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,这篇文章主要给大家介绍了关于如何利用Matlab绘制各类特殊图形的相关资料
Matlab绘图介绍
强大的绘图功能是Matlab的特点之一，Matlab提供了一系列的绘图函数，用户不需要过多的考虑绘图的细节，只需要给出一些基本参数就能得到所需图形，这类函数称为高层绘图函数。此外，Matlab还提供了直接对图形句柄进行操作的低层绘图操作。这类操作将图形的每个图形元素（如坐标轴、曲线、文字等）看做一个独立的对象，系统给每个对象分配一个句柄，可以通过句柄对该图形元素进行操作，而不影响其他部分。
Matlab绘制特殊图形
1. 绘制极坐标图
说明：使用polarplot函数绘制极坐标图，每组数据表示一条闭合曲线，共有20条曲线构成20条封闭同心曲线。
t =linspace(0,2*pi,500);
y =1+0.3*sin(20*t)+0.1*sin(30*t)+0.1*sin(40*t);
polarplot(t,y,t,1.1*y,t,1.2*y,t,1.3*y,t,1.4*y,t,1.5*y,t,1.6*y,t,1.7*y,t,1.8*y,t,1.9*y,...
t,2.0*y,t,2.1*y,t,2.2*y,t,2.3*y,t,2.4*y,t,2.5*y,t,2.6*y,t,2.7*y,t,2.8*y,t,2.9*y,'linewidth',1.5);
2. 单条曲线绘制分段函数（反比例函数y=1/x）
说明：反比例函数在x接近于0时，趋近于奇异（1/0 趋近于无穷大），使用nan非数对图形进行镂空，可以实现一条曲线绘制y=1/x的整个定义域。
x =linspace(-3,3,500);
f =@(x) 1./x;
y =f(x);
for ii =1:length(x)
if abs(x(ii))<0.03
x(ii) =nan;
y(ii) =nan;
end
end
plot(x,y)
legend('y=1/x')
3. 正方体内绘制随机分布的颜色片图
说明： 使用plot3绘制正方体12条边，使用fill3函数绘制颜色片，颜色片位置和填充颜色随机生成。
a =20;
b =20;
c =20;
A1 =[0 0 0
a 0 0
a b 0
0 b 0
0 0 0];
A2 =[0 0 c
a 0 c
a b c
0 b c
0 0 c];
A3 =[0 0 0
0 0 c
0 b c
0 b 0
0 0 0];
A4 =[a 0 0
a 0 c
a b c
a b 0
a 0 0];
%绘图
figure
hold on
plot3(A1(:,1),A1(:,2),A1(:,3),'k');
plot3(A2(:,1),A2(:,2),A2(:,3),'k');
plot3(A3(:,1),A3(:,2),A3(:,3),'k');
plot3(A4(:,1),A4(:,2),A4(:,3),'k');
view(3)
XYZ0 =[0 0 0
1 0 0
1 0 1
0 0 1];
for ii =1:100
p =[rand*(a-2) rand*(b-2) rand*(c-2)]+1; %球心
X2= p(1) +XYZ0(:,1);
Y2 =p(2) +XYZ0(:,2);
Z2 =p(3) +XYZ0(:,3);
ColorSpec =rand(1,3);
fill3( X2,Y2,Z2,ColorSpec )
end
4. 在大圆内随机生成若干互不相交的小圆
说明：先绘制大圆，在大圆内随机生成小圆圆心，判断小圆圆心和其它小圆的距离，如果小圆圆心距离小于直径，说明小圆相交，舍去该小圆。
tic
X =[];
Y =[];
n =0;
while n < 1000
r =rand *(750-5);
theta =rand *2*pi;
x0 =r*cos(theta);
y0 =r*sin(theta);
s =min( (x0-X).^2+(y0-Y).^2); %最小圆心距离
if s < 10^2
continue;
else
X =[X;x0]; %圆心坐标集合
Y =[Y;y0];
n =n +1 %点数
end
end
toc
alpha =linspace(0,2*pi,100);
x =5*cos(alpha);
y =5*sin(alpha);
figure
plot( 150*x,150*y,'r')
hold on
for ii =1:n
x0 =X(ii);
y0 =Y(ii);
plot(x0+x,y0+y,'k')
end
5. 在长方体内随机生成若干球体
说明：patch函数绘制长方体和球体表面，并可填充颜色。
x =100;
y =80;
z =50;
theta =linspace(0,2*pi,50);
phi =linspace(0,2*pi,50);
[theta,phi] =meshgrid(theta,phi);
r =2;
X0 =r*cos(phi).*cos(theta);
Y0 =r*cos(phi).*sin(theta);
Z0 =r*sin(phi);
%绘图
X =[0 x x 0
0 x x 0
0 0 0 0
x x x x
0 x x 0]';
Y =[0 0 y y
0 0 y y
0 y y 0
0 y y 0
y y y y]';
Z =[0 0 0 0
z z z z
0 0 z z
0 0 z z
0 0 z z ]';
figure
patch(X,Y,Z,'r');
view(3)
hold on
for ii =1:50
p =[rand*(100-4*r) rand*(80-4*r) rand*(50-4*r)]+2*r; %球心
X2=p(1) +X0;
Y2 =p(2) +Y0;
Z2 =p(3) +Z0;
patch( X2,Y2,Z2,'y')
end
6. 绘制圆柱体与球体曲面相交，并绘制相交曲线
说明: mesh函数绘制曲面图，求解方程得到交线参数方程，plot3函数绘制三维交线。
%%曲面1
t =linspace(0,2*pi,200);
s =linspace(0,2*pi,200);
[t,s] =meshgrid(t,s);
x =2*cos(t);
y =2*sin(t).*cos(s);
z =2*sin(t).*sin(s);
figure
mesh(x,y,z)
%%曲面2
t2 =linspace(0,2*pi,200);
z2 =linspace(-3,3,200);
[t2,z2] =meshgrid(t2,z2);
x2 =1+cos(t2);
y2 =sin(t2);
hold on
mesh(x2,y2,z2)
%%交线
t3 =linspace(0,2*pi,200);
y3 =sin(t3);
x3 =1+cos(t3);
z3 =sqrt(4-2*x3);
plot3(x3,y3,z3,'r','linewidth',5)
hold on
plot3(x3,y3,-z3,'r','linewidth',5)
8. 绘制三维抛物曲面
说明：使用nan非数对图形进行镂空
x =-20:0.1:20;
y =-20:0.1:20;
[X,Y] =meshgrid(x,y);
p =0.2;
q =0.1;
Z =X.^2/(2*p) + Y.^2/(2*q);
Z =(Z<=500) .*Z +((Z>500)-1) ./((Z>500)-1); %图形镂空
mesh(X,Y,Z)
9. 抛物曲面随参数变化形成动画
说明：每个步长内动态更新绘制三维曲面，形成动画效果。
x =linspace(-1,1,20);
y =linspace(-1,1,20);
[X,Y] =meshgrid(x,y);
figure
a =1;
Z =a.*X.^2+Y.^2;
h =surf(X,Y,Z);
zlim([0,15])
for a =1:0.1:10
Z =a.*X.^2+Y.^2;
set(h,'zdata',Z);
drawnow
pause(0.1)
end
10. 使用不同频率的正弦波合成方波
说明：傅里叶级数，利用不同频率的正弦波合成方波，三角函数项数越多，合成方波越精确。
t=0:0.000001:1;
f1=6*sin(10*pi*t)/pi;
f2=6*sin(10*pi*t)/pi+2*sin(30*pi*t)/pi;
f3=6*sin(10*pi*t)/pi+2*sin(30*pi*t)/pi+6*sin(50*pi*t)/(5*pi);
%%循环段
N =10; %点数
f4 =0; %初始值
for ii =1:N
f4 =f4 +3*2*sin((2*ii-1)*10*pi*t)/pi/(2*ii-1);
end
figure
subplot(2,2,1),plot(t,f1)
subplot(2,2,2),plot(t,f2)
subplot(2,2,3),plot(t,f3)
subplot(2,2,4),plot(t,f4)
