matlab學習筆記8 基本繪圖命令-三維繪圖

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基本繪圖命令_6 三維繪圖

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參考書籍
《matlab 程序設計與綜合應用》張德豐等著 感謝張老師的書籍，讓我領略到matlab的便捷
《MATLAB技術大全》葛超等編著 感謝葛老師的書籍，讓我領略到matlab的高效

三維繪圖命令

三維繪圖命令plot3

• plot3命令將繪製二維圖形的函數plot的特性擴展到三維空間圖形。函數格式除了包括第三維的信息(如Z方向)以外,與二維函數plot相同。其調用格式以下。
  • plot3(x,y,z)：當x，y和z是相同的向量時，則繪製以x,y和z元素爲座標的三維曲線；當x,y和z是同型矩陣時，則繪製以x,y和z元素爲座標的三維曲線，且曲線的條數等於矩陣的列數。
  • plot3(x，y，z,'s')：s是指定繪製三維曲線的線型、數據點形和顏色的字符串，省略s時，將自動選擇線型、數據點形和顏色。
• 使用plot3繪製三維螺旋曲線圖

t=0:pi/50:10*pi;
plot3(sin(t),cos(t),t,'g*')
grid

繪製空間曲面

• 三維空間曲面能夠繪製出在某一區間內完整的曲面，而不是單根曲線。三維網格圖是將鄰近的網格頂點(x，Y）對應曲面上的點(X,Y,Z）用線條鏈接起來造成的。利用mesh和surf繪製三維網線圖和曲面圖。其中mesh(X,Y,Z)是繪製網格曲面，surf(X,Y,Z)是繪製光滑曲面。
  • mesh(x,y,z,c)：繪製由x、y和z指定的參數曲面。x和y必須爲向量。若x和y的長度爲m和n，則z必須爲m×n的矩陣，c是顏色映射數組，決定圖形的顏色。
  • mesh(z)和mesh(x,y,z)：繪製三維網格圖。當只有參數z時，以z矩陣的行下標做爲x座標軸，把z的列下標看成座標軸；x和y分別爲x和y座標軸的自變量。當有x,y和z參數時，繪製出由座標(x,y,z)肯定的三維網格圖形
  • surf(x,y,z,c)：完整地畫出由c指定用色的曲面圖，在完整調用格式中，4個輸入量必須是維數相同的矩陣。它們要求x和y是自變量「格點」矩陣；z是格點上的函數矩陣；c是指定各點用色的矩陣，能夠默認。默認時，默認着色矩陣是z，即c=z。
• 畫三維函數立體網狀圖

x=linspace(-2, 2, 20);      % 在x軸上取20點
y=linspace(-2, 2, 20);      %在y軸上取20點
[xx,yy]=meshgrid(x, y);     % xx和yy都是21x21的矩陣
zz=xx.*exp(-xx.^2-yy.^2);   % 計算函數值，zz也是21x21的矩陣
mesh(xx, yy, zz);          % 畫出立體網狀圖

• 使用surf命令將以上立體網格圖改成三維曲面圖

x=linspace(-2, 2, 20);      % 在x軸上取20點
y=linspace(-2, 2, 20);      %在y軸上取20點
[xx,yy]=meshgrid(x, y);     % xx和yy都是21x21的矩陣
zz=xx.*exp(-xx.^2-yy.^2);   % 計算函數值，zz也是21x21的矩陣
surf(xx, yy, zz);          % 畫出立體曲面圖

高級三維繪圖改進命令

peaks % 最原始版本圖形 F1
[x,y,z]=peaks;
figure;
meshz(x,y,z);  % 畫上一個參考平面 F2
figure;
waterfall(x,y,z); % 瀑布流水形狀網線圖 F3
figure;
meshc(x,y,z); % 網格線和等高線 F4
figure;
surfc(x,y,z); % 同時畫出曲面圖和等高線圖 F5

• F1
  
• F2
  
• F3
  
• F4
  
• F5
  

高級三維繪圖改進命令

p=peaks;    %peaks 爲系統提供的多峯函數
subplot(2,2,1);
mesh(peaks,p);
view(-37.5,30);  %指定子圖 1 的視點
title('azimuth=-37.5,elevation=30');
subplot(2,2,2);
mesh(peaks,p);
view(-17,60);   %指定子圖 2的視點
title('azimuth=-17,elevation=60');
subplot(2,2,3);
mesh(peaks,p);
view(-90,0);    %指定子圖 3 的視點
title('azimuth=-90,elevation=0');
subplot(2,2,4);
mesh(peaks,p);
view(-7,-10);    %指定子圖 4的視點
title('azimuth=-7,elevation=10')

三維圖形的光照控制

x= -1.5:0.2:1.5;y=-1:0.2:1;
[X,Y]=meshgrid(x,y);
Z=sqrt(4-X.^2/9-Y.^2/4);
view(45,45)
subplot(2,2,1);surfl(X,Y,Z, [0,45],[.1  .6  .4  10]);
shading interp
subplot(2,2,2);surfl(X,Y,Z, [20,45],[.3  .6  .4  10]);
shading interp
subplot(2,2,3);surfl(X,Y,Z, [40,45],[.6  .6  .4  10]);
shading interp
subplot(2,2,4);surfl(X,Y,Z, [60,45],[.9  .6  .4  10]);  
shading interp

• matlab提供了燈光設置的函數，其調用格式爲: light('Color',選項1，'Style',選項2,'Position',選項3)

[x,y,z]=sphere(20);
subplot(1,2,1);
surf(x,y,z);

[x,y,z]=sphere(20);
subplot(1,2,1);
surf(x,y,z);
axis equal; % 橫軸縱軸的座標定標係數設爲相同值

[x,y,z]=sphere(20);
subplot(1,2,1);
surf(x,y,z);
axis equal; % 橫軸縱軸的座標定標係數設爲相同值
light('Posi',[1,1,1]);

[x,y,z]=sphere(20);
subplot(1,2,1);
surf(x,y,z);
axis equal; % 橫軸縱軸的座標定標係數設爲相同值
light('Posi',[-1,-1,0]);

• 光滑表示

[x,y,z]=sphere(20);
subplot(1,2,1);
surf(x,y,z);
axis equal; % 橫軸縱軸的座標定標係數設爲相同值
light('Posi',[-1,-1,0]);
shading interp;

• 三維點圖

plot3(0,1,1,'*');
text(0,1,1,' light');

• 三維圖片拼接
  

[x,y,z]=sphere(20);
subplot(1,2,1);
surf(x,y,z);
axis equal; % 橫軸縱軸的座標定標係數設爲相同值
light('Posi',[-1,-1,0]); % 燈光位置
shading interp; % 光滑
hold on;
plot3(0,1,1,'p');
text(0,1,1,' light');
subplot(1,2,2);
surf(x,y,z);
axis equal;
light('Posi',[1,0,1]); % 燈光位置
shading interp; % 光滑
hold on;
plot3(1,0,1,'p');
text(1,0,1,' light');

柱面和球面的表達

1. 繪製柱面的cylinder命令:[X,Y,Z]=cylinder(r,n)表示生成半徑爲r,高度爲1的矩陣x,y,z,利用這三個矩陣能夠繪製出半徑爲r,高度爲1的柱體，圓柱體的圓周有指定的n個距離相同的點。

figure
subplot(2,2,1)
[x,y,z]=cylinder(3,2)
surf(x,y,z)
subplot(2,2,2)
[x,y,z]=cylinder(3,3)
surf(x,y,z)
subplot(2,2,3)
[x,y,z]=cylinder(3,4)
surf(x,y,z)
subplot(2,2,4)
t=0:pi/10:2*pi;
[X,Y,Z]=cylinder(2+cos(t),30);
surf(X,Y,Z)

1. 繪製球面的sphere命令:[x,y,z]=sphere(n)表示生成三個階數爲(n+1) * (n+1) 的矩陣x,y,z，利用這是三個矩陣能夠繪製出圓心位於原點，半徑爲1的單位球體。

figure
subplot(2,2,1)
[x,y,z]=sphere(100)
surf(x,y,z)
subplot(2,2,2)
[x,y,z]=sphere(100)
plot3(x,y,z)
subplot(2,2,3)
[x,y,z]=sphere(100)
surfl(x,y,z)
subplot(2,2,4)
[x,y,z]=sphere(100)
mesh(x,y,z)