《matlab繪圖功能》PPT課件

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1、第四講 繪圖功能作為一個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和豐富的矩陣運算，所以在圖形處理方面即常方便又高效。4.1 二維圖形二維圖形一、一、plot函數函數函數格式：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?！纠? 1】在區間0X2內，繪制正弦曲線Y=SIN（X），其程序為：x=0:pi/100:2*pi;y=sin(x);plot(x,y)【例例2 2】同時繪制正、余弦兩條曲線Y1=SIN（X）和Y2=COS（X），其程序為：x=0:pi/100:2*pi;y1=sin(x)

2、;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。4.1 二維圖形一、一、plot函數函數（一）線型與顏色（一）線型與顏色格式：格式：plot(x,y1,cs,.)其中c表示顏色，s表示線型。4.1 二維圖形一、一、plot函數函數【例3】用不同線型和顏色重新繪制例圖形，其程序為：x=0:pi/100:2*pi;y1=sin(x);y2=cos(x);plot(x,y1,go,x,y2,b-.)其中參數go和b-.表示圖形的顏色和線型。g

3、表示綠色，o表示圖形線型為圓圈；b表示藍色，-.表示圖形線型為點劃線。（二）圖形標記（二）圖形標記在繪制圖形的同時，可以對圖形加上一些說明，如圖形名稱、圖形某一部分的含義、坐標說明等，將這些操作稱為添加圖形標記。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);4.1 二維圖形一、一、plot函數函數（三）設定坐標軸（三）設定坐標軸用戶若對坐標系統不滿意，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缺省狀態axis（square）將當前圖形

4、設置為方形axis（equal）兩個坐標因子設成相等axis（off）關閉坐標系統axis（on）顯示坐標系統4.1 二維圖形一、一、plot函數函數【例例4 4】在坐標范圍0X2,-2Y2內重新繪制正弦曲線，其程序為：x=linspace(0,2*pi,60);生成含有60個數據元素的向量Xy=sin(x);plot(x,y);axis(0 2*pi-2 2);設定坐標軸范圍4.1 二維圖形一、一、plot函數函數（四）加圖例（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，用戶還可以通過鼠標移動圖例，將其放到希望的位置。格式:legend(圖例說明圖例說明,圖例說明

5、圖例說明);4.1 二維圖形一、一、plot函數函數【例例5 5】為正弦、余弦曲線增加圖例，其程序為：x=0:pi/100:2*pi;y1=sin(x);y2=cos(x);plot(x,y1,x,y2,-);legend(sin(x),cos(x);（一）（一）subplot（m,n,p）該命令將當前圖形窗口分成mn個繪圖區，即每行n個，共m行，區號按行優先編號，且選定第p個區為當前活動區。4.1 二維圖形二、subplot函數【例6】在一個圖形窗口中同時繪制正弦、余弦、正切、余切曲線，程序為：x=linspace(0,2*pi,60);y=sin(x);z=cos(x);t=sin(x).

6、/(cos(x)+eps);eps為系統內部常數ct=cos(x)./(sin(x)+eps);subplot(2,2,1);分成22區域且指定1號為活動區plot(x,y);title(sin(x);axis(0 2*pi-1 1);subplot(2,2,2);plot(x,z);title(cos(x);axis(0 2*pi-1 1);subplot(2,2,3);plot(x,t);title(tangent(x);axis(0 2*pi-40 40);subplot(2,2,4);plot(x,ct);title(cotangent(x);axis(0 2*pi-40 40);4.

7、1 二維圖形二、二、subplot函數函數（二）多圖形窗口（二）多圖形窗口需要建立多個圖形窗口，繪制并保持每一個窗口的圖形，可以使用figure命令。每執行一次figure命令，就創建一個新的圖形窗口，該窗口自動為活動窗口，若需要還可以返回該窗口的識別號碼，稱該號碼為句柄。句柄顯示在圖形窗口的標題欄中，即圖形窗口標題。用戶可通過句柄激活或關閉某圖形窗口，而axis、xlabel、title等許多命令也只對活動窗口有效。4.1 二維圖形二、二、subplot函數函數重新繪制上例4個圖形，程序變動后如下：x=linspace(0,2*pi,60);y=sin(x);z=cos(x);t=sin(x

8、)./(cos(x)+eps);ct=cos(x)./(sin(x)+eps);H1=figure;創建新窗口并返回句柄到變量H1plot(x,y);繪制圖形并設置有關屬性title(sin(x);axis(0 2*pi-1 1);H2=figure;創建第二個窗口并返回句柄到變量H2plot(x,z);繪制圖形并設置有關屬性title(cos(x);axis(0 2*pi-1 1);H3=figure;同上plot(x,t);title(tangent(x);axis(0 2*pi-40 40);H4=figure;同上plot(x,ct);title(cotangent(x);axis(0

9、 2*pi-40 40);4.1 二維圖形二、二、subplot函數函數（三）（三）hold命令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。發出命令hold on后，再執行plot命令，在保持原有圖形或曲線的基礎上，添加新繪制的圖形。4.1 二維圖形二、二、subplot函數函數閱讀如下程序：x=linspace(0,2*pi,60);y=sin(x);z=cos(x);plot(x,y,b);繪制正弦曲線hold on;設置圖形保持狀態plot(x,z,g);保持正弦曲線同時繪制余弦曲線axis(0 2*pi-1 1);legend(cos,sin

10、);hold off 關閉圖形保持4.1 二維圖形二、二、subplot函數函數三、函數f(x)曲線fplot函數則可自適應地對函數進行采樣，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,)同時繪制正弦、余弦曲線4.1 二維圖形為繪制f(x)=cos(tan(x)曲線，可先建立函數文件fct.m，其內容為：function y

11、=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)4.1 二維圖形三、三、函數函數f(x)曲線曲線4.2 特殊坐標圖形特殊坐標圖形一、一、對數坐標圖形對數坐標圖形（一）（一）loglog(x,y)雙對數坐標雙對數坐標【例例7 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（二）單對數坐標以X軸為對數重新繪制上述曲線，程序為：x=0:0.01:2*piy=abs(1000

12、*sin(4*x)+1semilogx(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，程序為：x=0:0.01:2*piy=abs(1000*sin(4*x)+1semilogy(x,y);單對數Y軸繪圖命令特殊坐標圖形二、二、極坐標圖極坐標圖函數polar(theta,rho)用來繪制極坐標圖，theta為極坐標角度，rho為極坐標半徑【例例8 8】繪制sin(2*)*cos(2*)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

13、 plot);特殊坐標圖形4.3 其它圖形函數其它圖形函數除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，更詳細的信息用戶可隨時查閱在線幫助，其對應的M-file文件存放在系統matlabtoolboxmatlab目錄下。4.3 其它圖形函數其它圖形函數一、階梯圖形一、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);4.3 其它圖形函數4.3 其它圖形函數其它圖形函數二、條形圖形二、條形圖形函數b

14、ar(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4.3 其它圖形函數4.3 其它圖形函數其它圖形函數三、填充圖形三、填充圖形fill(x,y,c)函數用來繪制并填充二維多邊圖形，x和y為二維多邊形頂點坐標向量。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：4.3 其它圖形函數4.3 其它圖形函數其它圖形函數x=0 1 1 0 0;正方形頂點坐標向量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(

15、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，通常稱其為顏色向量?；绢伾蛄坑胷 g b表示，即RGB顏色組合；以RGB為基本色，通過 r,g,b在01范圍內的不同取值可以組合出各種顏色。4.3 其它圖形函數二維繪圖函數小結二維繪圖函數小結plot 二維圖形基本函數fplot f(x)函數曲線繪制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 關閉圖形窗口f

16、igure 創建圖形窗口grid 放置坐標網格線gtext 用鼠標放置文本hold 保持當前圖形窗口內容subplot 創建子圖text 放置文本title 放置圖形標題xlabel 放置X軸坐標標記ylabel 放置Y軸坐標標記4.3 其它圖形函數4.4 三維圖形三維圖形一、一、plot3函數函數最基本的三維圖形函數為plot3，它是將二維函數plot的有關功能擴展到三維空間，用來繪制三維圖形。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表示線形或顏色。函數功能：以向量x，y，z為坐標，繪制三維曲線?！纠? 9】繪

17、制三維螺旋曲線，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;4.4 三維圖形二、二、mesh函數函數mesh函數用于繪制三維網格圖。在不需要繪制特別精細的三維曲面結構圖時，可以通過繪制三維網格圖來表示三維曲面。三維曲面的網格圖最突出的優點是：它較好地解決了實驗數據在三維空間的可視化問題。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

18、標，(x,y,z)組成了三維空間的網格點；c用于控制網格點顏色。4.4 三維圖形【例10】下列程序繪制三維網格曲面圖x=0:0.15:2*pi;y=0:0.15:2*pi;z=sin(y)*cos(x);矩陣相乘mesh(x,y,z);三、三、surf函數函數surf用于繪制三維曲面圖，各線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。4.4 三維圖形【例例1111】下列程序繪制三維曲面圖形x=0:0.15:2*pi;y=0:0.15:2*pi;z=sin(y)*cos(x);

19、矩陣相乘surf(x,y,z);xlabel(x-axis),ylabel(y-axis),zlabel(z-label);title(3-D surf);四、視點四、視點視點位置可由方位角和仰角表示。方位角又稱旋轉角為視點位置在XY平面上的投影與X軸形成的角度，正值表示逆時針，負值表示順時針。仰角又稱視角為XY平面的上仰或下俯角，正值表示視點在XY平面上方，負值表示視點在XY平面下方。從不同視點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。通過系統提供的多峰函數peaks的繪制例子，可進一步說明視點對圖形的影響，以及view(az,el)函數的使用。4.4

20、 三維圖形【例例1212】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title(azimuth=-37.5,elevation=30)subplot(2,2,2);mesh(peaks,p);view(-17,60);指定子圖2的視點title(azimuth=-17,elevation=60)subplot(2,2,3);mesh(peaks,p);view(-90,0);指定子圖3的視點title(azimuth=-90,elevation=0)subplot(2,2,4);mesh

21、(peaks,p);view(-7,-10);指定子圖4的視點title(azimuth=-7,elevation=-10)4.4 三維圖形五、等高線圖五、等高線圖等高線圖可通過函數contour3繪制?！纠?313】多峰函數peaks的等高線圖x,y,z=peaks(30);contour3(x,y,z,16);xlabel(x-axis),ylabel(y-axis),zlabel(z-axis);title(contour3 of peaks)4.4 三維圖形4.5 圖形句柄圖形句柄一、句柄一、句柄在Matlab系統中，繪圖命令產生的每一個部分稱為圖形對象，系統在創建每一個對象時，都為

22、該對象分配唯一的一個值，稱其為句柄，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質是統一的，系統將每一個對象按樹型層次結構組織起來，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、線條、曲面、文本串、用戶界面控制等。根對象可包含一個或多個圖形窗口對象，而一個圖形窗口對象又可包含一組或多組坐標系子對象，線條、文本等其它對象都是坐標系的子對象。所有創建對象的函數當父對象不存在時，都會自動創建它。計算機屏幕作為根對象自動建立，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

23、對象的句柄為浮點數，Matlab提供了一系列與句柄操作有關的函數，如gcf、gca等。為便于識別，用大寫字母開頭的變量表示句柄，如Hf_f等。4.5 圖形句柄二、對象屬性二、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。用戶可以獲取、設置對象屬性，以達到控制對象的目的。當創建一個對象時，系統用一組默認屬性值定制對象，用戶梢醞get命令獲取這些屬性值，同時也可通過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valu

24、e其中H為句柄，name為屬性名，value為name的屬性值。4.5 圖形句柄4.5 圖形句柄圖形句柄用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屬性來定制圖形。x=0:0.1:4*pi;H=plot(x,sin(x);返回正弦曲線句柄Hset(H,LineStyle,*,LineWidth,0.1);設置正弦曲線線型與線寬其 中 L i n e S t y l e 為 線 型 屬 性，LineWidth為線寬屬性。4.5 圖形句柄4.5 圖形句柄圖形句柄利用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屬性：象H=get(0,

25、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；類似的操作用戶可在使用Matlab的過程中不斷積累。4.5 圖形句柄4.5 圖形句柄圖形句柄三、句柄應用三、句柄應用利用句柄操作的有關函數，用戶可以查找、訪問圖形對象，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、余曲線句柄向量Hl_linesfor k=1

26、: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)返回綠色線條句柄 endend4.5 圖形句柄4.6 動畫設計動畫設計如果將Matlab產生的多幅圖形保存起來，并利用系統提供的函數進行播放，就可產生動畫效果。系統所提供的動畫功能函數有getframe、moviein和movie。getframe函數函數getframe函數可將當前圖形窗口作為一個畫面取下并保存，格式為：m=getframe它將每一幀畫面信息數據截取下來整理成列向量。該函數截取圖形的點陣信息，圖形窗口的大小，對數據向量的大

27、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有直接的關系。4.6 動畫設計4.6 動畫設計動畫設計moviein函數函數函數m=moviein(n)用來建立一個足夠大的n列的矩陣m，用來保存n幅畫面的數據，以備播放。movie函數函數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面。4.6 動畫設計4.6 動畫設計動畫設計【例例1414】播放一個不斷變化的眼球程序段。m=moviein(20);建立一個20個列向量組成的矩陣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)=getfram

28、e;endmovie(m,10);以每秒10幅的速度播放畫面4.6 動畫設計4.6 動畫設計動畫設計再如下述程序段播放一個直徑不斷變化的球體。n=30 x,y,z=spherem=moviein(n);for j=1:n surf(i*x,i*y,i*z)m(:,j)=getframe;endmovie(m,30);4.6 動畫設計習題四習題四1 在 0 2 范 圍 內 繪 制 二 維 曲 線 圖y=sin(x)*cos(5x)。2在0 2范圍內繪制以Y軸為對數的二維曲線圖。y=|1000sin(4x)|+13.在6 2范圍內用plot和fplot函數分別繪制二維曲線圖。4繪制z=sin(x)*cos(y)的三維網格和三維曲面圖，x,y變化范圍均為 0 2。