1、MATLAB繪圖與可視化MATLAB設有大量函數和命令來繪制出各種各樣的圖形，具有設有大量函數和命令來繪制出各種各樣的圖形，具有強大的繪圖功能強大的繪圖功能第二節第二節 二維圖形繪制二維圖形繪制一、基本二維繪圖函數一、基本二維繪圖函數 MATLAB 中提供了中提供了plot，loglog，semilogx，semilogy，polar，plotyy 等等6個非常實用的基本二維繪圖函數，下面重個非常實用的基本二維繪圖函數，下面重點介紹點介紹plot函數的用法函數的用法1. plot函數函數plot(Y)plot(X,Y)plot(X1,Y1, X2,Y2,.)plot(X1,Y1,LineSpe

2、c,.)plot(.,PropertyName,PropertyValue,.)plot(axes_handle,.)h = plot(.)hlines = plot(v6,.) 調用格式：調用格式：【例例3.2-0】給定橫縱坐標數據，繪制線圖給定橫縱坐標數據，繪制線圖xy123577.586.5775.5468102 x=1 1.5 2 3 5 7 7.5 8 10; y=2 5 6.5 7 7 5.5 4 6 8; plot(x,y)1.55123456789102345678【例例3.2-1】同時繪制多條線同時繪制多條線 x=3,5,9;3,10,67;3,23,90;x = 3 5 9

3、 3 10 67 3 23 90 plot(x)11.21.41.61.822.22.42.62.830102030405060708090第一列第二列第三列 x1=linspace(0,2*pi,100); x2=linspace(0,3*pi,100); x3=linspace(0,4*pi,100); y1=sin(x1); y2=1+sin(x2); y3=2+sin(x3); x=x1;x2;x3; y=y1;y2;y3; plot(x,y,x1,y1-1,r-*)02468101214-2-1.5-1-0.500.511.522.53x1,y1-1x,y三列三列線型、描點類型、顏色

4、參數表線型、描點類型、顏色參數表 線條屬性的修改線條屬性的修改色彩色彩字符字符說明說明線型線型字符字符說明說明描點描點類型類型說明說明描點描點類型類型說明說明r紅紅-實線（默認）實線（默認）.點點右三角形右三角形【例例3.2-2】畫標準正態分布的密度函數圖像。畫標準正態分布的密度函數圖像。 x = -3 : 0.25 : 3; y = normpdf(x, 0, 1); plot(x, y, -ro,. LineWidth,2,. MarkerEdgeColor,k,. MarkerFaceColor,0.49, 1, 0.63,. MarkerSize,12) xlabel(X); ylab

5、el(Y); -3-2-1012300.050.10.150.20.250.30.350.4XY2. loglog函數：雙對數坐標繪圖函數：雙對數坐標繪圖 x = logspace(-1,2); loglog(x,exp(x),-s) grid on% 為為X軸，軸，Y軸加標簽軸加標簽 xlabel(X); ylabel(Y); 3. semilogx，semilogy函數：半對數坐標繪圖函數：半對數坐標繪圖 x = 0 : 0.1 : 10; semilogy(x, 10.x) xlabel(X); ylabel(Y);4. polar函數：極坐標繪圖函數：極坐標繪圖 t = 0 : 0.0

6、1 : 2*pi; polar(t, sin(2*t).*cos(2*t),-r)5. plotyy函數：雙縱坐標繪圖函數：雙縱坐標繪圖 x = 0:0.01:20; y1 = 200*exp(-0.05*x).*sin(x); y2 = 0.8*exp(-0.5*x).*sin(10*x); ax = plotyy(x,y1,x,y2,plot); xlabel(X); set(get(ax(1),Ylabel),string,Left Y); set(get(ax(2),Ylabel),string,Right Y); 雙縱坐標繪圖雙縱坐標繪圖2021-11-16二、二維圖形修飾和添加注釋

7、二、二維圖形修飾和添加注釋 可以通過可以通過MATLAB命令對圖形進行修飾和添加注釋，也可命令對圖形進行修飾和添加注釋，也可以通過圖形窗口的菜單項和工具欄完成這些工作。后者通過以通過圖形窗口的菜單項和工具欄完成這些工作。后者通過鼠標點擊操作，相對比較簡單，下面僅對相關命令進行介紹鼠標點擊操作，相對比較簡單，下面僅對相關命令進行介紹81012141618202224020040060080010001200DISTANCE (cm)INTENSITY (lux)Light Intensity as a Function of DistanceComparison between theory a

8、nd experiment.TheoryExperimentPlot titley axislabelx axislabelTextTick-mark label二維繪圖的圖例標注說明二維繪圖的圖例標注說明Data symbolLegendTick-mark hold 函數：開啟和關閉圖形窗口的圖形保持功能函數：開啟和關閉圖形窗口的圖形保持功能 axis 函數：設置坐標系的刻度和顯示方式函數：設置坐標系的刻度和顯示方式 grid 函數：為當前坐標系添加網格函數：為當前坐標系添加網格 title 函數：為當前坐標系添加標題函數：為當前坐標系添加標題 xlabel和和ylabel 函數：為當前坐標

9、軸添加標簽函數：為當前坐標軸添加標簽 text函數：在當前坐標系中添加文本對象（函數：在當前坐標系中添加文本對象（text對象）對象） gtext函數：在當前坐標系中交互式添加文本對象函數：在當前坐標系中交互式添加文本對象 legend函數：在當前坐標系中添加函數：在當前坐標系中添加line對象和對象和patch對象的對象的圖形標注框圖形標注框 annotation函數：在當前圖形窗口建立注釋對象函數：在當前圖形窗口建立注釋對象（annotation對象）對象） P = 3 1; 1 4; r = 5; V, D = eig(P); a = sqrt(r/D(1); b = sqrt(r/D(

10、4); t = linspace(0, 2*pi, 60); xy = V*a*cos(t); b*sin(t); plot(xy(1,:),xy(2,:), k, linewidth, 3); h = annotation(textarrow,0.606 0.65,0.55 0.65);【例例3.2-3】根據橢圓方程根據橢圓方程 繪制橢圓曲線，繪制橢圓曲線，并修飾圖形。并修飾圖形。31514xxyy set(h, string,3x2+2xy+4y2 = 5, fontsize, 15); h = title(這是一個橢圓曲線這是一個橢圓曲線, fontsize, 18, fontweigh

11、t, bold); set(h, position, -0.00345622 1.35769 1.00011); axis(-1.5 1.5 -1.2 1.7); xlabel(X); ylabel(Y); a = -19.6749 22.2118 5.0905; fun = (a,x)a(1)+a(2)/2*(x-0.17).2+a(3)/4*(x-0.17).4; x = 0:0.01:1; y = fun(a, x); plot(x,y); xlabel(X); ylabel(Y = f(X); text(Interpreter,latex,.String,$-19.6749+frac2

12、2.21182(x-0.17)2. +frac5.09054(x-0.17)4$,Position,0.05, -12,.FontSize,12);【例例3.2-4】繪制曲線繪制曲線并添加曲線方程。并添加曲線方程。2422.21185.090519.6749(0.17)(0.17)24xx三、常用統計繪圖函數三、常用統計繪圖函數常用統計繪圖函數列表常用統計繪圖函數列表 x = normrnd(0, 1, 1000, 1); hist(x, 20); xlabel(樣本數據樣本數據); ylabel(頻數頻數) ; figure; cdfplot(x); 【例例3.2-6】用用normrnd函數

13、產生函數產生1000個標準正態分布隨機數，并個標準正態分布隨機數，并做出頻數直方圖和經驗分布函數圖。做出頻數直方圖和經驗分布函數圖。頻數直方圖頻數直方圖經驗分布函數圖經驗分布函數圖四、特殊二維繪圖函數四、特殊二維繪圖函數特殊二維繪圖函數列表特殊二維繪圖函數列表 subplot(3, 3, 1); f = (x)200*sin(x)./x; fplot(f, -20 20); title(y = 200*sin(x)/x); subplot(3, 3, 2); ezplot(x2 + y2 = 1, -1.1 1.1); axis equal; title(單位圓單位圓); subplot(3,

14、 3, 3); ezpolar(1+cos(t); title(心形圖心形圖); subplot(3, 3, 4); x = 10 10 20 25 35; 【例例3.2-7】特殊二維圖形。特殊二維圖形。 name = 趙趙, 錢錢, 孫孫, 李李, 謝謝; explode = 0 0 0 0 1; pie(x, explode, name) title(餅圖餅圖); subplot(3, 3, 5); stairs(-2*pi:0.5:2*pi,sin(-2*pi:0.5:2*pi); title(樓梯圖樓梯圖); subplot(3, 3, 6); stem(-2*pi:0.5:2*pi,

15、sin(-2*pi:0.5:2*pi); title(火柴桿圖火柴桿圖); subplot(3, 3, 7); Z = eig(randn(20,20); compass(Z); title(羅盤圖羅盤圖); subplot(3, 3, 8); theta = (-90:10:90)*pi/180; r = 2*ones(size(theta); u,v = pol2cart(theta,r); feather(u,v); title(羽毛圖羽毛圖); subplot(3, 3, 9); t = (1/16:1/8:1)*2*pi; fill(sin(t), cos(t),r); axis s

16、quare; title(八邊形八邊形);2021-11-16第三節第三節 三維圖形繪制三維圖形繪制2021-11-16一、常用三維繪圖函數一、常用三維繪圖函數 t = linspace(0, 10*pi, 300); plot3(20*sin(t), 20*cos(t), t, r, linewidth, 2); hold on %圖形保持圖形保持 quiver3(0,0,0,1,0,0,25,k,filled,LineWidth,2); quiver3(0,0,0,0,1,0,25,k,filled,LineWidth,2); quiver3(0,0,0,0,0,1,40,k,filled

17、,LineWidth,2); grid on xlabel(X); ylabel(Y); zlabel(Z); axis(-25 25 -25 25 0 40); view(-210,30); 【例例3.3-1】用用plot3函數繪制三維螺旋線。函數繪制三維螺旋線。 x,y = meshgrid(1:4, 2:5)x = 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4y = 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 plot(x, y, r,x, y, r, x, y, k.,markersize,18); axis(0 5 1 6); xlabel(X)

18、; ylabel(Y); 【例例3.3-2】用用meshgrid函數生成網格矩陣，并用函數生成網格矩陣，并用plot函數畫出平函數畫出平面網格圖形。面網格圖形。 X,Y = meshgrid(-2:.2:2); Z = X.*exp(-X.2 - Y.2); DX,DY = gradient(Z,0.2,0.2); contour(X,Y,Z) ; hold on ; quiver(X,Y,DX,DY) ; h = get(gca,Children); set(h, Color,k); 【例例3.3-3】繪制三維曲面繪制三維曲面 的等高線圖和梯度場。的等高線圖和梯度場。22()xyzxe x

19、= linspace(-3,3,20); y = linspace(-9,9,20); X, Y = meshgrid(x,y); Z = mvnpdf(X(:) Y(:), 0 0, 1 2;2 9); Z = reshape(Z, size(X); subplot(2, 2, 1); mesh(X, Y, Z); title(mesh); 【例例3.3-4】用用mesh，surf，surfl，surfc函數繪制二元正態分布的函數繪制二元正態分布的密度函數圖。密度函數圖。 subplot(2, 2, 2); surf(X, Y, Z); alpha(0.5); title(surf); su

20、bplot(2, 2, 3); surfl(X, Y, Z); title(surfl); subplot(2, 2, 4); surfc(X, Y, Z); title(surfc); x,y=meshgrid(0:0.25:4*pi); z=sin(x+sin(y)-x/10; mesh(x,y,z); axis(0 4*pi 0 4*pi -2.5 1);【例例3.3-5】繪制三維曲面圖繪制三維曲面圖z=sin(x+sin(y)-x/10。05100510-2.5-2-1.5-1-0.500.51% 繪制圓柱面繪制圓柱面 subplot(2,2,1); x,y,z = cylinder;

21、 surf(x,y,z); % 繪制啞鈴面繪制啞鈴面 subplot(2,2,2); t = 0:pi/10:2*pi; X,Y,Z = cylinder(2+cos(t); surf(X,Y,Z);【例例3.3-6】調用函數繪制柱面，球面，橢球面。調用函數繪制柱面，球面，橢球面。% 繪制球面，半徑為繪制球面，半徑為10，球心，球心 (1,1,1) subplot(2,2,3); x,y,z = sphere; surf(10*x+1,10*y+1,10*z+1); axis equal;% 繪制橢球面繪制橢球面 subplot(2,2,4); a=4; b=3; t = -b:b/10:b;

22、 x,y,z = cylinder(a*sqrt(1-t.2/b2),30); surf(x,y,z); 2021-11-16-101-10100.51-505-50500.51-50510-50510-50510-505-50500.51% 餅圖餅圖 subplot(2,3,1); pie3(2347,1827,2043,3025); title(三維餅圖三維餅圖); % 柱狀圖柱狀圖 subplot(2,3,2); bar3(magic(4); title(三維柱狀圖三維柱狀圖); 【例例3.3-7】繪制三維餅圖、三維柱狀圖、三維火柴桿圖、三維填繪制三維餅圖、三維柱狀圖、三維火柴桿圖、三維

23、填充圖、三維向量場圖和立體切片圖（四維圖）充圖、三維向量場圖和立體切片圖（四維圖）.% 火柴桿圖火柴桿圖 subplot(2,3,3); y=2*sin(0:pi/10:2*pi); stem3(y); title(三維火柴桿圖三維火柴桿圖); % 填充圖填充圖 subplot(2,3,4); fill3(rand(3,5),rand(3,5),rand(3,5), y ); title(三維填充圖三維填充圖); % 三維向量場圖三維向量場圖 subplot(2,3,5); X,Y = meshgrid(0:0.25:4,-2:0.25:2); Z = sin(X).*cos(Y); Nx,N

24、y,Nz = surfnorm(X,Y,Z); surf(X,Y,Z); hold on; quiver3(X,Y,Z,Nx,Ny,Nz,0.5); title(三維向量場圖三維向量場圖); axis(0 4 -2 2 -1 1); % 立體切片圖（四維圖）立體切片圖（四維圖） subplot(2,3,6); t = linspace(-2,2,20); X,Y,Z = meshgrid(t,t,t); V = X.*exp(-X.2-Y.2-Z.2); xslice = -1.2,.8,2; yslice = 2; zslice = -2,0; slice(X,Y,Z,V,xslice,ys

25、lice,zslice); title(立體切片圖（四維圖）立體切片圖（四維圖）); ezsurf(u*sin(v),u*cos(v), u,-2*pi,2*pi,-2*pi,2*pi)【例例3.3-8】調用調用ezsurf函數繪制圓錐面函數繪制圓錐面sincosxuvyuvzu ezsurf(u*sin(v),u*cos(v), 4*v,-2*pi,2*pi,-2*pi,2*pi)【例例3.3-9】調用調用ezsurf函數繪制螺面函數繪制螺面sincos4xuvyuvzv ezmesh(3*cos(u)*sin(v),2*cos(u)*cos(v),sin(u),-2*pi,2*pi,-2*

26、pi,2*pi)【例例3.3-10】調用調用ezsurf函數繪制橢球面函數繪制橢球面3cos sin2cos cossinxuvyuvzu二、三維圖形的修飾和添加注釋二、三維圖形的修飾和添加注釋1. 繪圖色彩的調整繪圖色彩的調整colormap 函數函數 colormap(map)，設置，設置map為當前顏色映像矩陣為當前顏色映像矩陣 colormap(default)，恢復當前顏色映像矩陣為默認值，恢復當前顏色映像矩陣為默認值 cmap = colormap，獲取當前顏色映像矩陣，獲取當前顏色映像矩陣 colormap(ax,)，設置當前，設置當前axes對象的顏色映像矩陣對象的顏色映像矩陣

27、 MATLAB中提供了中提供了colormap函數，可以根據顏色映像矩陣函數，可以根據顏色映像矩陣對圖形對象的色彩進行調整。所謂的顏色映像矩陣就是一個對圖形對象的色彩進行調整。所謂的顏色映像矩陣就是一個 的矩陣，的矩陣，k行表示有行表示有k種顏色，每行種顏色，每行3個元素分別代表紅、綠、個元素分別代表紅、綠、藍三元色的灰度值，取值均在藍三元色的灰度值，取值均在0，1之間。之間。3kmap的設置有兩種，可以人為指定一個元素值均在的設置有兩種，可以人為指定一個元素值均在0，1之間的之間的 的矩陣，也可以用的矩陣，也可以用MATLAB自帶的自帶的17種顏色映像矩陣。在種顏色映像矩陣。在MATLAB命

28、令窗口分別運行命令窗口分別運行autumn、bone、colorcube、cool、copper、flag、gray、hot、hsv、jet、lines、pink、prism、spring、summer、white和和winter函數，就可得到這函數，就可得到這17種顏色映像矩陣種顏色映像矩陣2. 著色方式調整著色方式調整shading 函數函數 shading flat，平面著色，同一個小網格面和相應的線段，平面著色，同一個小網格面和相應的線段用同一種顏色著色。用同一種顏色著色。 shading faceted，類似于，類似于shading flat，平面著色，只是，平面著色，只是網格線都用

29、黑色，這是默認著色方式。網格線都用黑色，這是默認著色方式。 shading interp，通過顏色插值方式著色。，通過顏色插值方式著色。 shading(axes_handle,)，為句柄值為，為句柄值為axes_handle的坐標的坐標系內的圖形對象設置著色方式。系內的圖形對象設置著色方式。3. 透明度調整透明度調整 利用利用alpha函數函數調整透明度調整透明度 調用：調用：alpha(alpha_data) 說明：說明：alpha_data是一個介于是一個介于0和和1之間的數，之間的數，alpha_data = 0表示完全透明，表示完全透明，alpha_data = 1表示完全不透明，表

30、示完全不透明，alpha_data 的值越接近于的值越接近于0，透明度越高，透明度越高 通過圖形對象的通過圖形對象的“FaceAlpha”屬性調整透明度屬性調整透明度 調用：調用：set(h,FaceAlpha,0.25); 說明：說明：h為圖形對象句柄，為圖形對象句柄，0.25是是“FaceAlpha”屬性的屬屬性的屬性值，由用戶隨意指定。性值，由用戶隨意指定。 figure; X,Y,Z = sphere; surf(X,Y,Z); colormap(lines); shading interp hold on; mesh(2*X,2*Y,2*Z) hidden off axis equa

31、l axis off figure; surf(X,Y,Z,FaceColor,r); hold on; surf(2*X,2*Y,2*Z,FaceAlpha,0.4); axis equal axis off【例例3.3-11】三維圖形的透視效果三維圖形的透視效果4. 光源設置與屬性調整光源設置與屬性調整 light函數函數 light(PropertyName,propertyvalue,) 建立一個光源，并設置光源屬性（建立一個光源，并設置光源屬性（Position、Color和和Style）Position是位置屬性，設置光源位置，其屬性值為三個元是位置屬性，設置光源位置，其屬性值為三

32、個元素的向量素的向量x, y, z，即光源的三維坐標；，即光源的三維坐標；Color是顏色屬性，是顏色屬性，設置光源顏色，其屬性值可以是代表顏色的字符（如表設置光源顏色，其屬性值可以是代表顏色的字符（如表3.2-1所列），也可以是由紅、綠、藍三元色的灰度值組成的向所列），也可以是由紅、綠、藍三元色的灰度值組成的向量；量；Style是光源類型屬性，設置光源類型，其取值為字符是光源類型屬性，設置光源類型，其取值為字符串串 infinite 或或 local，分別表示平行光源和點光源。，分別表示平行光源和點光源。 handle = light() 建立一個光源，并獲取其句柄值建立一個光源，并獲取其句

33、柄值handle，之后可以通過，之后可以通過get(handle)查看光源的所有屬性，也可以通過查看光源的所有屬性，也可以通過set(handle, PropertyName,propertyvalue,)設置光源的屬性值。設置光源的屬性值。5. 調整光照模式調整光照模式 lighting函數函數 lighting flat，產生均勻光照，選擇此方法，以查看面對，產生均勻光照，選擇此方法，以查看面對象，是光照模式的默認設置。象，是光照模式的默認設置。 lighting gouraud，計算頂點法線并作線性插值修改表面，計算頂點法線并作線性插值修改表面顏色，選擇此方法，以查看曲面對象。顏色，選擇

34、此方法，以查看曲面對象。 lighting phong，做線性插值并計算每個像素的反射率來，做線性插值并計算每個像素的反射率來修改表面顏色，選擇此方法，以查看曲面對象。此方法比修改表面顏色，選擇此方法，以查看曲面對象。此方法比lighting gouraud的效果好，但是用于渲染的時間較長。的效果好，但是用于渲染的時間較長。 lighting none，關掉照明。，關掉照明。6. 圖形表面對光照反射屬性設置圖形表面對光照反射屬性設置 material函數函數 material shiny，使圖形對象有相對較高的鏡面反射，鏡使圖形對象有相對較高的鏡面反射，鏡面光的顏色僅取決于光源顏色。面光的顏色

35、僅取決于光源顏色。 material dull，使圖形對象有更多的漫反射，反射光的顏使圖形對象有更多的漫反射，反射光的顏色僅取決于光源顏色。色僅取決于光源顏色。 material metal，使圖形對象有非常高的鏡面反射和非常使圖形對象有非常高的鏡面反射和非常低的環境光及漫反射，反射光的顏色取決于光源顏色和圖低的環境光及漫反射，反射光的顏色取決于光源顏色和圖形表面的顏色。形表面的顏色。 material(ka kd ks) material(ka kd ks n) material(ka kd ks n sc)，用用ka、kd和和ks分別設置圖形對分別設置圖形對象的環境光、漫反射和鏡面反射的強

36、度，用鏡面指數象的環境光、漫反射和鏡面反射的強度，用鏡面指數n控制控制鏡面亮點的大小，用鏡面亮點的大小，用sc設置鏡面顏色的反射系數。設置鏡面顏色的反射系數。ka、kd、ks、n和和sc均為標量，均為標量，sc的取值介于的取值介于0和和1之間。之間。 material default，恢復恢復ka、kd、ks、n和和sc的默認值。的默認值。7. 調整視點位置調整視點位置 view函數函數 view(az,el)，設置三維繪圖的視角，設置三維繪圖的視角， az是方位角，是方位角，el表示表示相對于相對于xoy平面的仰角，。平面的仰角，。zyx-y視點az方位角el仰角 view(x,y,z)，設置視點的三維直角坐標，設置視點的三維直角坐標x, y, z. view(2)，設置默認的二維視角，設置默認的二維視角，az = 0， el = 90. view(3)，設置默認的三維視角，設置默認的三維視角，az = -37.5， el = 30. view(ax