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1、第四讲 绘图功能作为一个功能强大的工具软件，Matlab具有很强的图形处理功能，提供了大量的二维、三维图形函数。由于系统采用面向对象的技术和丰富的矩阵运算，所以在图形处理方面即常方便又高效。4.1 二维图形二维图形一、一、plot函数函数函数格式：plot(x,y)其中x和y为坐标向量函数功能：以向量x、y为轴，绘制曲线。【例例1 1】在区间0X2内，绘制正弦曲线Y=SIN（X），其程序为：x=0:pi/100:2*pi;y=sin(x);plot(x,y)【例例2 2】同时绘制正、余弦两条曲线Y1=SIN（X）和Y2=COS（X），其程序为：x=0:pi/100:2*pi;y1=sin(x)
2、;y2=cos(x);plot(x,y1,x,y2)plot函数还可以为plot(x,y1,x,y2，x,y3，)形式，其功能是以公共向量x为X轴，分别以y1，y2，y3，为Y轴，在同一幅图内绘制出多条曲线。4.1 二维图形一、一、plot函数函数（一）线型与颜色（一）线型与颜色格式：格式：plot(x,y1,cs,.)其中c表示颜色，s表示线型。4.1 二维图形一、一、plot函数函数【例3】用不同线型和颜色重新绘制例4.2图形，其程序为：x=0:pi/100:2*pi;y1=sin(x);y2=cos(x);plot(x,y1,go,x,y2,b-.)其中参数go和b-.表示图形的颜色和线
3、型。g表示绿色，o表示图形线型为圆圈；b表示蓝色，-.表示图形线型为点划线。（二）图形标记（二）图形标记在绘制图形的同时，可以对图形加上一些说明，如图形名称、图形某一部分的含义、坐标说明等，将这些操作称为添加图形标记。title(加图形标题);xlabel(加X轴标记);ylabel(加Y轴标记);text(X,Y,添加文本);4.1 二维图形一、一、plot函数函数（三）设定坐标轴（三）设定坐标轴用户若对坐标系统不满意，可利用axis命令对其重新设定。axis(xmin xmax ymin ymax)设定最大和最小值axis（auto）将坐标系统返回到自动缺省状态axis（square）将当
4、前图形设置为方形axis（equal）两个坐标因子设成相等axis（off）关闭坐标系统axis（on）显示坐标系统4.1 二维图形一、一、plot函数函数【例例4 4】在坐标范围0X2,-2Y2内重新绘制正弦曲线，其程序为：x=linspace(0,2*pi,60);生成含有60个数据元素的向量Xy=sin(x);plot(x,y);axis(0 2*pi-2 2);设定坐标轴范围4.1 二维图形一、一、plot函数函数（四）加图例（四）加图例给图形加图例命令为legend。该命令把图例放置在图形空白处，用户还可以通过鼠标移动图例，将其放到希望的位置。格式:legend(图例说明图例说明,图
5、例说明图例说明);4.1 二维图形一、一、plot函数函数【例例5 5】为正弦、余弦曲线增加图例，其程序为：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）该命令将当前图形窗口分成mn个绘图区，即每行n个，共m行，区号按行优先编号，且选定第p个区为当前活动区。4.1 二维图形二、subplot函数【例6】在一个图形窗口中同时绘制正弦、余弦、正切、余切曲线，程序为：x=linspace(0,2*pi,60);y=sin(x);z=cos(x);t=sin(
6、x)./(cos(x)+eps);eps为系统内部常数ct=cos(x)./(sin(x)+eps);subplot(2,2,1);分成22区域且指定1号为活动区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)
7、;4.1 二维图形二、二、subplot函数函数（二）多图形窗口（二）多图形窗口需要建立多个图形窗口，绘制并保持每一个窗口的图形，可以使用figure命令。每执行一次figure命令，就创建一个新的图形窗口，该窗口自动为活动窗口，若需要还可以返回该窗口的识别号码，称该号码为句柄。句柄显示在图形窗口的标题栏中，即图形窗口标题。用户可通过句柄激活或关闭某图形窗口，而axis、xlabel、title等许多命令也只对活动窗口有效。4.1 二维图形二、二、subplot函数函数重新绘制上例4个图形，程序变动后如下：x=linspace(0,2*pi,60);y=sin(x);z=cos(x);t=si
8、n(x)./(cos(x)+eps);ct=cos(x)./(sin(x)+eps);H1=figure;创建新窗口并返回句柄到变量H1plot(x,y);绘制图形并设置有关属性title(sin(x);axis(0 2*pi-1 1);H2=figure;创建第二个窗口并返回句柄到变量H2plot(x,z);绘制图形并设置有关属性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);axi
9、s(0 2*pi-40 40);4.1 二维图形二、二、subplot函数函数（三）（三）hold命令命令若在已存在图形窗口中用plot命令继续添加新的图形内容，可使用图形保持命令hold。发出命令hold on后，再执行plot命令，在保持原有图形或曲线的基础上，添加新绘制的图形。4.1 二维图形二、二、subplot函数函数阅读如下程序：x=linspace(0,2*pi,60);y=sin(x);z=cos(x);plot(x,y,b);绘制正弦曲线hold on;设置图形保持状态plot(x,z,g);保持正弦曲线同时绘制余弦曲线axis(0 2*pi-1 1);legend(cos,
10、sin);hold off 关闭图形保持4.1 二维图形二、二、subplot函数函数三、函数f(x)曲线fplot函数则可自适应地对函数进行采样，能更好地反应函数的变化规律。fplot函数格式：fplot(fname，lims，tol)其中fname为函数名，以字符串形式出现，lims为变量取值范围，tol为相对允许误差，其其系统默认值为2e-3。例：fplot(sin（x）,0 2*pi,-+)fplot(sin(x),cos(x),0 2*pi,1e-3,)同时绘制正弦、余弦曲线4.1 二维图形为绘制f(x)=cos(tan(x)曲线，可先建立函数文件fct.m，其内容为：functio
11、n y=fct(x)y=cos(tan(pi*x);用fplot函数调用fct.m函数，其命令为：fplot(fct,0 1,1e-4)4.1 二维图形三、三、函数函数f(x)曲线曲线4.2 特殊坐标图形特殊坐标图形一、一、对数坐标图形对数坐标图形（一）（一）loglog(x,y)双对数坐标双对数坐标【例例7 7】绘制y=|1000sin(4x)|+1的双对数坐标图。程序为：x=0:0.1:2*pi；y=abs(1000*sin(4*x)+1；loglog(x,y);双对数坐标绘图命令（二）单对数坐标（二）单对数坐标以X轴为对数重新绘制上述曲线，程序为：x=0:0.01:2*piy=abs(1
12、000*sin(4*x)+1semilogx(x,y);单对数X轴绘图命令同样，可以以Y轴为对数重新绘制上述曲线，程序为：x=0:0.01:2*piy=abs(1000*sin(4*x)+1semilogy(x,y);单对数Y轴绘图命令4.2特殊坐标图形二、二、极坐标图极坐标图函数polar(theta,rho)用来绘制极坐标图，theta为极坐标角度，rho为极坐标半径【例例8 8】绘制sin(2*)*cos(2*)的极坐标图，程序为：theta=0:0.01:2*pi;rho=sin(2*theta).*cos(2*theta);polar(theta,rho);绘制极坐标图命令title
13、(polar plot);4.2特殊坐标图形4.3 其它图形函数其它图形函数除plot等基本绘图命令外，Matlab系统提供了许多其它特殊绘图函数，这里举一些代表性例子，更详细的信息用户可随时查阅在线帮助，其对应的M-file文件存放在系统matlabtoolboxmatlab目录下。4.3 其它图形函数其它图形函数一、阶梯图形一、阶梯图形函数stairs(x,y)可以绘制阶梯图形，如下列程序段：x=-2.5:0.25:2.5;y=exp(-x.*x);stairs(x,y);绘制阶梯图形命令title(stairs plot);4.3 其它图形函数4.3 其它图形函数其它图形函数二、条形图形
14、二、条形图形函数bar(x,y)可以绘制条形图形，如下列程序段将绘制条形图形x=-2.5:0.25:2.5;y=exp(-x.*x);bar(x,y);绘制条形图命令4.3 其它图形函数4.3 其它图形函数其它图形函数三、填充图形三、填充图形fill(x,y,c)函数用来绘制并填充二维多边图形，x和y为二维多边形顶点坐标向量。字符 c 规定填充颜色，其取值前已叙述。下述程序段绘制一正方形并以黄色填充：4.3 其它图形函数4.3 其它图形函数其它图形函数x=0 1 1 0 0;正方形顶点坐标向量y=0 0 1 1 0;fill(x,y,y);绘制并以黄色填充正方形图再如：x=0:0.025:2*
15、pi;y=sin(3*x);fill(x,y,0.5 0.3 0.4);颜色向量Matlab系统可用向量表示颜色，通常称其为颜色向量。基本颜色向量用r g b表示，即RGB颜色组合；以RGB为基本色，通过 r,g,b在01范围内的不同取值可以组合出各种颜色。4.3 其它图形函数二维绘图函数小结二维绘图函数小结plot 二维图形基本函数fplot f(x)函数曲线绘制fill 填充二维多边图形polar 极坐标图bar 条形图loglog 双对数坐标图semilogx X轴为对数的坐标图semilogy Y轴为对数的坐标图stairs 阶梯形图axis 设置坐标轴clf 清除图形窗口内容clos
16、e 关闭图形窗口figure 创建图形窗口grid 放置坐标网格线gtext 用鼠标放置文本hold 保持当前图形窗口内容subplot 创建子图text 放置文本title 放置图形标题xlabel 放置X轴坐标标记ylabel 放置Y轴坐标标记4.3 其它图形函数4.4 三维图形三维图形一、一、plot3函数函数最基本的三维图形函数为plot3，它是将二维函数plot的有关功能扩展到三维空间，用来绘制三维图形。函数格式：plot3(x1,y1,z1,c1,x2,y2,z2,c2,)其中x1,y1,z1表示三维坐标向量，c1，c2表示线形或颜色。函数功能：以向量x，y，z为坐标，绘制三维曲线
17、。【例例9 9】绘制三维螺旋曲线，其程序为：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 三维图形二、二、mesh函数函数mesh函数用于绘制三维网格图。在不需要绘制特别精细的三维曲面结构图时，可以通过绘制三维网格图来表示三维曲面。三维曲面的网格图最突出的优点是：它较好地解决了实验数据在三维空间的可视化问题。函数格式：mesh(x,y,z,c)其中x，y控制X和Y轴坐标，矩阵z是由(
18、x，y)求得Z轴坐标，(x,y,z)组成了三维空间的网格点；c用于控制网格点颜色。4.4 三维图形【例10】下列程序绘制三维网格曲面图x=0:0.15:2*pi;y=0:0.15:2*pi;z=sin(y)*cos(x);矩阵相乘mesh(x,y,z);三、三、surf函数函数surf用于绘制三维曲面图，各线条之间的补面用颜色填充。surf函数和mesh函数的调用格式一致。函数格式:surf(x,y,z)其中x，y控制X和Y轴坐标，矩阵z是由x，y求得的曲面上Z轴坐标。4.4 三维图形【例例1111】下列程序绘制三维曲面图形x=0:0.15:2*pi;y=0:0.15:2*pi;z=sin(y
19、)*cos(x);矩阵相乘surf(x,y,z);xlabel(x-axis),ylabel(y-axis),zlabel(z-label);title(3-D surf);四、视点四、视点视点位置可由方位角和仰角表示。方位角又称旋转角为视点位置在XY平面上的投影与X轴形成的角度，正值表示逆时针，负值表示顺时针。仰角又称视角为XY平面的上仰或下俯角，正值表示视点在XY平面上方，负值表示视点在XY平面下方。从不同视点绘制三维图形的函数为view。view(az,el)中的az为方位角，el为仰角。通过系统提供的多峰函数peaks的绘制例子，可进一步说明视点对图形的影响，以及view(az,el)
20、函数的使用。4.4 三维图形【例例1212】不同视角图形p=peaks;系统提供的多峰函数subplot(2,2,1);mesh(peaks,p);view(-37.5,30);指定子图1的视点title(azimuth=-37.5,elevation=30)subplot(2,2,2);mesh(peaks,p);view(-17,60);指定子图2的视点title(azimuth=-17,elevation=60)subplot(2,2,3);mesh(peaks,p);view(-90,0);指定子图3的视点title(azimuth=-90,elevation=0)subplot(2,
21、2,4);mesh(peaks,p);view(-7,-10);指定子图4的视点title(azimuth=-7,elevation=-10)4.4 三维图形五、等高线图五、等高线图等高线图可通过函数contour3绘制。【例例1313】多峰函数peaks的等高线图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 三维图形4.5 图形句柄图形句柄一、句柄一、句柄在Matlab系统中，绘图命令产生的每一个部分称为图形对象，系统在创建
22、每一个对象时，都为该对象分配唯一的一个值，称其为句柄，因此句柄就是图形对象标识符。对象、句柄以及图形对象等概念其实质是统一的，系统将每一个对象按树型层次结构组织起来，这些对象包括根对象，通常为计算机屏幕、图形窗口、坐标系统、线条、曲面、文本串、用户界面控制等。根对象可包含一个或多个图形窗口对象，而一个图形窗口对象又可包含一组或多组坐标系子对象，线条、文本等其它对象都是坐标系的子对象。所有创建对象的函数当父对象不存在时，都会自动创建它。计算机屏幕作为根对象自动建立，其句柄值为0。而Hf_f=figure命令则建立图形窗口对象，并返回它的句柄值给变量Hf_f。图形窗口的句柄为一整数，并显示在该窗口
23、的标题栏，其它图形对象的句柄为浮点数，Matlab提供了一系列与句柄操作有关的函数，如gcf、gca等。为便于识别，用大写字母开头的变量表示句柄，如Hf_f等。4.5 图形句柄二、对象属性二、对象属性所有图形对象都具有控制对象显示的属性。这些属性既包括对象的一般信息，如对象类型、对象的父对象及子对象等，也包括对象的一些特定信息，如坐标系对象的刻度等。用户可以获取、设置对象属性，以达到控制对象的目的。当创建一个对象时，系统用一组默认属性值定制对象，用户梢酝get命令获取这些属性值，同时也可通过set命令重新设置对象属性。set命令格式为：set(H,name,value，)将图形对象H的name
24、属性设置为value其中H为句柄，name为属性名，value为name的属性值。4.5 图形句柄4.5 图形句柄图形句柄用set命令可以方便地设置图形对象属性，如下列程序段就是通过属性来定制图形。x=0:0.1:4*pi;H=plot(x,sin(x);返回正弦曲线句柄Hset(H,LineStyle,*,LineWidth,0.1);设置正弦曲线线型与线宽其 中 LineStyle为 线 型 属 性，LineWidth为线宽属性。4.5 图形句柄4.5 图形句柄图形句柄利用get(H)命令可以返回当前句柄H对象的属性。键入命令：get(H)系统返回当前图形对象的有关属性：象H=get(0,
25、CurrentFigure)则返回根对象的CurrentFigure的属性值，即当前图形窗口的句柄，相当于函数gcf。get(gcf,Children)则 返 回 当 前 坐 标 系 对 象 的句柄；类似的操作用户可在使用Matlab的过程中不断积累。4.5 图形句柄4.5 图形句柄图形句柄三、句柄应用三、句柄应用利用句柄操作的有关函数，用户可以查找、访问图形对象，以达到定制对象属性，改变对象显示效果的目的。x=-pi:pi/20:pi;y=sin(x);z=cos(x);plot(x,y,r,x,z,g);Hl_lines=get(gca,Children);获取正、余曲线句柄向量Hl_li
26、nesfor k=1:size(Hl_lines)if get(Hl_lines(k),Color)=0 1 0 0 1 0为绿颜色向 Hl_green=Hl_lines(k)返回绿色线条句柄 endend4.5 图形句柄4.6 动画设计动画设计如果将Matlab产生的多幅图形保存起来，并利用系统提供的函数进行播放，就可产生动画效果。系统所提供的动画功能函数有getframe、moviein和movie。getframe函数函数getframe函数可将当前图形窗口作为一个画面取下并保存，格式为：m=getframe它将每一帧画面信息数据截取下来整理成列向量。该函数截取图形的点阵信息，图形窗口的
27、大小，对数据向量的大小影响较大，窗口越大，所需存储容量越大。而图形的复杂性对数据容量要求没有直接的关系。4.6 动画设计4.6 动画设计动画设计moviein函数函数函数m=moviein(n)用来建立一个足够大的n列的矩阵m，用来保存n幅画面的数据，以备播放。movie函数函数movie(m,n)以每秒n幅图形的速度播放由矩阵m的列向量所组成的画面。4.6 动画设计4.6 动画设计动画设计【例例1414】播放一个不断变化的眼球程序段。m=moviein(20);建立一个20个列向量组成的矩阵for j=1:20 plot(fft(eye(j+10)绘制出每一幅眼球图并保存到m矩阵中 m(:,
28、j)=getframe;endmovie(m,10);以每秒10幅的速度播放画面4.6 动画设计4.6 动画设计动画设计再如下述程序段播放一个直径不断变化的球体。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 动画设计习题四习题四1 在 0 2范 围 内 绘 制 二 维 曲 线 图y=sin(x)*cos(5x)。2在0 2范围内绘制以Y轴为对数的二维曲线图。y=|1000sin(4x)|+13.在6 2范围内用plot和fplot函数分别绘制二维曲线图。4绘制z=sin(x)*cos(y)的三维网格和三维曲面图，x,y变化范围均为 0 2。