matlab学习笔记8 基本绘图命令-三维绘图

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基本绘图命令_6 三维绘图

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参考书籍
《matlab 程序设计与综合应用》张德丰等著 感谢张老师的书籍，让我领略到matlab的便捷
《MATLAB技术大全》葛超等编著 感谢葛老师的书籍，让我领略到matlab的高效

三维绘图命令

三维绘图命令plot3

• plot3命令将绘制二维图形的函数plot的特性扩展到三维空间图形。函数格式除了包括第三维的信息(如Z方向)之外,与二维函数plot相同。其调用格式如下。

  • plot3(x,y,z)：当x，y和z是相同的向量时，则绘制以x,y和z元素为坐标的三维曲线；当x,y和z是同型矩阵时，则绘制以x,y和z元素为坐标的三维曲线，且曲线的条数等于矩阵的列数。
  • plot3(x，y，z,'s')：s是指定绘制三维曲线的线型、数据点形和颜色的字符串，省略s时，将自动选择线型、数据点形和颜色。

• 使用plot3绘制三维螺旋曲线图

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

绘制空间曲面

• 三维空间曲面可以绘制出在某一区间内完整的曲面，而不是单根曲线。三维网格图是将邻近的网格顶点(x，Y）对应曲面上的点(X,Y,Z）用线条连接起来形成的。利用mesh和surf绘制三维网线图和曲面图。其中mesh(X,Y,Z)是绘制网格曲面，surf(X,Y,Z)是绘制光滑曲面。

  • mesh(x,y,z,c)：绘制由x、y和z指定的参数曲面。x和y必须为向量。若x和y的长度为m和n，则z必须为m×n的矩阵，c是颜色映射数组，决定图形的颜色。
  • mesh(z)和mesh(x,y,z)：绘制三维网格图。当只有参数z时，以z矩阵的行下标作为x坐标轴，把z的列下标当作坐标轴；x和y分别为x和y坐标轴的自变量。当有x,y和z参数时，绘制出由坐标(x,y,z)确定的三维网格图形
  • surf(x,y,z,c)：完整地画出由c指定用色的曲面图，在完整调用格式中，4个输入量必须是维数相同的矩阵。它们要求x和y是自变量“格点”矩阵；z是格点上的函数矩阵；c是指定各点用色的矩阵，可以默认。默认时，默认着色矩阵是z，即c=z。

• 画三维函数立体网状图

x=linspace(-2, 2, 20);      % 在x轴上取20点
y=linspace(-2, 2, 20);      %在y轴上取20点
[xx,yy]=meshgrid(x, y);     % xx和yy都是21x21的矩阵
zz=xx.*exp(-xx.^2-yy.^2);   % 计算函数值，zz也是21x21的矩阵
mesh(xx, yy, zz);          % 画出立体网状图

• 使用surf命令将以上立体网格图改为三维曲面图

x=linspace(-2, 2, 20);      % 在x轴上取20点
y=linspace(-2, 2, 20);      %在y轴上取20点
[xx,yy]=meshgrid(x, y);     % xx和yy都是21x21的矩阵
zz=xx.*exp(-xx.^2-yy.^2);   % 计算函数值，zz也是21x21的矩阵
surf(xx, yy, zz);          % 画出立体曲面图

高级三维绘图改进命令

peaks % 最原始版本图形 F1
[x,y,z]=peaks;
figure;
meshz(x,y,z);  % 画上一个参考平面 F2
figure;
waterfall(x,y,z); % 瀑布流水形状网线图 F3
figure;
meshc(x,y,z); % 网格线和等高线 F4
figure;
surfc(x,y,z); % 同时画出曲面图和等高线图 F5

• F1
  
• F2
  
• F3
  
• F4
  
• F5
  

高级三维绘图改进命令

p=peaks;    %peaks 为系统提供的多峰函数
subplot(2,2,1);
mesh(peaks,p);
view(-37.5,30);  %指定子图 1 的视点
title('azimuth=-37.5,elevation=30');
subplot(2,2,2);
mesh(peaks,p);
view(-17,60);   %指定子图 2的视点
title('azimuth=-17,elevation=60');
subplot(2,2,3);
mesh(peaks,p);
view(-90,0);    %指定子图 3 的视点
title('azimuth=-90,elevation=0');
subplot(2,2,4);
mesh(peaks,p);
view(-7,-10);    %指定子图 4的视点
title('azimuth=-7,elevation=10')

三维图形的光照控制

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提供了灯光设置的函数，其调用格式为: light('Color',选项1，'Style',选项2,'Position',选项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; % 横轴纵轴的坐标定标系数设为相同值

[x,y,z]=sphere(20);
subplot(1,2,1);
surf(x,y,z);
axis equal; % 横轴纵轴的坐标定标系数设为相同值
light('Posi',[1,1,1]);

[x,y,z]=sphere(20);
subplot(1,2,1);
surf(x,y,z);
axis equal; % 横轴纵轴的坐标定标系数设为相同值
light('Posi',[-1,-1,0]);

• 光滑表示

[x,y,z]=sphere(20);
subplot(1,2,1);
surf(x,y,z);
axis equal; % 横轴纵轴的坐标定标系数设为相同值
light('Posi',[-1,-1,0]);
shading interp;

• 三维点图

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

• 三维图片拼接
  

[x,y,z]=sphere(20);
subplot(1,2,1);
surf(x,y,z);
axis equal; % 横轴纵轴的坐标定标系数设为相同值
light('Posi',[-1,-1,0]); % 灯光位置
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]); % 灯光位置
shading interp; % 光滑
hold on;
plot3(1,0,1,'p');
text(1,0,1,' light');

柱面和球面的表达

1. 绘制柱面的cylinder命令:[X,Y,Z]=cylinder(r,n)表示生成半径为r,高度为1的矩阵x,y,z,利用这三个矩阵可以绘制出半径为r,高度为1的柱体，圆柱体的圆周有指定的n个距离相同的点。

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)

2. 绘制球面的sphere命令:[x,y,z]=sphere(n)表示生成三个阶数为(n+1) * (n+1) 的矩阵x,y,z，利用这是三个矩阵可以绘制出圆心位于原点，半径为1的单位球体。

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)