?作為一個(gè)功能強大的工具軟件，Matlab具有很強的圖形處理功能，提供了大量的二維、三維圖形函數。由于系統采用面向對象的技術(shù)和豐富的矩陣運算，所以在圖形處理方面即常方便又高效。

二維圖形

 ?      一、 plot函數

 ?      函數格式 ：plot(x,y)   其中x 和y 為坐標向量

 ?      函數功能 ：以向量x 、y 為軸，繪制曲線(xiàn)。

    ?      【例1】 在區間0≤X≤2p內，繪制正弦曲線(xiàn)Y=SIN（X），其程序為：

x=0:pi/100:2*pi;

y=sin(x);

plot(x,y)

     ?      【例2】同時(shí)繪制正、余弦兩條曲線(xiàn)Y1=SIN（X）和Y2=COS（X），其程序為：

x=0:pi/100:2*pi;

y1=sin(x);

y2=cos(x);

plot(x,y1,x,y2)

   ?plot函數還可以為plot(x,y1,x,y2，x,y3，…)形式，其功能是以公共向量x為X軸，分別以y1，y2，y3，…為Y軸，在同一幅圖內繪制出多條曲線(xiàn)。

?      （一）線(xiàn)型與顏色

?      格式：plot(x,y1,’cs’,...)

?      其中c表示顏色， s表示線(xiàn)型。

?（二）圖形標記

?在繪制圖形的同時(shí)，可以對圖形加上一些說(shuō)明，如圖形名稱(chēng)、圖形某一部分的含義、坐標說(shuō)明等，將這些操作稱(chēng)為添加圖形標記。

?title(‘加圖形標題');     

?xlabel('加X軸標記');    

?ylabel('加Y軸標記');      

?text(X,Y,'添加文本');

?（三）設定坐標軸

?用戶(hù)若對坐標系統不滿(mǎn)意，可利用axis命令對其重新設定。

?axis([xmin xmax ymin ymax]) 設定最大和最小值

?axis （’auto’） 將坐標系統返回到自動(dòng)缺省狀態(tài)

?axis （’square’）   將當前圖形設置為方形

?axis （’equal’）    兩個(gè)坐標因子設成相等

?axis （’off’）      關(guān)閉坐標系統

?axis （’on’）       顯示坐標系統

?      【例4】  在坐標范圍0≤X≤2π,-2≤Y≤2內重新繪制正弦曲線(xiàn)，其程序為：

x=linspace(0,2*pi,60);生成含有60個(gè)數據元素的向量X

y=sin(x);

plot(x,y);

axis ([0 2*pi -2 2]);設定坐標軸范圍

?      （四）加圖例

?      給圖形加圖例命令為legend。該命令把圖例放置在圖形空白處，用戶(hù)還可以通過(guò)鼠標移動(dòng)圖例，將其放到希望的位置。

?      格式:legend('圖例說(shuō)明','圖例說(shuō)明'); 

?      （一）subplot（m,n,p）

?      該命令將當前圖形窗口分成m×n個(gè)繪圖區，即每行n個(gè)，共m行，區號按行優(yōu)先編號，且選定第p個(gè)區為當前活動(dòng)區。

?      【例6】 在一個(gè)圖形窗口中同時(shí)繪制正弦、余弦、正切、余切曲線(xiàn)，程序為：

?      x=linspace(0,2*pi,60);

?      y=sin(x);

?      z=cos(x);

?      t=sin(x)./(cos(x)+eps); eps為系統內部常數

?      ct=cos(x)./(sin(x)+eps);

?     subplot(2,2,1); 分成2×2區域且指定1號為活動(dòng)區

?      plot(x,y);

?      title('sin(x)');                

?      axis ([0 2*pi -1 1]);           

?     subplot(2,2,2);

?（二）多圖形窗口

?需要建立多個(gè)圖形窗口，繪制并保持每一個(gè)窗口的圖形，可以使用figure命令。

?每執行一次figure命令，就創(chuàng )建一個(gè)新的圖形窗口，該窗口自動(dòng)為活動(dòng)窗口，若需要還可以返回該窗口的識別號碼，稱(chēng)該號碼為句柄。句柄顯示在圖形窗口的標題欄中，即圖形窗口標題。用戶(hù)可通過(guò)句柄激活或關(guān)閉某圖形窗口，而axis、xlabel、title等許多命令也只對活動(dòng)窗口有效。

?    重新繪制上例4個(gè)圖形，程序變動(dòng)后如下：

?      x=linspace(0,2*pi,60);

?      y=sin(x);

?      z=cos(x);

?      t=sin(x)./(cos(x)+eps);  

?      ct=cos(x)./(sin(x)+eps);

?     H1=figure; 創(chuàng )建新窗口并返回句柄到變量H1

?      plot(x,y); 繪制圖形并設置有關(guān)屬性

?      title('sin(x)');          

?      axis ([0 2*pi -1 1]);    

?     H2=figure; 創(chuàng )建第二個(gè)窗口并返回句柄到變量H2

?      plot(x,z); 繪制圖形并設置有關(guān)屬性

?      title('cos(x)');

?      （三）hold命令

?      若在已存在圖形窗口中用plot命令繼續添加新的圖形內容，可使用圖形保持命令hold。發(fā)出命令hold on后，再執行plot命令，在保持原有圖形或曲線(xiàn)的基礎上，添加新繪制的圖形。

?      閱讀如下程序：

?     x=linspace(0,2*pi,60);

?     y=sin(x);

?     z=cos(x);

?     plot(x,y,'b');           繪制正弦曲線(xiàn)

?    hold on;                  設置圖形保持狀態(tài)

?     plot(x,z,'g');           保持正弦曲線(xiàn)同時(shí)繪制余弦曲線(xiàn)

?     axis ([0 2*pi -1 1]);    

?     legend('cos','sin');

?    hold off                  關(guān)閉圖形保持

?      三、  函數f(x)曲線(xiàn)

?      fplot函數則可自適應地對函數進(jìn)行采樣，能更好地反應函數的變化規律。

?      fplot函數格式：fplot(fname，lims，tol)

?      其中fname為函數名，以字符串形式出現，lims為變量取值范圍，tol為相對允許誤差，其其系統默認值為2e-3。

?      例：fplot(‘sin（x）’,[0  2*pi],’-+’)          

?      fplot(‘[sin(x),cos(x)]’,[0  2*pi],1e-3,’·’)   同時(shí)繪制正弦、余弦曲線(xiàn)

?      為繪制f(x)=cos(tan(πx))曲線(xiàn)，可先建立函數文件fct.m，其內容為：

function  y=fct(x)

         y=cos(tan(pi*x));

用fplot函數調用fct.m函數，其命令為：

fplot(‘fct’,[0  1],1e-4)

特殊坐標圖形

?      一、  對數坐標圖形

?      （一）loglog(x,y) 雙對數坐標

?      【例7】  繪制y=|1000sin(4x)|+1的雙對數坐標圖。程序為：

?   x=[0:0.1:2*pi]；

?   y=abs(1000*sin(4*x))+1；

?  loglog(x,y); 雙對數坐標繪圖命令

?      （二）單對數坐標

?      以X軸為對數重新繪制上述曲線(xiàn)，程序為：

x=[0:0.01:2*pi]

y=abs(1000*sin(4*x))+1

semilogx(x,y); 單對數X軸繪圖命令

?      同樣，可以以Y軸為對數重新繪制上述曲線(xiàn)，程序為：

x=[0:0.01:2*pi]

y=abs(1000*sin(4*x))+1

semilogy(x,y); 單對數Y軸繪圖命令

?      二、  極坐標圖

函數polar(theta,rho)用來(lái)繪制極坐標圖，theta為極坐標角度，rho為極坐標半徑

?      【例8】 繪制sin(2*θ)*cos(2*θ)的極坐標圖，程序為：

theta=[0:0.01:2*pi];

rho=sin(2*theta).*cos(2*theta);

polar(theta,rho); 繪制極坐標圖命令

title('polar plot');

其它圖形函數

?      除plot等基本繪圖命令外，Matlab系統提供了許多其它特殊繪圖函數，這里舉一些代表性例子，更詳細的信息用戶(hù)可隨時(shí)查閱在線(xiàn)幫助，其對應的M-file文件存放在系統\matlab\toolbox\matlab目錄下。

其它圖形函數

?      一、階梯圖形

?    函數stairs(x,y)可以繪制階梯圖形，如下列程序段：

x=[-2.5:0.25:2.5];

y=exp(-x.*x);

stairs(x,y); 繪制階梯圖形命令

title('stairs  plot');

其它圖形函數

?      二、條形圖形

?   函數bar(x,y)可以繪制條形圖形，如下列程序段將繪制條形圖形

x=[-2.5:0.25:2.5];

y=exp(-x.*x);

bar(x,y); 繪制條形圖命令

其它圖形函數

?      三、填充圖形

?     fill(x,y,’c’)函數用來(lái)繪制并填充二維多邊圖形，x和y為二維多邊形頂點(diǎn)坐標向量。字符 ’c’ 規定填充顏色，其取值前已敘述。

?      下述程序段繪制一正方形并以黃色填充：

其它圖形函數

?    x=[0 1 1 0 0]; 正方形頂點(diǎn)坐標向量

?    y=[0 0 1 1 0];

?    fill(x,y,'y');繪制并以黃色填充正方形圖

?      再如：

?    x=[0:0.025:2*pi];

?    y=sin(3*x);

?    fill(x,y,[0.5 0.3 0.4]); 顏色向量

?     Matlab系統可用向量表示顏色，通常稱(chēng)其為顏色向量?；绢伾蛄坑?/span>[r g b]表示，即RGB顏色組合；以RGB為基本色，通過(guò) r,g,b在0~1范圍內的不同取值可以組合出各種顏色。

二維繪圖函數小結

?     plot         二維圖形基本函數

?     fplot        f(x)函數曲線(xiàn)繪制

?     fill         填充二維多邊圖形

?     polar        極坐標圖

?     bar          條形圖

?     loglog       雙對數坐標圖

?     semilogx    X軸為對數的坐標圖

?     semilogy    Y軸為對數的坐標圖

?     stairs       階梯形圖

?     axis         設置坐標軸

?     clf       清除圖形窗口內容

?     close        關(guān)閉圖形窗口

三維圖形

?一、 plot3函數

?最基本的三維圖形函數為plot3，它是將二維函數plot的有關(guān)功能擴展到三維空間，用來(lái)繪制三維圖形。

?函數格式：plot3(x1,y1,z1,c1,x2,y2,z2,c2,…) 

?其中x1,y1,z1…表示三維坐標向量，c1，c2…表示線(xiàn)形或顏色。

?函數功能：以向量x，y，z為坐標，繪制三維曲線(xiàn)。

?      【例9】 繪制三維螺旋曲線(xiàn)，其程序為：

?    t=0:pi/50:10*pi;

?    y1=sin(t),y2=cos(t);

?    plot3(y1,y2,t);

?    title('helix'),text(0,0,0,'origin');

?    xlabel('sin(t)'),ylabel('cos(t)'),zlabel('t');

?    grid;

?      二、mesh函數

?     mesh函數用于繪制三維網(wǎng)格圖。在不需要繪制特別精細的三維曲面結構圖時(shí)，可以通過(guò)繪制三維網(wǎng)格圖來(lái)表示三維曲面。三維曲面的網(wǎng)格圖最突出的優(yōu)點(diǎn)是：它較好地解決了實(shí)驗數據在三維空間的可視化問(wèn)題。

?   函數格式：mesh(x,y,z,c)

?    其中x，y控制X和Y軸坐標，矩陣z是由(x，y)求得Z軸坐標，(x,y,z)組成了三維空間的網(wǎng)格點(diǎn)；c用于控制網(wǎng)格點(diǎn)顏色。

?      三、surf函數

?    surf用于繪制三維曲面圖，各線(xiàn)條之間的補面用顏色填充。surf函數和mesh函數的調用格式一致。

?   函數格式: surf (x,y,z)

?    其中x，y控制X和Y軸坐標，矩陣z是由x，y求得的曲面上Z軸坐標。

?      四、視點(diǎn)

?      視點(diǎn)位置可由方位角和仰角表示。方位角又稱(chēng)旋轉角為視點(diǎn)位置在XY平面上的投影與X軸形成的角度，正值表示逆時(shí)針，負值表示順時(shí)針。仰角又稱(chēng)視角為XY平面的上仰或下俯角，正值表示視點(diǎn)在XY平面上方，負值表示視點(diǎn)在XY平面下方。從不同視點(diǎn)繪制三維圖形的函數為view。

?       view(az,el)中的az為方位角，el為仰角。通過(guò)系統提供的多峰函數peaks的繪制例子，可進(jìn)一步說(shuō)明視點(diǎn)對圖形的影響，以及view(az,el)函數的使用。

?      【例12】  不同視角圖形

?     p=peaks; 系統提供的多峰函數

?     subplot(2,2,1);

?     mesh(peaks,p);

?    view(-37.5,30); 指定子圖1的視點(diǎn)

?     title('azimuth=-37.5,elevation=30')

?     subplot(2,2,2);

?     mesh(peaks,p);

?    view(-17,60); 指定子圖2的視點(diǎn)

?     title('azimuth=-17,elevation=60')

?      五、等高線(xiàn)圖

?      等高線(xiàn)圖可通過(guò)函數contour3繪制。

?      【例13】 多峰函數peaks的等高線(xiàn)圖

?   [x,y,z]=peaks(30);

?   contour3(x,y,z,16);

?     xlabel('x-axis'),ylabel('y-axis'),zlabel('z-axis');

?   title('contour3 of peaks')

圖形句柄

?一、句柄

?在Matlab系統中，繪圖命令產(chǎn)生的每一個(gè)部分稱(chēng)為圖形對象，系統在創(chuàng )建每一個(gè)對象時(shí)，都為該對象分配唯一的一個(gè)值，稱(chēng)其為句柄，因此句柄就是圖形對象標識符。對象、句柄以及圖形對象等概念其實(shí)質(zhì)是統一的，系統將每一個(gè)對象按樹(shù)型層次結構組織起來(lái)，這些對象包括根對象，通常為計算機屏幕、圖形窗口、坐標系統、線(xiàn)條、曲面、文本串、用戶(hù)界面控制等。

?根對象可包含一個(gè)或多個(gè)圖形窗口對象，而一個(gè)圖形窗口對象又可包含一組或多組坐標系子對象，線(xiàn)條、文本等其它對象都是坐標系的子對象。所有創(chuàng )建對象的函數當父對象不存在時(shí)，都會(huì )自動(dòng)創(chuàng )建它。

?計算機屏幕作為根對象自動(dòng)建立，其句柄值為0。而Hf_f=figure命令則建立圖形窗口對象，并返回它的句柄值給變量Hf_f。圖形窗口的句柄為一整數，并顯示在該窗口的標題欄，其它圖形對象的句柄為浮點(diǎn)數，Matlab提供了一系列與句柄操作有關(guān)的函數，如gcf 、gca等。為便于識別，用大寫(xiě)字母開(kāi)頭的變量表示句柄，如Hf_f等。

?      二、對象屬性

?       所有圖形對象都具有控制對象顯示的屬性。這些屬性既包括對象的一般信息，如對象類(lèi)型、對象的父對象及子對象等，也包括對象的一些特定信息，如坐標系對象的刻度等。用戶(hù)可以獲取、設置對象屬性，以達到控制對象的目的。當創(chuàng )建一個(gè)對象時(shí)，系統用一組默認屬性值定制對象，用戶(hù)梢醞üget命令獲取這些屬性值，同時(shí)也可通過(guò)set命令重新設置對象屬性。

?      set命令格式為：

?     set(H,’name’,value，…)   將圖形對象H的name屬性設置為value

?      其中H為句柄，name為屬性名，value為name的屬性值。

圖形句柄

?      用set命令可以方便地設置圖形對象屬性，如下列程序段就是通過(guò)屬性來(lái)定制圖形。

?    x=[0:0.1:4*pi];

?    H=plot(x,sin(x)); 返回正弦曲線(xiàn)句柄H

?    set(H,'LineStyle','*','LineWidth',0.1);設置正弦曲線(xiàn)線(xiàn)型與線(xiàn)寬

?   其中'LineStyle'為線(xiàn)型屬性，'LineWidth'為線(xiàn)寬屬性。

圖形句柄

?     利用get(H)命令可以返回當前句柄H對象的屬性。

?   鍵入命令：get(H) 系統返回當前圖形對象的有關(guān)屬性：

?   象H=get(0,’CurrentFigure’)則返回根對象的’CurrentFigure’的屬性值，即當前圖形窗口的句柄，相當于函數gcf。get(gcf,’Children’)則返回當前坐標系對象的句柄；類(lèi)似的操作用戶(hù)可在使用Matlab的過(guò)程中不斷積累。

圖形句柄

?      三、句柄應用

?      利用句柄操作的有關(guān)函數，用戶(hù)可以查找、訪(fǎng)問(wèn)圖形對象，以達到定制對象屬性，改變對象顯示效果的目的。

?      x=-pi:pi/20:pi;

?      y=sin(x);z=cos(x);

?      plot(x,y,'r',x,z,'g');

?      Hl_lines=get(gca,'Children'); 獲取正、余曲線(xiàn)句柄向量Hl_lines

?      for k=1:size(Hl_lines)         

?      if get(Hl_lines(k),‘Color’)==[0 1 0]    [0 1 0]為綠顏色向    Hl_green=Hl_lines(k)         返回綠色線(xiàn)條句柄

?         end

?      end

動(dòng)畫(huà)設計

?      如果將Matlab產(chǎn)生的多幅圖形保存起來(lái)，并利用系統提供的函數進(jìn)行播放，就可產(chǎn)生動(dòng)畫(huà)效果。系統所提供的動(dòng)畫(huà)功能函數有getframe、moviein和movie。

?      getframe函數

?      getframe函數可將當前圖形窗口作為一個(gè)畫(huà)面取下并保存，格式為：m=getframe它將每一幀畫(huà)面信息數據截取下來(lái)整理成列向量。該函數截取圖形的點(diǎn)陣信息，圖形窗口的大小，對數據向量的大小影響較大，窗口越大，所需存儲容量越大。而圖形的復雜性對數據容量要求沒(méi)有直接的關(guān)系。

動(dòng)畫(huà)設計

?      moviein函數

?      函數m=moviein(n)用來(lái)建立一個(gè)足夠大的n列的矩陣m，用來(lái)保存n幅畫(huà)面的數據，以備播放。

?      movie函數

?      movie(m,n)以每秒n幅圖形的速度播放由矩陣m的列向量所組成的畫(huà)面。

動(dòng)畫(huà)設計

?      【例14】 播放一個(gè)不斷變化的眼球程序段。

?    m=moviein(20); 建立一個(gè)20個(gè)列向量組成的矩陣

?    for j=1:20

?       plot(fft(eye(j+10))) 繪制出每一幅眼球圖并保存到m矩陣中

?       m(:,j)=getframe;

?    end

?    movie(m,10);以每秒10幅的速度播放畫(huà)面

動(dòng)畫(huà)設計

?    再如下述程序段播放一個(gè)直徑不斷變化的球體。

?    n=30

?    [x,y,z]=sphere

?    m=moviein(n);

?    for j=1:n

?       surf(i*x,i*y,i*z)

?       m(:,j)=getframe;

?    end

?    movie(m,30);

習題

?      1．在[0 2π]范圍內繪制二維曲線(xiàn)圖

          y=sin(x)*cos(5x)。

?      2．在[0  2π]范圍內繪制以Y軸為對數的二維曲線(xiàn)圖， y=|1000sin(4x)|+1

?      3. 在[–6  2]范圍內用plot和fplot函數分別繪制二維曲線(xiàn)圖。

?      4．繪制z=sin(x)*cos(y)的三維網(wǎng)格和三維曲面圖，x,y變化范圍均為 [0  2π]。