[matlab]三维画图

原 作者 殷健翔 | 发表于 | 分类于 2016级

三维画图函数

plot3函数

plot3是画三维图形的最基本函数，调用格式

plot3(X1,Y1,Z1,...)
plot3(X1,Y1,Z1,LineSpec,...)
plot3(...,'PropertyName',PropertyValue,...)

X1,Y1,Z1为向量或者矩阵，LineSpec定义曲线线型、颜色和数据点，PropertyName线对象的属性，PropertyValue属性的值

t = 0:pi/50:10*pi;
plot3(sin(t),cos(t),t);

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三维网格线绘制

所用的函数为mesh,调用格式

mesh(X,Y,Z)
mesh(Z)
mesh(...,C)
mesh(...,'PropertyName',PropertyValue,...)
mesh(axes_handles,...)
h = mesh(...)

C是用于控制颜色，如果没有定义C，mesh绘制图的颜色随着Z值成比例变化；X和Y都是向量，长度分别为m和n，Z即为 m × n 矩阵，网格点坐标 ( X ( i ) , Y ( j ) , Z ( i , j ) ) ;参数没有X,Y时，，网格点坐标 ( i , j , Z ( i , j ) )

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网格透明控制

hidden on 
hidden off
[X,Y,Z] = sphere(12);
subplot(1,2,1);
mesh(X,Y,Z);
hidden on 
axis square off
subplot(1,2,2);
mesh(X,Y,Z);
hidden off 
axis square off

axis square 将当前坐标系图形设置为方形。横轴及纵轴比例是1：1

axis equal 将横轴纵轴的定标系数设成相同值。

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还有两个变种函数
1. meshc 绘制等值线图
2. meshz 包含0平面的网格图

[X,Y,Z] = peaks(30);

subplot(1,2,1);
meshc(X,Y,Z);
subplot(1,2,2);
meshz(X,Y,Z);

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三维表面图surf

主要用于绘制一个着色的三维表面图，调用格式

surf(Z)
surf(Z,C)
surf(X,Y,Z)
surf(X,Y,Z,C)
surf(...,'PropertyName',PropertyValue)
surf(axes_handles,...)
h = surf(...)

参数和mesh基本相同

x = 0:0.2*pi:2*pi;
y = 0:0.2*pi:2*pi;
z = sin(x') * cos(y);
surf(x,y,z);

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shading flat
%平面阴影
shading interp
%插值阴影

与mesh不同,surf没有办法进行透明显示，除非删除前面部分

可以把前面部分点的值赋值为NaN,绘图函数会自动的忽略NaN值的点，就会产生漏洞

[X,Y,Z] = peaks(20);

x = X(1,:);
%X向量的第一行
y = Y(:,1);
%Y向量的最后一列
i = find(y > .5 & y < 1);
j = find(x > -.4 & x < .8);
%find查找函数，查找符合条件的元素的索引和值
Z(i,j) = nan;
surf(X,Y,Z);

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surf的变种函数

surfc %绘制底层等高线
surfl %有光照效果

其他的画图命令

cylinder

用于绘制圆柱图形

[X,Y,Z] = cylinder(r,n)

返回半径为r，高度为1的圆柱体x,y,z的坐标轴，圆柱体的圆周有n个距离相同的点

sphere

用于生成球体（只是返回点的坐标，绘图还需要调用mesh或者surf）

sphere

生成一个单位球，单位球有 20 × 20 个面组成

sphere(n)

生成一个单位球，单位球有 n × n 个面组成

stem3

用于绘制三维空间的离散数据序列

stem(x,y,z,c,'filled')

c指定线条和标记颜色，filled是否为标记填充颜色;只传递z，z的行和列作为x和y

等高线和带状图

contour(x,y,z,n,v)   %二维等高线
contour3()  %三维等高线
Pcolor()    %带颜色的绘制

n是等高线层数，v是等值线的范围

ribbon(x,Y,width)

绘制Y关于x的带状列图，带宽度为width，默认为0.75

立体可视化

slice函数

正常情况下，计算机只能显示三个空间变量，而slice则通过颜色存储第四维空间变量

slice(V,sx,sy,sz)

函数 V = V ( X , Y , Z ) 在x轴，y轴,z轴上的切片图，坐标由sx,sy和sz来进行制定;V为三维向量

slice(X,Y,Z,Y,sx,sy,sz)

例如当X = X_{0}时， V = V ( X 0 , Y , Z ) 变成一立体曲面

slice(V,XI,YI,ZI)

由参量矩阵XI,YI,ZI确定的超立体切面图；XI,YI,ZI定义了一个曲面，同时在曲面上的点计算V的值 ；XI,YI,ZI为同型矩阵

slice(...,'method')
参数 方法
linear 三次线性内插值(默认)
cubic 三次立方内插值
nearest 最近内插值

例子
在 − 2 ≤ x ≤ 2 , − 2 ≤ y ≤ 2 , − 2 ≤ z ≤ 2 区域绘制可视化函数

[x,y,z] = meshgrid(-2:.1:2,-2:.4:2,-2:.4:2);
v = sqrt(x.^2 + sin(y).^2+z.^2);
xslice = [-1.2,.8,2];
yslice  = 2;
zslice = [-2,0];
slice(x,y,z,v,xslice,yslice,zslice);

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控制视角

在有些时候因为我们的某个视角观察图像时不方便，所以可以合理的移动视角

view

view可以指定图形的观察点，用方位角和仰角一起或者空间中的一点确定位置

view([x,y,z])

视角沿着向量[x,y,z]指向原点

view(2)   %默认二维视点，方位角0，仰角90
view(3)   %默认三维视点，方位角-37.5，仰角30
view(az,el)

设置视点的方位角和仰角

viewmtx

用于视点转换矩阵

T = view(az,el)

返回一个与视点方位角za与仰角el对应地正交矩阵，不改变视角

T = view(az,el,phi)

返回一个透视的转换矩阵，透视的角度为phi

phi值 说明
0 正交投影
10 类似远距离投影
25 类似普通投影
60 类似以广角投影
rorate3d

三维视角变换函数

rorate3d on

然后就可以用鼠标左键控制视角变化