第四章 图形处理功能

1. 第四章 图形处理功能 MATLAB的图形处理工具箱从简单的点、线、面处理发展到了集二维、三维甚至四维表现图和对图进行着色、消隐、光照、渲染及多视角处理等强大功能包，数据可视化和绘图方面的能力。 本章主要内容： • 4.1 二维图形 • 4.2 三维图形 • 4.3 图形处理的基本技术 • 4.4 图形处理的高级技术 • 4.5 图形窗口

2. 4.1 二维图形 • 二维图形的绘制是MATLAB图形处理的基础，在数值计算的过程中，用户可通过MATLAB函数将计算结果图形化，以实现对结果数据的深层次理解。

3. 4.1.1 基本绘图指令 • 绘制函数——plot函数 • 函数能够将向量或者矩阵中的数据绘制在图形窗体中，并且可以指定不同的线型和色彩 基本格式 • 绘制一条曲线 plot(xdata,ydata,’color_linestyle_marker’) • 绘制多条曲线 plot(xdata1,ydata1,’clm1’,xdata2,ydata2,’clm2’,……)

4. 设置曲线线型、颜色以及标识的控制符

5. Plot绘图相关命令

6. 4.1.2 二维特殊函数图

7. 4.2 三维图形 • 4.2.1 基本绘图命令 • plot3、网图函数、 • 着色图 • 1.plot3 • 2.网图函数

8. 特殊的三维图形函数

9. 4.3 图形处理的基本技术 • 图形控制、图形标注、图形保持、子图的绘制 • 4.3.1图形控制 • 1.坐标轴控制axis

10. 2.坐标轴缩放zoom • Zoom的控制符：当zoom处于on时，可通过鼠标进行图形缩放

11. 3. 图形的标注 • (1) 坐标轴标注：title为图形添加标题、xlablel,ylabel为坐标轴添加标注 • 标注时指数或分母应放在大括号内{} • (2)文本标注 • Text(x,y,’标注文本及控制字符串’) • (3)交互文本标注gtext:用户可通过鼠标来选择文本输入点 • (4)图例标注legend

12. 4.图形保持与子图 (1)图形保持 Hold on 启动图形保持 Hold off 关闭图形保持 Hold 切换 (2)子图 Subplot(m,n,p)分割图形窗口成m*n个子绘图区，并从左至右编号 注：对一个子图进行图形设置不影响其它子图

13. 4.4 图形处理的高级技术 • 1. 颜色映像：默认状态为64*3的颜色矩阵，每个颜色映像均描述了64种颜色的RGB属性。 • 2.调用颜色映像函数为colormap ,其输入变量为一3 列矩阵。如colormap(pink(8))

14. 3. 调用所定义的颜色 • 定义颜色后，用户可调用所定义的颜色映像为图形服务： • (1)pcolor(C)：以当前颜色映像为矩阵C进行“着色”，即根据矩阵元素的大小在当前颜色映像中进行插值着色。 • shading’控制字符串’，与pcolor相结合使用，其作用是以不同方式为图形元素着色。控制字符串有以下3种： • Faceted以平面为着色单位 • Interp以插值形式为图形的像点着色 • Flat以平滑形式

15. (2) rgbplot: 将矩阵的三列值分别以红、绿、蓝绘出。 • 如rgbplot(hot(80)) • (3) colorbar: 在当前的图形窗口中显示颜色标尺，用来反映当前便用的颜色映像。 • (4) brighten: 调整颜色映像的色彩强弱 • (5)caxis:控制图形中颜色显示的范围及色彩与数值的对应关系 • (6) colordef: 对背景颜色进行操作

16. 4. 视角与光照 • (1)视角控制：view, viewmtx, rotate3D • View(az,el): az为方位角，即从y轴负方向开始以逆时针旋转的角度；el为仰角，即朝向z轴旋转的角度。 • Viewmtx：给出指定视角的正交转换矩阵 • rotate3D：触发图形窗口的rotate3D选项，用鼠标来控制视角变化 • (2)光照控制

17. (3) surfl(x,y,z,s,k): 三维光照图形，对surf增加了对光源位置及图形表面光特性的设置。

18. 5. 图像处理 • (1)imread: Matlab环境下调用外部图形的函数，通过它可以把其他图形转换成Matlab可识别的类型。 • (2)imwrite: 将图像矩阵写入外部文件 • (3)imfinfo: 显示图像信息 • (4)image:在图形窗口中显示外部图像文件: • Matlab图像形式： • 索引图：存储时需要一个图像数据矩阵（下标对应图像像素点下标，元素值为颜色位置）和一个颜色映像矩阵；

19. 灰度图像：只需一个图像数据矩阵（下标对应像素点下标，元素值为当前颜色映像的插值因子。灰度图像：只需一个图像数据矩阵（下标对应像素点下标，元素值为当前颜色映像的插值因子。 • 真彩图像：只需一个三维数据数组，每一面的元素下标对应像素点的下标，值为一个基色，三个面构成其真色。

20. 4.5 图形编辑器 • MATLAB的图形窗体进入编辑模式后，可以向其中的对象添加文本、箭头、直线等，还可以利用编辑工具完成图形对象的编辑工作 • 进入图形编辑模式的方法 • 执行图形窗体中“Tool”菜单下的“Edit Plot”命令 • 单击图形窗体工具栏中选择对象按钮 • 执行“Edit”菜单下的菜单命令或者“Insert”菜单下的菜单命令 • 在MATLAB命令行窗口中，键入“plotedit”指令 • 回到正常的显示模式 • 完成工作后，单击 按钮 • 图形编辑模式下的主要工作 • 设置各种图形对象的属性

21. 图形编辑器（续） 例6-8 利用图形编辑模式编辑轴对象属性 1、进入图形编辑模式 2、用鼠标单击轴

22. 控制绘图区域（续） 3、打开轴对象的属性编辑器 • 执行“Edit”菜单下的“”命令 • 执行鼠标右键快捷菜单下的“”命令 • 在MATLAB命令行窗口中键入指令，在弹出的图形属性对话框中选择轴对象

24. 格式化文本标注（续） 例：% 使用不同的文本标注属性 % 准备数据并绘制曲线 x=0:.1:2*pi;y=sin(x);plot(x,y) grid on;hold on plot(x,exp(-x),'r:*'); % 添加标注 title('2-D Plots','FontName','Arial','FontSize',16) % 使用中文字体 xlabel('时间','FontName','隶书','FontSize',16) % 加粗文本 ylabel('Sin(t)','FontWeight','Bold') % 修改字号 text(pi/3,sin(pi/3),'<--Sin(\pi/3)','FontSize',12) legend('Sine Wave','Decaying Exponential') hold off

25. 特殊字符标注 • 利用LaTeX字符集和MATLAB文本注释的定义，可以在MATLAB的图形文本标注中使用希腊字符、数学符号或者上标和下标字体等 • 进行上标文本的注释需要使用“^”字符，进行下标文本的注释需要使用“_”字符 • ^{supeerstring}——进行上标文本的注释 • _{substring}——进行下标文本的注释 • 使用特殊字符标注时，要用“\”符号 • \bf：加粗字体 • \it：斜字体 • \sl：斜字体 • \rm：正常字体 • \fontname{fontname}：定义使用特殊的字体名称 • \fontsize{fontsize}：定义使用特殊的字体大小

26. 特殊字符标注（续） 例6-10 使用特殊文本标注 001 function latex_examp 002 % LATEX_EXAMP在文本注释中使用特殊文本 003 alpha=-0.5; 004 beta=3; 005 A=50; 006 t=0:.1:10; 007 y=A*exp(alpha*t).*sin(beta*t); 008 % 绘制曲线 009 plot(t,y);

27. 特殊字符标注（续） 010 % 添加特殊文本注释 011 title(‘\fontname{隶书}\fontsize{16}{隶书} \fontname{Impact}{Impact}') 012 xlabel('^{上标}and_{下标}') 013 ylabel('Some\bf粗体\rm and some\it{斜体}') 014 txt={'y={\itAe}^{\alphax}sin(\beta\itt)', ['\itA\rm','=',num2str(A)], ['\alpha=',num2str(alpha)], ['\beta=',num2str(beta)]}; 015 text(2,22,txt);

28. 4.6 图形修饰 • 图形颜色的修饰 • 图形效果的修饰

29. 一、图形颜色的修饰 • colormap(MAP) —— 色图设定函数，MAP为m×3维色图矩阵 • 图形颜色可根据需要任意生成，也可用MATLAB配备的色图函数 • shading faceted — 网格修饰，缺省方式 • shading flat —— 去掉黑色线条，根据小方块的值确定颜色 • shading interp —— 颜色整体改变，根据小方块四角的值差补过度点的值确定颜色

30. 图形颜色的修饰（续） 例： >> z=peaks(30); >> surf(z) peaks函数可产生一个凹凸有致的曲面，该曲面包含三个局部极大点和三个局部极小点

31. 图形颜色的修饰（续） 1、shading flat —— 去掉黑色线条，根据小方块的值确定颜色 >> shading flat

32. 图形颜色的修饰（续） 2、 shading interp —— 颜色整体改变，根据小方块四角的值差补过度点的值确定颜色 >> shading interp

33. 图形颜色的修饰（续） 3、 shading faceted — 网格修饰，缺省方式 >> shading faceted

34. 二、图形效果的修饰 • 透视与消隐—— 用于网线图 • 裁剪修饰 ——用于网线图、曲面图 • 视角修饰 —— 观察不同角度的三维视图 • 其它修饰： a. 水线修饰 b. 等高线修饰

35. 1、透视与消隐 • 透视与消隐—— 用于网线图 • 使用函数hidden on和hidden off • 函数hidden on——消隐（默认） • 函数hidden off——透视

36. 透视与消隐（续） 例 >> p = peaks(30); >> mesh(p)

37. 透视与消隐（续） >> hidden off （透视）

38. 透视与消隐（续） >> hidden on （消隐）

39. 2、裁剪修饰 • 裁剪修饰 ——用于网线图、曲面图 • 裁剪就是将网线图或曲面图切掉一部分，以显示不同的效果 • 用NaN或nan（Not a Number，即“非数值”）来取代矩阵某一部分的值

40. 裁剪修饰（续） 例：>> p=peaks; >> p(30:40,20:30)=nan*p(30:40,20:30); >> surf(p)

41. 裁剪修饰（续） 例：>> p=peaks; >> p(30:40,20:30)=nan*p(30:40,20:30); >> mesh(p)

42. 3、视角修饰 • 视角修饰 —— 观察不同角度的三维视图 • 视角修饰 ——用于网线图、曲面图 • 视角修饰 • 使用函数view（az,el）进行视角修饰 az ----方位角；el ---- 俯视角 省缺值为：az=-37.5; el=30

43. 视角修饰（续） 例： >> z=peaks(40); >> subplot(2,2,1);mesh(z); >> subplot(2,2,2);mesh(z);view(-15,60); >> subplot(2,2,3);mesh(z);view(-90,0); >> subplot(2,2,4);mesh(z);view(-7,-10)

44. 视角修饰（续）

45. 视角修饰（续） 例： >> z=peaks(40); >> subplot(2,2,1);surf(z); >> subplot(2,2,2);surf(z);view(-15,60); >> subplot(2,2,3);surf(z);view(-90,0); >> subplot(2,2,4);surf(z);view(-7,-10)

46. 视角修饰（续）

47. 4、其他修饰 • 其它修饰： （1）水线修饰 （2）等高线修饰

48. （1）水线修饰 • 使用waterfall命令可在X方向或Y方向产生水流效果 • 对于网线图和曲面图，水线修饰效果一样

49. 水线修饰（续） 例： >> z=peaks(40); >>mesh(z) >> waterfall(z) 或 >> z=peaks(40); >> surf(z) >> waterfall(z) >> z=peaks(40); >> waterfall(z)

50. （2）等高线修饰 • meshc函数用来绘制具有等高线性质的mesh网线 • surfc函数绘制具有等高线性质的surf曲面