matlab meshgrid函數_matlab入門（三）圖像可視化

matlab圖像可視化

基本要求

(1)掌握圖形窗口的創建與控制，以及圖形窗口的基本操作；(2)熟練掌握二維和三維繪圖基本的命令、線型控制；(3)初步掌握用特殊的圖形來表現特殊數據的性質，如面積圖、直方 圖、餅圖等。(4)掌握坐標軸的控制和圖形標注命令及其用法。

1. 二維平面圖形與坐標系

幾個基本的繪圖命令
線性坐標曲線 plot 函數命令 plot 是 MATLAB 二維曲線繪圖中最簡單、最重要、使用最廣泛的一個線性繪圖函數。它可以生成線段、曲線和參數方程曲線的函數圖形。命令格式:

plot(X,Y)plot(x1,y1,x2,y2,…)：綜合調用方式用命令 plot(x,y)繪制函數 y=cos(x)在一個周期內的圖形。x=0:0.01:2*pi;y=cos(x);plot(x,y)

在同一圖形窗口中用命令 plot(x,y)繪出正弦余弦函數的圖形。

  x=0:0.01:2*pi;??y=[sin(x);cos(x)];  plot(x,y)

plot 函數可以設置曲線的線段類型、定點標記和線段顏色。?調用格式：plot(x,y,s) ，s 為類型說明參數，是字符串。?s 字符串可以是三種類型的符號之一，也可以是線型與顏色和定點標記與顏色的組合；如果沒有 s 參數，plot 將使用缺省設置(實線，前七種顏色順序著色)繪制曲線；在當前坐標系中繪圖時，每調入一次繪圖函數，MATLAB將擦掉坐標系中已有的圖形對象。可以用 hold on 命令在一個坐標系中增加新的圖形對象。注意MATLAB會根據新圖形的大小，重新改變坐標系的比例。

用不同的線型和標注來繪制兩條曲線。

圖形窗口的分割有時需要在一個圖形窗口中顯示幾幅圖，以便對幾個函數進行直觀、便捷的比較。由于每個繪圖命令在繪制數據圖像時都會將已有圖形覆蓋掉，而用 hold 命令不能實現同時顯示幾個不同坐標尺寸下的圖形，用 figure 命令再創窗口又很難同時比較由不同的數據繪得的圖像。實現在同一個窗口中同時顯示多個圖像的命令subplot。使用格式為：
```
subplot(m，n，i)
```

其含義為：把圖形窗口分割為 m 行 n 列子窗口，然后選定第 i 個窗口為當前窗口。subplot 命令不僅用于二維圖形，對三維圖形一樣適用。其本質是將 figure 窗口分為幾個區域，再在每個區域內分別繪圖。

%用 subplot 函數把兩種不同的圖形綜合在一個圖形窗口中。subplot(2,2,1)t=0.1:0.1:2*pi;y=sin(t);semilogx(t,y)grid onsubplot(2,2,2)t=0:0.1:4*pi;y=sin(t);plot(t,y)subplot(2,2,3)x=1:0.01:5;y=exp(x);plot(x,y,x,y,’semilogx’,’plot’)subplot(2,2,4)x=1:0.1:10;y=sqrt(x);plot(x,y,’:rd’)

坐標系的調整實現坐標系的調整的命令是 axis 函數。調用格式為：** axis([xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmax])** 坐標的最小值( xmin,ymin,zmin)必須小于相應的最大值( xmax,ymax,zmax)，否則會出錯。自動坐標系與用 axis 函數調整后的坐標系的比較。

subplot(2,1,1)t=0:0.1:4*pi;y=sin(t);plot(t,y)subplot(2,1,2)t=0:0.1:4*pi;y=sin(t);plot(t,y)axis([0,max(t),min(y),max(y)])

2. 三維繪圖 ##

三維曲線繪圖命令三維函數 plot3主要用來表現單參數的三維曲線，與二維繪圖函數 plot 相比，只多了第三維數據。其調用格式為：
```
plot3(X1,Y1,Z1,s1,X2,Y2,Z2,s2,…)
```

參數的含義如下：Xn、Yn、Zn：第一到三維數據，是尺寸相等的向量/矩陣；s、s1、s2：是字符串，用來設置線型、顏色、數據點標記。x、y、z 是向量時，plot3 命令的使用

t=0:0.1:8*pi;plot3(sin(t),cos(t),t)title(’繪制螺旋線’) %用命令 title 對圖形主題進行標注xlabel(’sin(t)’)ylabel(’cos(t)’)zlabel(’t’)%命令 zlabel 用來指定 z 軸的數據名稱grid on

x、y、z 都是矩陣時，plot3 命令的使用

[X,Y]=meshgrid(-pi:0.1:pi);Z=sin(X)+cos(Y);plot3(X,Y,Z)

三維曲面繪圖命令為了繪制定義在平面區域 D =[x0,xm]×[y0,yn ]上的三維曲面z=f(x,y) ，首先將[x0,xm]在 x 方向分成 m 份，將[y0,yn]在 y 方向分成 n 份，由各劃點分別作平行于坐標軸的直線，將區域 D 分成 m×n 個小矩形；對于每個小矩形，計算出網格點的函數值，決定出空間中四個頂點( xi,yi,f(xi,yi))，連接四個頂點得到一個空間的四邊形片；所有四邊形片連在一起構成函數 z=f(x,y)定義在區域 D 上的空間網格曲面。因此，三維曲面繪圖命令可分為平面網格點的生成、在平面網格基礎上繪制三維網格及對三維表面進行處理三個步驟。
平面網格點的生成函數命令meshgrid 用來生成 x-y 平面上的網格點矩陣。調用形式為：

[X,Y]=meshgrid(x,y)[X,Y]=meshgrid(x) 等價于[X,Y]=meshgrid(x,x)

參數含義如下：?x：是區間[x0,xm]上分劃的向量；y：是區間[y0,yn]上分劃的向量；X，Y：輸出變量矩陣，矩陣 X 的行向量都是向量 x，矩陣 Y 的列向量都是向量 y。函數 meshgrid 將由兩個向量決定的區域轉換為對應的網格點矩陣。

三維網格命令 mesh 利用函數mesh生成網格曲面。調用格式為：
mesh(X，Y，Z，C)：X、Y、Z、C 是同維數的矩陣，X、Y、Z 對應空間上的網格點，網格線顏色由C決定；
mesh(X，Y，Z)：相當于上面的 C=Z 的情況；
mesh(x，y，Z，C)：x 和 y 是向量，Z 和 C 是同維數的矩陣，網格曲面的網格頂點是( x(j)，y(i)，Z(i,j))，網格線的顏色由矩陣 C 決定；
mesh(x，y，Z)：相當于上面的 C=Z 的情況；
mesh(Z，C)：等價于 mesh(x，y，Z，C)，此時向量x=1:n，向量 y=1:m；
mesh(Z)：相當于上面的 C=Z 的情況
mesh(...,’PropertyName’,PropertyValue,...)：給函mesh設置曲面屬性。
三維表面命令 surf 函數 surf 可實現對網格曲面片進行著色，將網格曲面轉化為實曲面。surf 命令的調用格式與 mesh 相同。利用三維網格表面命令 surf 繪制圖形。
z=peaks; %繪制山峰的圖像，將函數值賦予變量z
surf(z) %對山峰的圖像進行著色處理
shading interp %函數 shading 改變著色方式
柱面的表達cylinder cylinder命令中，柱面的軸線定義為 z 軸，只要給出母線的描述就可完成一個柱面。調用格式為：
[X,Y,Z] = cylinder(R,N)；
[X,Y,Z] = cylinder(R)：缺省值 N=20；
[X,Y,Z] = cylinder：缺省值 N=20，R=[1，1]。

R：是一描述柱面母線的向量；N：是旋轉柱面上的分割線條數；[X,Y,Z] ：是返回的x,y,z坐標向量。繪制一個柱面。

t=pi:0.01:3*pi;r=sin(t)+t;cylinder(r,30)shading interp

球面的表達sphere 調用格式為：
[X,Y,Z]=sphere(N)：產生一個( N+1)×( N+1)的矩陣，然后用函數 surf 命令繪制一個單位的球面，N 為設置分割線的條數；
[X,Y,Z] = sphere：缺省 N = 20。

畫一個球面。

[X,Y,Z]=sphere;surf(X,Y,Z)

特殊圖形繪制

為了將抽象的數據表達得更形象，除了繪制二維、三維圖形外，還要用到直方圖、面積圖、餅圖等特殊圖形。

圖像標注修飾

圖形標注

坐標軸和圖形標題標注；標注坐標軸 x、y 和 z 的命令函數為 xlabel、ylabel 和 zlabel ，調用格式為：

xlabel(’text’)xlabel(’text’,’Property1’,PropertyValue1,’Property2’,PropertyValue2,...)H = xlabel(...) 返回坐標軸標注的句柄。

其中，’text’是要添加的標注文本。’Property’是文本的屬性名，’PropertyValue’是屬性值(所用字體、大小、標注角度等)。圖形加標題的函數為 title，其調用格式與坐標軸標注類似。

圖例的標注 legend命令實現不同圖例的說明。其調用格式為：
legend(string1,string2,string3, ...)
legend(string1,string2,string3,...,Pos)

按順序把字符串添加到相應的曲線線型符號之后；Pos對圖例的位置作出設置和調整：

0 = 自動把圖例置于最佳位置( 和圖中曲線重復最少)；1 = 置于圖形窗口的右上角( 缺省值)；2 = 置于圖形窗口的左上角；3 = 置于圖形窗口的左下角；4 = 置于圖形窗口的右下角；-1 = 置于圖形窗口的右側( 外部)。

控制分格線對二維和三維圖形都適用。有三種用法：
grid on：打開分格線控制開關，以后繪制的圖形都帶有分格線；
grid off：關閉分格線控制開關，以后繪制的圖形都不帶分格線；
grid：用于實現分格線繪制切換。
舉例

繪制圖形，并用函數 xlabel、title 和 legend 命令進行標注。

t=0:0.1:4*pi; y=sin(t); y1=cos(t);plot(t,y,':',t,y1,'r*')xlabel('x 軸 (0--4\pi)','fontsize',12,'fontweight','bold')ylabel('y 軸','fontsize',12,'fontweight','bold')title('繪制正弦波和余弦波 Pos=1','fontsize',10,'fontweight','bold','fontangle','italic')text(pi,0,'\leftarrowsin(\pi)=0')text(pi,-1,'\leftarrowcos(\pi)=-1')text(pi/2,0.9,['\uparrowsin(\pi/2)=',num2str(sin(pi/2))])text(0,-0.6,['繪圖日期：',date])text(0,-0.8,['MATLAB 版本：',version])legend('正弦波','余弦波')figure(2)plot(t,y,':',t,y1,'r*')title('繪制正弦波和余弦波 Pos=0','fontsize',10,'fontweight','bold','fontangle','italic')legend('正弦波','余弦波',0)grid onfigure(3)plot(t,y,':',t,y1,'r*')title('繪制正弦波和余弦波 Pos=-1','fontsize',10,'fontweight','bold','fontangle','italic')