matlab–三维曲面的自动绘制.doc

PAGE  PAGE 11 一、设计目的 Matlab 有两类绘图命令,一类是直接对图形句柄进行操作的低层绘图命令，另一类是在低层命令基础上建立起来的高层绘图命令。高层绘图命令简单明了、方便高效。利用高层绘图函数，用户不需过多考虑绘图细节，只需给出一些基本参数就能得到所需图形。在三维曲面的绘制中，Matlab提供了meshgrid 函数、mesh waterfall、函数、surf函数、Surfl函数和patch函数。他们的使用方法基本相同。在Matlab中，为了表现图形的显示效果，提供了一些控制函数，有视角的控制、光度的控制、色彩的控制和透明度的控制等。在三维图形的最佳视觉效果中，Matlab提供了两种方法：一是改变观看的角度（视角），二是旋转图形。视角由函数view控制，旋转有两个指令：rotate和rotate3d。光照的控制主要有camlight指令、lighting指令、material函数、light函数、lightangle函数。色彩控制包括颜色的向量表示、色图、三维表面图形的着色以及浓淡处理。图形的透明值用0和1之间的值表示，常用alpha来说明。 二、设计思路 绘制所代表的三维曲面图，先要在平面选定一矩形区域，假定矩形区域，然后将在方向分成份，将在方向分成份，由各划分点分别作平行于两坐标轴的直线，将区域D分成个小矩形，生成代表每一个小矩形顶点坐标的平面网格坐标矩阵，最后利用有关函数求对应网格坐标的Z矩阵。 在MATLAB中，利用meshgrid函数产生平面区域内的网格坐标矩阵。其格式为： x=a：d1：b；y=c：d2：d； [X，Y]= meshgrid（x，y）； 语句执行后，矩阵X的每一行都是向量x，行数等于向量y的元素的个数，矩阵Y的每一列都是向量y，列数等于向量x的元素的个数。当x=y时，meshgrid函数可写成meshgrid（x）。 当函数不能简单表示出来时，便只能用for循环或while循环来计算z的元素。 不过在很多情况下，可以按行或按列计算z，优势必须一个一个地计算z中的元素，这是用嵌套循环进行计算。 三、设计程序及说明 绘制三维曲面 MATLAB提供了mesh函数和surf函数来绘制三维曲面图。surf函数和mesh函数的调用格式为： mesh(x,y,z,c)：画网格曲面，将数据点在空间中描出,并连成网格。 surf(x,y,z,c)：画完整曲面，将数据点所表示曲面画出。 一般情况下，x,y,z是维数相同的矩阵。x,y是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，c用于指定在不同高度下的颜色范围。 1.1 绘制三维曲面图z=sin(x+sin(y))-x/10。 程序如下： [x,y]=meshgrid(0:0.25:4*pi); %在[0,4pi]×[0,4pi]区域生成网格坐标 z=sin(x+sin(y))-x/10; mesh(x,y,z); axis([0 4*pi 0 4*pi -2.5 1]); 图表一 此外，还有带等高线的三维网格曲面函数meshc和带底座的三维网格曲面函数meshz。其用法与mesh类似，不同的是meshc还在xy平面上绘制曲面在z轴方向的等高线，meshz还在xy平面上绘制曲面的底座。 1.2 在xy平面内选择区域[-8,8]×[-8,8]，绘制函数z= sin√x2+y2√x2 +y2的4种三维曲面图。 程序如下： [x,y]=meshgrid(-8:0.5:8); z=sin(sqrt(x.^2+y.^2))./sqrt(x.^2+y.^2+eps); subplot(2,2,1); mesh(x,y,z); title(mesh(x,y,z)) subplot(2,2,2); meshc(x,y,z); title(meshc(x,y,z)) subplot(2,2,3); meshz(x,y,z) title(meshz(x,y,z)) subplot(2,2,4); surf(x,y,z); title(surf(x,y,z)） 图表二 标准三维曲面 MATLAB提供了一些函数用于绘制标准三维曲面，还可以利用这些函数产生相应的绘图数据，常用于三维图形的演示。 三维球面和柱面 sphere函数和cylinder函数分别用与绘制三维球面和柱面。sphere函数的调用格式为： [x,y,z]=s