MATLAB学习笔记

Chapter 5

图形制作概述

MATLAB中进行图形处理时，通常采用下面的步骤


1.准备绘图数据
2.选定绘图窗口和绘图区域
3.调用绘图函数命令
4.设置图形格式
5.输出所绘制的图形

举例如下：

% 在[0, 2]内做出正弦函数的图形
x = 0:0.01；2；
y = sin(x);
plot(x, y)

小结：二维绘图最简步骤
.确定x向量
.确定y = f(x)
.用plot(x, y)绘图

图形窗口

·什么是图形窗口？
图形窗口是独立的窗口，系统自动将图形绘制在图形窗口上

·图形窗口的创建和控制

.单个图形窗口的创建与控制
调用函数：figure
调用格式：h = figure, h = figure(n)
说明：该命令创建单个图形窗口
注意事项：
.若没有打开图形窗口时执行绘图命令，将自动创建一个图形窗口
.若执行绘图命令前已经打开几个图形窗口，则绘图命令把图形输出到当前窗口中、并把这个窗口原来的图形覆盖
.n为图形窗口的编号
相关命令：
.get(n)：获得第n个图形窗口的有关属性
.set(n)：设置第n个图形窗口的有关属性
代码示例：

x = 0:0.01:10;
y = sin(x);
h = figure(1);
plot(x, y)
set(1, 'name', 'hello')
set(h, 'visible', on)
set(h, 'visible', 'off')
get(h)
get(1)

.多个图形窗口的创建与控制
调用函数：subplot
调用格式：h = subplot(m, n, p)
说明：该命令将图形窗口分割为多个字图窗口
注意事项：
.若执行命令前已经存在某一子图，则该命令将新图形输出到相应子图，并把原来的子图覆盖
.m为子图行数，n为子图列数
.p为子图窗口序号
代码示例：

x = (0:0.01:2)*pi;
y1 = sin(x);
y2 = sin(2*x);
y3 = sin(3*x);
y4 = sin(4*x);
a = subplot(2, 2, 1);
plot(x, y1)
b = subplot(2, 2, 2);
plot(x, y2)
c = subplot(2, 2, 3);
plot(x, y3)
d = subplot(2, 2, 4);
plot(x, y4)

相关命令：
get(n):获得第n个图形窗口的有关属性
set(n):设置第n个图形窗口的有关属性

二维平面图形的绘制

·基本图形函数
函数命令：plot
调用格式：
plot(x)
plot(x, y)
plot(x, y1, x, y2, …)
Note:plot是绘制二维图形的最基本函数，针对向量或者矩阵的列来绘制曲线的，在使用plot函数之前，必须首先定义好曲线上每一点的x及y坐标
.plot(x)
当x为一向量时，以x元素的值为纵坐标，x的序号为横坐标绘制曲线
当x为一m*n的实数矩阵时，以x序号为横坐标，按列绘制每列元素值相对于其序号的曲线，最终绘制出n条曲线
.plot(x, y)
若x, y为同维向量，则以x元素为横坐标值，y元素为纵坐标值绘制曲线
若x是向量，y是有一维与x元素数量相等的矩阵，则以x为共同横坐标，按列绘制y每列元素值，曲线数为y的另一维的元素数
若x, y是同维矩阵，则以x, y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线数为矩阵的列数
.plot(x, y1, x, y2, …)
若x, y均为同维向量时，以公共的x元素作为横坐标值，以y1, y2, …元素为纵坐标值绘制多条曲线

其他二维图形绘制函数

·直方图
函数命令：bar, barh
调用格式：
bar(y)
bar(y, width)
bar(x, y)
bar(x, y, width)
bar(~, ‘grouped’)
bar(~, ‘stack’)
说明：该命令生成一组直方图，可视化结果为m组，每组n个垂直柱（y可以为一组向量，或是m*n矩阵）

·面积图
函数命令：area
调用格式：area(x, y)
说明：该命令绘制(x, y)的面积图，参考plot(x, y)

·饼图
函数命令：pie
调用格式：
pie(x)
pie(x, explode)
pie(…, labels)
说明：该命令绘制饼图

不同坐标系中绘图

·直角坐标系中绘图
函数命令：plot等绘图函数

·对数坐标系中绘图
函数命令：loglog, semilogx, semilogy
调用格式：
loglog(x, y)
semilogx(x, y)
semilogy(x, y)
重要提示：log10(0)在数学上没有意义，但MATLAB并不给出错误提示信息
代码示例：

clf
x = [1.2, 7.0, 3.6, 5.0, 8.0];
y = [4.1, 5.2, 6.3, 9.0, 15.0];
subplot(1, 3, 1)
loglog(x, y)
subplot(1, 3, 2)
semilogx(x, y)
subplot(1, 3, 3)
semilogy(x, y)

·极坐标系中绘图
函数命令：polar
调用格式：polar(theta, r)
重要提示：可使用命令[x, y] = pol2cart(theta, r)将极坐标系的数据点对(theta, r)转化为直角坐标系的数据点对[x, y],命令plot(x, y)和命令polar(theta, r)的效果相同
代码示例：

clf
a = 2;
theta = (0:0.01:4)*pi;
r = a*cos(3*theta);
subplot(1, 2, 1)
plot(tehta, r)
[x, y] = pol2cart(theta, r);
subplot(1, 2, 2)
plot(x, y)
axis equal

·双轴图
函数命令：plotyy
调用格式：[haxes, hline1, hline2] = plotyy(x1, y1, x2, y2, m1, m2)
代码示例：

clf
t = 0:900;
A = 1000;
a = 0.005;
b = 0.005;
z1 = A*exp(-a*t);
z2 = sin(b*t);
[haxes, hline, hline2] = plotyy(t, z1, t, z2, 'semilogy', 'plot');

·符号表达式绘图
函数命令：fplot, ezplot
调用格式：
fplot(fun, lims, tol, n, p1, p2, …)
其中，fun指的是待绘制的函数，lims指的是作图区间， tol指的是相对误差，默认为2e-3,
n指的是作图点数，默认值n = 1
p1, p2, …函数的参数，默认没有参数
代码示例：

fplot('sin(x)', [0, 2*pi], 1e-3)

ezplot(fun, lims, fig)
其中，fun指的是待绘制的函数，lims是作图区间， fig是图形窗口句柄
重要提示：ezplot可作为隐函数与多元函数的图形，默认作图区间为[-2*pi, 2*pi]
代码示例：

explot('u^2 - v^2 - 1', [-2, 3, -3, 2])

三维立体图形

·三维曲线绘图基本绘图函数
函数命令：plot3
调用格式：plot3(x1, y1, z1, x2, y2, z2, …)
注：使用方法与plot相似

三维绘图最简步骤：
.确定x向量
.确定y = f(x), z = g(x)
.用plot3(x, y, z)绘图

三维曲线绘图其他绘图函数
函数命令：bar3, pie3, stem3, ezplot3等
注：使用方法与二维相似

三维曲面绘图函数
函数命令：mesh, surf, meshc, surfc, meshz, meshgrid

调用格式	用途
mesh(x, y, z)	绘制数据的三维网格曲面
surf(x, y, z)	绘制数据的三维曲面
meshc(x, y, z)	绘制数据的三维网格表面，并添加等值线
surfc(x, y, z)	绘制数据的三维曲面，并在图下添加等值线
meshz(x, y, z)	绘制三维网格表面，并在图下添加零平面
[x, y] = meshgrid(x, y)	根据已有m个数据的向量x和n个数据的向量y分别生成有m*n个数据的新矩阵x和y

通常在确定向量x, y的基础上，使用命令meshgrid生成新的矩阵数据[x, y]，再输入函数 z = f(x, y),最后使用mesh等命令生成三维网格、使用surf等命令生成三维曲面

小结：三维曲面绘图最简步骤
.确定向量x, y
.使用命令meshgrid生成新的矩阵数据
.z = f(x, y)
.用mesh等命令生成三维网格
.用surf等命令生成三维曲面

观察点设置
函数命令：view
调用格式：view(azimuth, elevation)
说明：方位角azimuth是观察点和坐标原点连线在 x-y 平面内的投影和 y 轴负方向的夹角，仰角elevation是观察点与坐标原点的连线和 x-y 平面的夹角
默认：2D(0, 90), 3D(-37.5, 30)

色图处理
函数命令：colormap, brighten
调用格式：colormap(map), brighten(S)
说明：colormap将当前图形色图设置为系统预定义的map格式，brighten改变当前推行窗口色图的亮度
代码示例：

clf;
x = -5:0.1:5;
y = -4:0.1:4;
[X, Y] = meshgrid(x, y);
Z = 0.5*X.^3 + y.^2;
mesh(X, Y, Z)
colormap(hsv)
brighten(0.60)

声音和动画

·声音的实现
函数命令：sound
调用格式：sound(y), sound(y, f)
说明：将向量y传送至扬声器，f为采样频率
例题：以20KHz的制作并播放余弦曲线形式的声音
代码如下：

x = cos(linspace(0, 10000, 20000));
sound(x)

其他的函数命令：wavplay, wavread, wavrecord, wavwrite, chirp, beep

·动画的实现
函数命令：getframe, movie
调用格式：M = getframe, movie(M, k)
代码示例：

% 制作正弦曲线在[0, 2*pi]从起点到终点的延伸情况曲线，并播放三次
s = 0.2;
x1 = 0;
nframes = 50;
for k = 1:nframes
    x1 = x1 + s;
    x = 0:0.01:x1;
    y = sin(x)
    plot(x, y)
    axis([0 2*pi -1 1]);
    grid off
    M(k) = getframe;
end
movie(M, 3)

至此，基本完成了MATLAB编程基础所学内容的整理，感谢孙蓬老师！

MATLAB学习笔记-Part 5.MATLAB图形处理

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