最新matlab各种三维绘图及实例.docx
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最新matlab各种三维绘图及实例
Matlab绘制三维图形
三维曲线
plot3函数与plot函数用法十分相似，其调用格式为：
plot3（x1,y1,z1,选项1,x2,y2,z2,选项2,…,xn,yn,zn,选项n）
其中每一组x,y,z组成一组曲线的坐标参数，选项的定义和plot函数相同。
当x,y,z是同维向量时，则x,y,z对应元素构成一条三维曲线。
当x,y,z是同维矩阵时，则以x,y,z对应列元素绘制三维曲线，曲线条数等于矩阵列数。
例 绘制三维曲线。
程序如下：
t=0:
pi/100:
20*pi;
x=sin（t）;
y=cos（t）;
z=t.*sin（t）.*cos（t）;
plot3（x,y,z）;
title（'Linein3-DSpace'）;
xlabel（'X'）;ylabel（'Y'）;zlabel（'Z'）;
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。
程序如下：
[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。
程序如下：
[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）;
title（'mesh（x,y,z）'）
subplot（2,2,2）;
meshc（x,y,z）;
title（'meshc（x,y,z）'）
subplot（2,2,3）;
meshz（x,y,z）
title（'meshz（x,y,z）'）
subplot（2,2,4）;
surf（x,y,z）;
title（'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。
例 绘制标准三维曲面图形。
程序如下：
t=0:
pi/20:
2*pi;
[x,y,z]=cylinder（2+sin（t）,30）;
subplot（2,2,1）;
surf（x,y,z）;
subplot（2,2,2）;
[x,y,z]=sphere;
surf（x,y,z）;
subplot（2,1,2）;
[x,y,z]=peaks（30）;
surf（x,y,z）;
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）
例 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。
程序如下：
subplot（2,2,1）;
bar3（magic（4））
subplot（2,2,2）;
y=2*sin（0:
pi/10:
2*pi）;
stem3（y）;
subplot（2,2,3）;
pie3（[2347,1827,2043,3025]）;
subplot（2,2,4）;
fill3（rand（3,5）,rand（3,5）,rand（3,5）,'y'）
例 绘制多峰函数的瀑布图和等高线图。
程序如下：
subplot（1,2,1）;
[X,Y,Z]=peaks（30）;
waterfall（X,Y,Z）
xlabel（'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
xlabel（'X-axis'）,ylabel（'Y-axis'）,zlabel（'Z-axis'）;
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）;mesh（peaks）;
view（0,90）; %指定子图2的视点
title（'azimuth=0,elevation=90'）
subplot（2,2,3）;mesh（peaks）;
view（90,0）; %指定子图3的视点
title（'azimuth=90,elevation=0'）
subplot（2,2,4）;mesh（peaks）;
view（-7,-10）; %指定子图4的视点
title（'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
例 3种图形着色方式的效果展示。
程序如下：
[x,y,z]=sphere（20）;
colormap（copper）;
subplot（1,3,1）;
surf（x,y,z）;
axisequal
subplot（1,3,2）;
surf（x,y,z）;shadingflat;
axisequal
subplot（1,3,3）;
surf（x,y,z）;shadinginterp;
axisequal
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。
程序如下：
[x,y,z]=sphere（20）;
subplot（1,2,1）;
surf（x,y,z）;axisequal;
light（'Posi',[0,1,1]）;
shadinginterp;
holdon;
plot3（0,1,1,'p'）;text（0,1,1,'light'）;
subplot（1,2,2）;
surf（x,y,z）;axisequal;
light（'Posi',[1,0,1]）;
shadinginterp;
holdon;
plot3（1,0,1,'p'）;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。
程序如下：
[x,y]=meshgrid（-5:
0.1:
5）;
z=cos（x）.*cos（y）.*exp（-sqrt（x.^2+y.^2）/4）;
surf（x,y,z）;shadinginterp;
pause %程序暂停
i=find（x<=0&y<=0）;
z1=z;z1（i）=NaN;
surf（x,y,z1）;shadinginterp;
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。
程序如下：
[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
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