三维数据
在MATLAB中,利用meshgrid函数产生平面区域内的网格坐标矩阵。
其格式为:
x=a:
d1:
b;
y=c:
d2:
d;
[X,Y]=meshgrid(x,y);
语句执行后,矩阵X的每一行都是向量x,行数等于向量y的元素的个数,矩阵Y的每一列都是向量y,列数等于向量x的元素的个数。
2.绘制三维曲面的函数
surf函数和mesh函数的调用格式为:
mesh(x,y,z,c):
画网格曲面,将数据点在空间中描出,并连成网格。
surf(x,y,z,c):
画完整曲面,将数据点所表示曲面画出。
一般情况下,x,y,z是维数相同的矩阵。
x,y是网格坐标矩阵,z是网格点上的高度矩阵,c用于指定在不同高度下的颜色范围。
例
绘制三维曲面图z=sin(x+sin(y))-x/10。
[x,y]=meshgrid(0:
0.25:
4*pi);
%在[0,4pi]×
[0,4pi]区域生成网格坐标
z=sin(x+sin(y))-x/10;
mesh(x,y,z);
axis([04*pi04*pi-2.51]);
此外,还有带等高线的三维网格曲面函数meshc和带底座的三维网格曲面函数meshz。
其用法与mesh类似,不同的是meshc还在xy平面上绘制曲面在z轴方向的等高线,meshz还在xy平面上绘制曲面的底座。
例
在xy平面内选择区域[-8,8]×
[-8,8],绘制4种三维曲面图。
[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)'
)
subplot(2,2,2);
meshc(x,y,z);
meshc(x,y,z)'
subplot(2,2,3);
meshz(x,y,z)
meshz(x,y,z)'
subplot(2,2,4);
surf(x,y,z);
surf(x,y,z)'
3.标准三维曲面
sphere函数的调用格式为:
[x,y,z]=sphere(n):
generatesthree(N+1)-by-(N+1)
matricessothatSURF(X,Y,Z)producesaunitsphere.
cylinder函数的调用格式为:
[x,y,z]=cylinder(R,n),其中r为圆周半径,n为组成圆周的点数。
MATLAB还有一个peaks函数,称为多峰函数,常用于三维曲面的演示。
绘制标准三维曲面图形。
pi/20:
2*pi;
[x,y,z]=cylinder(2+sin(t),30);
[x,y,z]=sphere;
subplot(2,1,2);
[x,y,z]=peaks(30);
其他三维图形
在介绍二维图形时,曾提到条形图、杆图、饼图和填充图等特殊图形,它们还可以以三维形式出现,使用的函数分别是bar3、stem3、pie3和fill3。
bar3函数绘制三维条形图,常用格式为:
bar3(y)
bar3(x,y)
stem3函数绘制离散序列数据的三维杆图,常用格式为:
stem3(z)
stem3(x,y,z)
pie3函数绘制三维饼图,常用格式为:
pie3(x)
fill3函数等效于三维函数fill,可在三维空间内绘制出填充过的多边形,常用格式为:
fill3(x,y,z,c)
绘制三维图形:
(1)绘制魔方阵的三维条形图。
(2)以三维杆图形式绘制曲线y=2sin(x)。
(3)已知x=[2347,1827,2043,3025],绘制饼图。
(4)用随机的顶点坐标值画出五个黄色三角形。
bar3(magic(4))
y=2*sin(0:
pi/10:
2*pi);
stem3(y);
pie3([2347,1827,2043,3025]);
fill3(rand(3,5),rand(3,5),rand(3,5),'
y'
)
绘制多峰函数的瀑布图和等高线图。
subplot(1,2,1);
[X,Y,Z]=peaks(30);
waterfall(X,Y,Z)
X-axis'
),ylabel('
Y-axis'
),zlabel('
Z-axis'
subplot(1,2,2);
contour3(X,Y,Z,12,'
k'
%其中12代表高度的等级数
图形修饰处理
视点处理
MATLAB提供了设置视点的函数view,其调用格式为:
view(az,el)
其中az为方位角,el为仰角,它们均以度为单位。
系统缺省的视点定义为方位角-37.5°
仰角30°
。
例
从不同视点绘制多峰函数曲面。
程序如下:
subplot(2,2,1);
mesh(peaks);
view(-37.5,30);
%指定子图1的视点
title('
azimuth=-37.5,elevation=30'
subplot(2,2,2);
view(0,90);
%指定子图2的视点
azimuth=0,elevation=90'
subplot(2,2,3);
view(90,0);
%指定子图3的视点
azimuth=90,elevation=0'
subplot(2,2,4);
view(-7,-10);
%指定子图4的视点
azimuth=-7,elevation=-10'
色彩处理
1.颜色的向量表示
MATLAB除用字符表示颜色外,还可以用含有3个元素的向量表示颜色。
向量元素在[0,1]范围取值,3个元素分别表示红、绿、蓝3种颜色的相对亮度,称为RGB三元组。
2.色图
色图(Colormap)是MATLAB系统引入的概念。
在MATLAB中,每个图形窗口只能有一个色图。
色图是m×
3的数值矩阵,它的每一行是RGB三元组。
色图矩阵可以人为地生成,也可以调用MATLAB提供的函数来定义色图矩阵。
3.三维表面图形的着色
三维表面图实际上就是在网格图的每一个网格片上涂上颜色。
surf函数用缺省的着色方式对网格片着色。
除此之外,还可以用shading命令来改变着色方式。
shadingfaceted命令将每个网格片用其高度对应的颜色进行着色,但网格线仍保留着,其shadingflat命令将每个网格片用同一个颜色进行着色,且网格线也用相应的颜色,从而使得图形表面显得更加光滑。
shadinginterp命令在网格片内采用颜色插值处理,得出的表面图显得最光滑。
颜色是黑色。
这是系统的缺省着色方式
3种图形着色方式的效果展示。
[x,y,z]=sphere(20);
colormap(copper);
subplot(1,3,1);
axisequal
subplot(1,3,2);
shadingflat;
subplot(1,3,3);
shadinginterp;
光照处理
MATLAB提供了灯光设置的函数,其调用格式为:
light('
Color'
选项1,'
Style'
选项2,'
Position'
选项3)
光照处理后的球面。
axisequal;
Posi'
[0,1,1]);
holdon;
plot3(0,1,1,'
p'
text(0,1,1,'
light'
[1,0,1]);
plot3(1,0,1,’p’);
text(1,0,1,’light’);
plot3(1,0,1,'
text(1,0,1,'
light'
图形的裁剪处理
例4-22
绘制三维曲面图,并进行插值着色处理,裁掉图中x和y都小于0部分。
[x,y]=meshgrid(-5:
0.1:
5);
z=cos(x).*cos(y).*exp(-sqrt(x.^2+y.^2)/4);
pause
%程序暂停
i=find(x<
=0&
y<
=0);
z1=z;
z1(i)=NaN;
surf(x,y,z1);
为了展示裁剪效果,第一个曲面绘制完成后暂停,然后显示裁剪后的曲面。
图像处理与动画制作图像处理
1.imread和imwrite函数
imread和imwrite函数分别用于将图像文件读入MATLAB工作空间,以及将图像数据和色图数据一起写入一定格式的图像文件。
MATLAB支持多种图像文件格式,如.bmp、.jpg、.jpeg、.tif等。
2.image和imagesc函数
这两个函数用于图像显示。
为了保证图像的显示效果,一般还应使用colormap函数设置图像色图。
例5-23
有一图像文件flower.jpg,在图形窗口显示该图像。
[x,cmap]=imread('
flower.jpg'
%读取图像的数据阵和色图阵
image(x);
colormap(cmap);
axisimageoff
%保持宽高比并取消坐标轴
动画制作
MATLAB提供getframe、moviein和movie函数进行动画制作。
1.getframe函数
getframe函数可截取一幅画面信息(称为动画中的一帧),一幅画面信息形成一个很大的列向量。
显然,保存n幅图面就需一个大矩阵。
2.moviein函数
moviein(n)函数用来建立一个足够大的n列矩阵。
该矩阵用来保存n幅画面的数据,以备播放。
之所以要事先建立一个大矩阵,是为了提高程序运行速度。
3.movie函数
movie(m,n)函数播放由矩阵m所定义的画面n次,缺省时播放一次。
绘制了peaks函数曲面并且将它绕z轴旋转。
程序如下
surf(X,Y,Z)
axis([-3,3,-3,3,-10,10])
axisoff;
colormap(hot);
m=moviein(20);
%建立一个20列大矩阵
fori=1:
20
view(-37.5+24*(i-1),30)
%改变视点
m(:
i)=getframe;
%将图形保存到m矩阵
end
movie(m,2);
%播放画面2次