matlab各种三维绘图及实例.pdf

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1、 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,

2、y,z);title(Line in 3-D Space);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(

3、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0,4pi0,4pi区域生成网格坐标 z=sin(x+sin(y)-x/10;mesh(x,y,z);axis(0 4*pi 0 4*pi-2.5 1);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

4、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);su

5、rf(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)：generates three(N+1)-by-(N+1)matrices so that SURF(X,Y,Z)produces a unit sphere.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(

6、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，

7、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);subp

8、lot(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

9、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

10、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(Color map)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 m3 的数值矩阵，它的每一行是 RGB 三

11、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。shading faceted 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shading flat 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。shading interp 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

12、 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);axis equal subplot(1,3,2);surf(x,y,z);shading flat;axis equal subplot(1,3,3);surf(x,y,z);shading interp;axis equal 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);su

13、bplot(1,2,1);surf(x,y,z);axis equal;light(Posi,0,1,1);shading interp;hold on;plot3(0,1,1,p);text(0,1,1,light);subplot(1,2,2);surf(x,y,z);axis equal;light(Posi,1,0,1);shading interp;hold on;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:

14、5);z=cos(x).*cos(y).*exp(-sqrt(x.2+y.2)/4);surf(x,y,z);shading interp;pause%程序暂停 i=find(x=0&y=0);z1=z;z1(i)=NaN;surf(x,y,z1);shading interp;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 1imread 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

15、持 多 种 图 像 文 件 格 式，如.bmp、.jpg、.jpeg、.tif 等。2image 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);axis image off%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。1getfram

16、e 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。2moviein 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。3movie 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。例 绘制了 peaks 函数曲面并且将它绕 z 轴旋转。程序如下 X,Y,Z=peaks(30);surf(X,Y,Z)axis(-3,3,-3,3,-10,10)axis off;shading interp;colormap(hot);m=moviein(20);%建立一个 20 列大矩阵 for i=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