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matlab 3D繪圖詳解

阿新 • • 發佈：2019-01-16 
<pre code_snippet_id="1628801" snippet_file_name="blog_20160330_1_8408168" name="code" class="cpp">

  1、三維曲線： plot3()

     →plot3(X1,Y1,Z1,...)     →plot3(X1,Y1,Z1,LineSpec,...)     →plot3(...,'PropertyName',PropertyValue,...)     →h = plot3(...)     plot3( )的用法與plot( )類似，只是多了一個 Z 陣列。舉例： 
<span style="font-size:18px;">>> t=[0:0.2:10*pi];
>> x=2*t; 
>> y=sin(t); 
>> z=cos(t);
>> plot3(x,y,z,'bo');
>> hold on
>> plot3(x,y,z,'r-','LineWidth',2);</span>


 matlab繪圖函式（3）：3D繪圖 - 水藻 - 水藻  
           用plot3( )同時繪製多條3d曲線     當X，Y，Z為同維的二維陣列，plot3( )將 X 、Y、Z 相應的列相組合，繪製多條3d曲線。

2、二維資料網格： meshgrid( )

    [X,Y] = meshgrid(x,y)  由向量 x 和 y 生成二維陣列X和Y，用來計算二元函式 f(x,y)的值Z = f(X,Y)。二維陣列X，Y，Z可用來繪製三維曲線、三維網格圖、三維曲面圖等。 輸出陣列 X 中的行向量相當於向量 x ，輸出陣列 Y 中的列向量相當於向量 y 。[X,Y] = meshgrid(x)  等價於[X,Y] = meshgrid(x,x)。 
    實質： 
<span style="font-size:18px;">x =  -4:0.5:4;
y = ( 4:-0.5:-4 )';

X = repmat(x,length(y),1);
Y = repmat(y,1,length(x));</span>

3、三維網格圖: mesh( ) / meshc( ) / meshz( )

    →mesh(X,Y,Z)：繪製由陣列 X,Y,Z 所確定的曲面的網格圖         X,Y,Z 都為二維陣列時，要求它們的維數相同。X,Y 也可以是向量，但 Z 必須為二維陣列， [m,n] = size(Z)，此時必須滿足：length(X) = n 且 length(Y) = m。
    →mesh(Z)： 相當於X = 1:n ，Y = 1:m，其中 [m,n] = size(Z)      →mesh(...,C)：二維陣列C確定網格顏色，省略C時相當於 C=Z     →mesh(...,'PropertyName',PropertyValue,...)：設定屬性值     →mesh(axes_handles,...) ：在指定的座標軸繪圖     →h = mesh(...)：返回控制代碼     舉例： 
<span style="font-size:18px;">>>  x =  -4:0.2:4;
>>  [X,Y] = meshgrid(x);
>>  Z = sin(sqrt(X.^2+Y.^2));
>>  h = mesh(X,Y,Z);
>>  c1 = get(h,'FaceColor');</span>


  matlab繪圖函式（3）：3D繪圖 - 水藻 - 水藻  
        預設情況下每個四邊形區域填充的是白色，因此c1的值 [1,1,1] 
<span style="font-size:18px;">>> hidden off;
>> c2 = get(h,'FaceColor');</span>
  matlab繪圖函式（3）：3D繪圖 - 水藻 - 水藻  
        hidden off命令是使每個四邊形區域不填充任何顏色，是空的，可以看到後面的圖線。因此c2的值為 none meshc(X,Y,Z)     呼叫方式與 mesh 相同，在 mesh 基礎上增加等高線     舉例： 
<span style="font-size:18px;">>> x =  -10:0.5:10 ;
>> [X,Y] = meshgrid(x);
>> r = sqrt(X.^2+Y.^2)+eps;
>> Z = sin(r)./r;
>> meshc(X,Y,Z);</span>
  matlab繪圖函式（3）：3D繪圖 - 水藻 - 水藻  
        →meshz(X,Y,Z)     呼叫方式與 mesh 相同，在 mesh 基礎上遮蔽邊介面

4、三維表面圖: surf( ) / surfc( )

    繪製由矩陣 X,Y,Z 所確定的表面圖，引數含義同 mesh     →surf(Z) ：相當於X = 1:n ，Y = 1:m，其中 [m,n] = size(Z)     →surf(Z,C) ：二維陣列C確定網格顏色，省略C時相當於 C=Z     →surf(X,Y,Z) ：繪製由陣列 X,Y,Z 所確定的曲面圖     →surf(X,Y,Z,C) ：     →surf(...,'PropertyName',PropertyValue) ：設定屬性值     →surf(axes_handles,...)：在指定的座標軸繪圖     →h = surf(...) ：返回控制代碼     舉例： 
<span style="font-size:18px;">>> x =  -10:0.5:10 ;
>> [X,Y] = meshgrid(x);
>> r = sqrt(X.^2+Y.^2)+eps;
>> Z = sin(r)./r;
>> surf(X,Y,Z);</span>
  matlab繪圖函式（3）：3D繪圖 - 水藻 - 水藻  
        →surfc(X,Y,Z)         呼叫方式與 surf 相同，在 surf 基礎上增加等高線     mesh( ) / surf( )的一些常用屬性

屬性名稱

意義

取值

EdgeColor

網格線顏色

{ColorSpec} | none | flat | interp

FaceColor

四邊形網格的填充顏色

ColorSpec | none | {flat} | interp | texturemap

LineStyle

網格線線型

{-} | -- | : | -. | none

LineWidth

網格線線寬

Marker

標記點形狀

none | + | o | * | . | x | s | d | p | h …..

MarkerEdgeColor

標記點邊界顏色

none | {auto} | flat | ColorSpec

MarkerFaceColor

閉合的標記點填充顏色

{none} | auto | flat | ColorSpec

MarkerSize

標記點大小

size in points

MeshStyle

網格型別

{both} | row | column

    例：mesh() / surf( )屬性設定 
<span style="font-size:18px;">>> x =  -10:0.5:10 ;
>> [X,Y] = meshgrid(x);
>> r = sqrt(X.^2+Y.^2)+eps;
>> Z = sin(r)./r;
>> h = mesh(X,Y,Z,'EdgeColor','black');
>> set(h,'FaceColor','r');
>> set(h,'LineWidth',2);</span>
  matlab繪圖函式（3）：3D繪圖 - 水藻 - 水藻 
<span style="font-size:18px;">>> x =  -10:0.5:10 ;
>> [X,Y] = meshgrid(x);
>> r = sqrt(X.^2+Y.^2)+eps;
>> Z = sin(r)./r;
>> surf(X,Y,Z,'EdgeColor','none');</span>
  matlab繪圖函式（3）：3D繪圖 - 水藻 - 水藻  
   

5、利用surf( )繪製一些常見的三維表面圖

    mesh()/surf()繪製三維曲面的方法：         (1)先根據X,Y,Z陣列確定網格點         (2)用網格線連線在同一行中的網格點         (3)用網格線連線在同一列中的網格點         (4)用顏色陣列C確定網格線（面）的顏色

用surf( )繪製四邊形平面

    繪圖思路：         把四個頂點分成"2行2列"，將相應的座標放進X,Y,Z陣列即可繪圖。同理，對 2n 邊形，可將 2n個頂點分成 "2行n列 "或" n行2列 "進行處理。對凹多邊形，這樣處理可能會出錯。     舉例
 
<span style="font-size:18px;">>> clc;
>> clear all;
>> close all;
>> A = [1;0;2];
>> B = [3;0;3];
>> C = [1;0;0];
>> D = [3;0;0];

>> P = [A,B;C,D];
 
>> X = P([1,4],:);
>> Y = P([2,5],:);
>> Z = P([3,6],:);
>> h = surf(X,Y,Z);
>> set(h,'FaceColor','b');
>> axis([0,4,-1,1,0,4]);</span>
  matlab繪圖函式（3）：3D繪圖 - 水藻 - 水藻  
   

用surf( )繪製三角形平面

    繪圖思路：         想象一下，有兩個A點，只不過它們完全重合，這樣就有四個頂點了，可以分成"2行2列"，將相應的座標放進X，Y，Z陣列即可繪圖。選取合適的頂點，這個想法對任意多邊形都可以。     例：繪製一個長方體表面圖（共六個面） 
<span style="font-size:18px;">>> L = rand(1);
>> W = rand(1);
>> H = rand(1);
>> A = rand(3,1);
>> B = A + [L;0;0];
>> C = B + [0;W;0];
>> D = A + [0;W;0];
>> r1 = repmat(A,1,5);
>> r2 = [A,B,C,D,A];
>> r3 = r2 + repmat([0;0;H],1,5);
>> r4 = repmat(r3(:,1),1,5);
>> P=[r1;r2;r3;r4];
>> X = P(1:3:end,:);
>> Y = P(2:3:end,:);
>> Z = P(3:3:end,:);
>> surf(X,Y,Z,'FaceColor','b','EdgeColor','none')
>> axis vis3d
>> hold on
>> x = X(2:3,:);   % x,y,z用來繪製線框
>> y = Y(2:3,:);
>> z = Z(2:3,:);
>> plot3(x,y,z,'r','LineWidth',3);
>> plot3(x',y',z','r','LineWidth',3);</span>
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用surf( )繪製平行於XOY平面的正多邊形平面

一些特殊圖形的繪製

<span style="font-size:18px;">>> z1 = 0   %底面所在的平面
>> z2 = 2 ;  %頂面面所在的平面
>> M = 20 ; % 緯線數目
>> N = 20; % 經線數目
>> t = linspace(0,2*pi,N);
>> s = linspace(0,2*pi, M)';
>> r = (2 + sin(s));
>> h = linspace(z1,z2, M)';
>> X = r*cos(t);
>> Y = r*sin(t); 
>> Z = h*ones(size(t));
>> surf(X,Y,Z);</span>
  matlab繪圖函式（3）：3D繪圖 - 水藻 - 水藻 
<span style="font-size:18px;">>> z1 = 0   %底面所在的平面
>> z2 = 2 ;  %頂面面所在的平面
>> M = 20 ; % 緯線數目
>> N = 20; % 經線數目
>> t = linspace(0,2*pi,N);
>> s = linspace(0,2*pi, M)';
>> r = (2 + sin(s));
>> h = linspace(z1,z2, M)';
>> [T,R] = meshgrid(t,r);
>> [T,H] = meshgrid(t,h);
>> X = R.*cos(T);
>> Y = R.*sin(T);
>> Z = H;
>> surf(X,Y,Z);</span>
  matlab繪圖函式（3）：3D繪圖 - 水藻 - 水藻 
<span style="font-size:18px;">>> z1 = 0   %底面所在的平面
>> z2 = 2 ;  %頂面面所在的平面
>> M = 20 ; % 緯線數目
>> N = 20; % 經線數目
>> t = linspace(0,2*pi,N);
>> s = linspace(0,2*pi, M)';
>> r = (2 + cos(s));
>> h = linspace(z1,z2, M)';
>> X = r*cos(t);
>> Y = r*sin(t); 
>> Z = h*ones(size(t));
>> surf(X,Y,Z);</span>
  matlab繪圖函式（3）：3D繪圖 - 水藻 - 水藻  
 
<span style="font-size:18px;">>> z1 = 0   %底面所在的平面
>> z2 = 2 ;  %頂面面所在的平面
>> M = 20 ; % 緯線數目
>> N = 20; % 經線數目
>> t = linspace(0,2*pi,N);
>> s = linspace(0,2*pi, M)';
>> r =sin(s)./(s+eps);
>> h = linspace(z1,z2, M)';
>> X = r*cos(t);
>> Y = r*sin(t); 
>> Z = h*ones(size(t));
>> surf(X,Y,Z);</span>
  matlab繪圖函式（3）：3D繪圖 - 水藻 - 水藻   
<span style="font-size:18px;">>> r = 2;    %球半徑
>> r = 2;    %球半徑
>> N = 30;  %緯線數
>> phi = 0:2*pi/M:2*pi ;
>> theta = linspace(0,pi,N)';
>> X = r*sin(theta)*cos(phi);
>> Y = r*sin(theta)*sin(phi); 
>> Z = r*cos(theta)*ones(size(phi));
>> surf(X,Y,Z);
>> axis square;</span>
  matlab繪圖函式（3）：3D繪圖 - 水藻 - 水藻   
<span style="font-size:18px;">>> r = 2;
>> theta = linspace(0,pi,20);
>> phi = linspace(0,2*pi,21);
>> [T,P]=meshgrid(theta,phi);
>> X = r.*sin(T).*cos(P);
>> Y = r.*sin(T).*sin(P);
>> Z = r.*cos(T);
>> surf(X,Y,Z);
>> axis square;</span>
  matlab繪圖函式（3）：3D繪圖 - 水藻 - 水藻  
   

Matlab提供的繪製柱面的函式cylinder

    →[X,Y,Z]=cylinder 返回一半徑為1、高度為1的圓柱面的x-，y-，z-軸的座標值，圓柱面的圓周有20個距離相同的點。     →[X,Y,Z]=cylinder(r) 返回一半徑為r、高度為1的柱面的x-，y-，z-軸的座標值，柱面的圓周有20個距離相同的點。     →[X,Y,Z]=cylinder(r,n) 返回一半徑為r、高度為1的柱面的x-，y-，z-軸的座標值，圓柱面的圓周有指定的n個距離相同的點     →cylinder(...) 畫出柱面。 
<span style="font-size:18px;">>> t = 0:pi/10:2*pi;
>> [X,Y,Z] = cylinder(2+cos(t));
>> surf(X,Y,Z);
>> axis square</span>
  matlab繪圖函式（3）：3D繪圖 - 水藻 - 水藻
 


Matlab提供的繪製球面的函式sphere

    →sphere  生成三維直角座標系中的單位球體。該單位球體有20*20個面。     →sphere(n)  在當前座標系中畫出有 n*n 個面的球體     →[X,Y,Z] = sphere(n)  返回三個階數為(n+1)*(n+1)的直角座標系中的二維座標陣列陣。該命令沒有畫圖，只是返回矩陣。使用者可以用命    令surf(X，Y，Z)或mesh(X，Y，Z)畫出單位球體球體也可以直接用sphere(n)直接畫出球體 
<span style="font-size:18px;">>> sphere;
>> axis equal</span>
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Matlab提供的繪製橢球面的函式ellipsoid

    →[x,y,z] = ellipsoid(xc,yc,zc, a,b,c,n) 返回繪圖資料，x，y，z均為(n+1)×(n+1)的二維陣列     →[x,y,z] = ellipsoid(xc,yc,zc,a,b,c) 返回繪圖資料，n = 20     →ellipsoid(axes_handle,...)在指定座標軸畫出橢球面     →ellipsoid(...)   畫出橢球面 
<span style="font-size:18px;">>> [x, y, z] = ellipsoid(0,0,0,3,2,1,30);
>> surf(x, y, z);
>> axis equal</span>
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