Matlab入门到精通ch10.docx
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Matlab入门到精通ch10
10句柄图形
与第7章的高层指令相比，本章的内容更深入MATLAB可视化功能的内核。
编写本章的目的有两个：
一，使读者更深入地理解高层绘图指令，从而可绘制出更精细更生动更个性的图形；二，使读者能利用低层图形指令和图形对象属性开发专用绘图函数。
本章在内容安排上有如下考虑：
●保证概念、结构和方法的完整性：
本章的前6节内容按由表及里、由浅入深的原则系统阐述句柄图形体系、图形对象、属性和操作方法。
●突出要点、新点和难点：
句柄图形体系有11个基本图形对象，每个对象的属性少则20几个，多则近百个。
对此，MATLAB自带资料有详尽的文字说明。
因此，本章只对最常用的、不可或缺的、MATLAB老版本中所没有的、以及较难掌握的内容进行说明。
●强调“可操作性”体现“范例引导概念”的本书宗旨：
针对MATLAB自带资料缺少完整、可操作应用实例的弱点，本章设计了17个算例，其中9个精心设计的完整应用范例就占本章一半以上篇幅。
读者通过阅读或操作这些范例，可掌握各指令、属性之间的有机配合，从而更具体更真切地理解句柄图形。
在本章内容正式展开之前，先把MATLAB随带资料中涉及各对象属性的文件及查阅方法罗列如下。
读者应重视这些最原始、最权威、最细节、任何其它书籍不能代替的资料。
●使用AdobeAcrobatReader阅读（或打印）以下PDF文件
help\pdf_doc\matlab\graphg.pdf；
help\pdf_doc\matlab\ref\refbook2.pdf；
●使用NetscapeNavigator或MicrosoftInternetExplorer打开以下引导文件
help\techdoc\infotool\hgprop\doc_frame.htm
●使用指令help或helpwindow图形用户界面查看有关对象的资料。
如helpfigure可直接得到有关图对象的属性描述。
●利用get,set指令在MATLAB指令窗中，直接查询对象属性。
10.1句柄图形体系
10.1.1图形对象、对象句柄和句柄图形树结构
10.1.2对象属性
10.2图形对象的操作
10.2.1图形对象创建指令一览
10.2.2对象句柄的获取方法
10.2.2.1基本方法
10.2.2.2句柄获取示例
【*例10.2.2.2-1】画网线图，并得相应句柄；追溯法找所在图形窗句柄；gcf和gca演示。
clfreset;H_mesh=mesh（peaks（20））
H_grand_parent=get（get（H_mesh,'Parent'）,'Parent'）
disp（'图柄轴柄'）,disp（[gcfgca]）%显示当前图形窗和轴的句柄
H_mesh=
73.0135
H_grand_parent=
1
图柄轴柄
1.000072.0051
图10.2.2.2_1
【*例10.2.2.2-2】低层指令绘图，获得句柄；获取同轴上字对象的句柄和相应对象类型。
clfreset,t=（0:
100）/100*2*pi;H_line=line（'Xdata',t,'Ydata',sin（t））
text（pi,0.8,'\fontsize{14}sin（t）'）
H_c=get（get（H_line,'parent'）,'children'）%轴之所有“子”的句柄
T=get（H_c,'Type'）%轴之所有“子”对象名称
H_line=
72.0052
H_c=
74.0116
72.0052
T=
'text'
'line'
图10.2.2.2_2
【*例10.2.2.2-3】findobj指令的使用。
clfreset,t=（0:
pi/100:
2*pi）';tt=t*[11];yy=sin（tt）*diag（[0.51]）;
plot（tt,yy）,Hb=findobj（gca,'Color','b'）%在当前轴上寻找蓝线的句柄
Hb=
72.0050
图10.2.2.2_3
10.3对象属性的获取和设置
10.3.1创建对象时设置属性
10.3.2get和set
10.3.3对象属性的缺省设置和查询
10.3.4属性查询和设置示例
【*例10.3.4-1】创建二维图形时，分别用元胞数组和构架数组设置对象属性。
clfreset,x=0:
pi/12:
2*pi;
PN1={'Color','LineWidth','Marker'};%属性名元胞数组
PV1={[100],5,'d'};%属性值元胞数组
plot（sin（x）,cos（x）,PN1,PV1）%高层指令，元胞数组属性对设置
axissquare
PS.Color=[0.70.70];PS.LineWidth=2;%构架数组属性
line（sin（7*x）,cos（7*x）,PS）;%低层指令，构架数组属性设置。
图10.3.4-1创建对象时设置属性的二维图形
【例10.3.4-2】本例演示：
影响line或plot画线时线型和色彩的“父”对象设置。
（1）指令中直接指定线型或/和颜色：
用“红虚点线”绘所有曲线。
clfreset;t=（0:
pi/50:
2*pi）';k=0.4:
0.1:
1;Y=cos（t）*k;
line（t,Y,'Color',[100],'LineStyle','-.'）%<2>
图10.3.4_2_1
（2）轴对象属性'LineStyle'和'ColorOrder'的影响：
以“黑实—黑虚—灰实—灰虚”的循环次序绘线。
clfreset
set（gca,'ColorOrder',[000;0.70.70.7],'LineStyle','-|:
'）%<4>
line（t,Y）
图10.3.4_2_2
（3）在“图对象”上，对轴的缺省属性'DefaultAxesLineStyleOrder'和'DefaultAxesColorOrder'设置所产生的影响：
以“红实—蓝实—红虚—蓝虚”的循环次序绘线。
clfreset
set（gcf,'DefaultAxesLineStyleOrder','-|:
'）;
set（gcf,'DefaultAxesColorOrder',[100;001]）;
line（t,Y）
图10.3.4_2_3
10.4为低层指令绘图准备图/轴
10.4.1'NextPlot'属性
10.4.2准备图/轴的简捷指令newplot
10.4.3高层绘图文件的形成
【例10.4.3-1】高层作图函数surf.m文件与底层作图指令surface的关系。
[surf.m]
functionh=surf（varargin）
cax=newplot;%准备图形窗和轴，并返回轴句柄。
ifnargin==0
error（'Notenoughinputarguments.'）
elseifnargin==1
ifmin（size（varargin{1}））==1
error（'Inputargumentmustbeamatrixnotavectororascalar'）
else
hh=surface（varargin{1}）;%单输入宗量格式创建面
end
else
hh=surface（varargin{:
}）;%多输入宗量格式创建面
end
next=lower（get（cax,'NextPlot'））;%把大写字母变为小写
if~ishold%假如当前图形不处在holdon状态为真
view（3）%在默认视点观看三维图形
gridon%画分格线
end
ifnargout==1
h=hh;%输出宗量数为1时，将surface的句柄赋给变量h。
end
10.5图形窗的色彩资源和光标属性
10.5.1色彩资源
10.5.2光标指针
10.5.2.1预定义的指针形状
10.5.2.2自定义指针形状
10.6轴对象
10.6.1轴位框的几何属性和多轴位框
10.6.2图形名和坐标轴名的句柄操作
10.6.3轴刻度的属性控制
10.6.4坐标轴尺度、方向、位置属性
10.6.5照相机属性
10.7句柄图形应用专题
10.7.1光标形状的自制
【*例10.7.1-1】自制光标指针形状（本例只能在指令窗中运行、体验）。
（1）运行以下指令，在屏幕的右上方（即第一象限）创建一个背景为“橘黄”色的图形窗，窗名为“试验窗”。
（图形窗的外形见图10.7.1-1-2）
bdw=0.01;%左右两侧边和底边的宽度
tpw=0.15;%顶边宽度不能太小
pos=[1/2+bdw,2/3+bdw,1/2-2*bdw,1/3-bdw-tpw];%<3>
figure（'Units','normalized','Position',pos,'Color',[0.9,0.65,0]）
%<4>
set（gcf,'Name','试验窗'）%<5>
（2）为该图形窗制作一个“手指”状光标指针
P=ones（16,16）*NaN;
P（1,5）=1;P（2:
14,4）=1;P（15,5）=1;P（16,6:
11）=1;P（15,12）=1;P（9:
14,13）=1;
P（2:
9,6）=1;P（9,7）=1;P（8,8）=1;P（9,9）=1;P（8,10）=1;P（9,11）=1;P（8,12）=1;
P（2:
14,5）=2;P（10:
15,6:
11）=2;P（9,8）=2;P（9,10）=2;P（9:
14,12）=2;
set（gcf,'Pointer','Custom','PointerShapeCData',P,'PointerShapeHotSpot',[2,5]）
图10.7.1-1-2自定义窗名、背景色和光标形状的图形窗
10.7.2任意布置子图和轴外注释
【*例10.7.2-1】本例演示：
axes轴位框设计、rectangle的运用、及轴外注释。
所谓轴外注释，实际上是使用了两个轴位框。
一个轴位框充满全部图形窗，其坐标框被隐去，而只写注释文字。
而另一个比较小的轴位框用于绘图。
这样从外表看去，注释就处于那小轴位框的外部。
clf
%图形数据的产生
zeta2=[0.20.40.60.81.0];n=length（zeta2）;
fork=1:
n;Num{k,1}=1;Den{k,1}=[12*zeta2（k）1];end
S=tf（Num,Den）;%产生单输入多输出系统
t=（0:
0.4:
20）';%时间采样点
[Y,x]=step（S,t）;%单输入多输出系统的响应
tt=t*ones（size（zeta2））;%为画彩带图，生成与函数值Y维数相同的时间矩阵。
%产生全窗轴位框，并隐去坐标轴
clfreset,H=axes（'Position',[0,0,1,1],'Visible','off'）;
%产生包含多行字符串的元胞数组
str{1}='\fontname{隶书}二阶系统阶跃响应';%<11>
str{2}='y（t）=1-\beta^{-1}e^{-\zetat}sin（\betat+\theta）';
str{3}='';str{4}='\fontname{隶书}其中：
';
str{5}='\beta=（1-\zeta^{2}）^{0.5}';
str{6}='\theta=arctg（\beta/\zeta）';
str{7}='\zeta=.2,.4,.6,.8,1';%<15>
%使H句柄轴对象成为当前轴，然后注释多行文字。
set（gcf,'CurrentAxes',H）%<18>
text（0.01,0.73,str,'FontSize',12）%<19>
h1=axes（'Position',[0.45,0.45,0.5,0.5]）;%产生右半窗的轴位框
ribbon（tt,Y,0.4）%在h1轴位框中画彩带图
%对X轴、Z轴重标刻度值
set（h1,'XTickLabelMode','manual','XTickLabel','0|0.4|0.8|1.2'）;%<23>
set（h1,'ZTickLabel','0|1.0|2.0'）;%<24>
%低层指令标识轴名
set（get（h1,'XLabel'）,'String','\zeta\rightarrow','Rotation',17.5）
set（get（h1,'YLabel'）,'String','\leftarrowt','Rotation',-25）%<27>
set（get（h1,'Zlabel'）,'String','y\rightarrow'）
h2=axes（'Position',[0.03,0.08,0.27,0.27]）;%在左下角，产生小的轴位框。
plot（tt,Y）%在h2轴对象上画二维图
%在右下方画系统方块框图
h3=axes（'Position',[0.37,0.04,0.63,0.32]）;%设置画框图的轴位框
set（h3,'Xlim',[0,1.2],'Ylim',[0,0.5]）%设置轴的刻度范围
set（h3,'DataAspectRatio',[111]）%设置刻度比例
set（h3,'ColorOrder',[0,0,0]）%设置绘线的首选用色
set（h3,'Visible','off'）%隐去坐标轴
hh1=rectangle（'Position',[0.5,0.2,0.4,0.2],'Curvature',[0,0]）;
%画方框<37>
hh2=rectangle（'Position',[0.2,0.26,0.08,0.08],'Curvature',[1,1]）;
%画圆框<38>
xx1=0.05:
0.01:
0.2;xx2=0.28:
0.02:
0.5;
xx3=0.9:
0.02:
1.1;xx4=0.24:
0.02:
1;
yy5=0.1:
0.02:
0.26;yy6=0.1:
0.02:
0.3;
yy1=0.3*ones（size（xx1））;yy2=0.3*ones（size（xx2））;
yy3=0.3*ones（size（xx3））;yy4=0.1*ones（size（xx4））;
xx5=0.24*ones（size（yy5））;xx6=ones（size（yy6））;
line（xx1,yy1）;line（xx2,yy2）;line（xx3,yy3）;line（xx4,yy4）;
line（xx5,yy5）;line（xx6,yy6）
line（0.17,0.3,'Marker','>','MarkerFaceColor','k'）
line（0.47,0.3,'Marker','>','MarkerFaceColor','k'）
line（1.1,0.3,'Marker','>','MarkerFaceColor','k'）
line（0.24,0.23,'Marker','^','MarkerFaceColor','k'）
line（0.17,0.35,'Marker','+'）
text（0.27,0.23,'-'）
text（0.05,0.35,'u（t）'）
text（1,0.35,'y（t）'）
text（0.6,0.26,'s{^2}+2{\zeta}s'）;
xx7=0.56:
0.02:
0.84;yy7=0.3*ones（size（xx7））;line（xx7,yy7）
text（0.68,0.35,'1'）
图10.7.2-1轴属性设置的综合演示
10.7.3制作个性化双坐标系
【*例10.7.3-1】制作一个双坐标系用来表现高压和低温两个不同量的过渡过程。
tp=（0:
100）/100*5;yp=8+4*（1-exp（-0.8*tp）.*cos（3*tp））;%压力数据
tt=（0:
500）/500*40;yt=120+40*（1-exp（-0.05*tt）.*cos（tt））;%温度数据
%产生双坐标系图形
clfreset,h_ap=axes（'Position',[0.13,0.13,0.7,0.75]）;%<4>
set（h_ap,'Xcolor','b','Ycolor','b','Xlim',[0,5],'Ylim',[0,15]）;
nx=10;ny=6;%<6>
pxtick=0:
（（5-0）/nx）:
5;pytick=0:
（（15-0）/ny）:
15;%<7>
set（h_ap,'Xtick',pxtick,'Ytick',pytick,'Xgrid','on','Ygrid','on'）
h_linet=line（tp,yp,'Color','b'）;%<9>
set（get（h_ap,'Xlabel'）,'String','时间\rightarrow（分）'）
set（get（h_ap,'Ylabel'）,'String','压力\rightarrow（\times10^{5}Pa）'）
h_at=axes（'Position',get（h_ap,'Position'））;%<12>
set（h_at,'Color','none','Xcolor','r','Ycolor','r'）;%<13>
set（h_at,'Xaxislocation','top'）%<14>
set（h_at,'Yaxislocation','right','Ydir','rev'）%<15>
set（get（h_at,'Xlabel'）,'String','\fontsize{15}\fontname{隶书}时间\rightarrow（分）'）
set（get（h_at,'Ylabel'）,'String','（{\circ}C）\fontsize{15}\leftarrow\fontname{隶书}零下温度'）
set（h_at,'Ylim',[0,210]）%<18>
line（tt,yt,'Color','r','Parent',h_at）%<19>
xpm=get（h_at,'Xlim'）;%<20>
txtick=xpm
（1）:
（（xpm
（2）-xpm
（1））/nx）:
xpm
（2）;%<21>
tytick=0:
（（210-0）/ny）:
210;%<22>
set（h_at,'Xtick',txtick,'Ytick',tytick）%<23>
图10.7.3-1双坐标系图形
10.7.4连续变焦和飞驰图形
【*例10.7.4-1】通过CameraPosition设置的不断变化，使地球迎面飞来，贯穿而过，从地球另一面飞离而去。
但在整个飞行过程中，相机镜头始终对着地球。
（1）编写三维地球生成程序earth_zzy.m函数文件
[earth_zzy.m]
functionearth_zzy（ap）
%erath_zyy.m绘制三维地球
%ap取0时，相机视角采用自动设置；
%取1时，相机视角取缺省值的十分之一,因此地球显得较大。
loadtopo%装载图象topo和相应的图象色图topomap1
figure（'colormap',topomap1,'Color',[.8.8.8]）;%设置图形窗的色图和背景色<6>
[x,y,z]=sphere（50）;
azzy.DataAspectRatio=[111];azzy.PlotBoxAspectRatioMode='auto';
fa=axes（'Visible','off',azzy）;%设置轴的数据宽高比和坐标框三度比
szzy1.AmbientStrength=0.1;szzy1.DiffuseStrength=1;
szzy1.SpecularColorReflectance=.5;szzy1.SpecularExponent=20;
szzy1.SpecularStrength=1;
surface（x,y,z,szzy1,'FaceLighting','phong','FaceColor','texture',...
'EdgeColor','none','Cdata',topo,'Parent',fa）;%设置面对象<13>
ifap==1,set（fa,'CameraViewAngle',0.1*get（fa,'CameraViewAngle'））;end
light（'position',[-101],'color',[0.510.5]）;
light（'position',[-1.50.5-0.5],'color',[.6.2.2]）;
light（'Position',[1.51.5-1]）;
light（'Position',[0-1.50],'color',[0.60.61]）;
view（[-1726]）
（2）运行erath_zzy可以画出如下三维地球图。
（在Notebook和指令窗中均可运行）
earth_zzy（0）
图10.7.4-1三维地球图形
（3）编写飞驰程序fly_zzy.m脚本文件
[fly_zzy.m]
%fly_zzy.m连续改变相机位置，产生贯穿地球的效果
earth_zzy（0）%调用函数文件，产生三维地球图形。
<2>
set（gca,'CameraViewAngleMode','manual'）%<3>
pos=get（gca,'CameraPosition'）;%获取相机初始位置
tar=get（gca,'CameraTarget'）;%获取相机目标位置
kk=（0:
2:
40）/15;nk=length（k
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