1、实习论文Matlab在二维三维绘图中的应用姓名：黄正顺学号：20125036008班级：系统科学与工程2015年 12月 2日一、摘要MATLAB提供了一系列的绘图函数，用户不仅不许考虑绘图细节，只需给出一些基 本的参数就能得到所需要的图形，这一类函数称为高层绘图函数。除此之外，MATLAB 还提供了直接对句柄进行操作的一系列的低层的绘图操作。这类操作将图形的每个元素看做是一个独立的对象，系统给每个对象独立的分配一个句柄，以后可以通过该句柄对改图元素进行操作，而不影响图形的其他部分。高层绘图操作简单明了，方便高效，使用户最常使用的绘图方法，而低层绘图操作控制和表现图形的能力更强，为用户自主绘图
2、创造了条件。其实 MATLAB的高层绘图函数都是利用低层绘图函数建立起来的。所以MATLAB的计算准确、效率高、使用快捷等优点常被广泛应用于科学和工程领域. 关键字MATLAB 语言 二维图形 三维图形 图像处理 绘制 二、问题的提出 MATLAB语言是当前国际学科界应用很广泛的一种软件，强大的绘图功能是 MATLAB的特点之一。MATLAB 提供了一系列的绘图函数，利用它强大的图像处理来绘制二维三维图形既简单而且也很方便。在绘制二维三维图形的过程中也用到了 MATLAB语言的其他功能，绘制二维三维图形时用到了它提供的一些函数，利用这些函数可以方便的生成一些特殊矩阵，因此可生成一个坐标平面，三
3、维图形的绘制也离不开绘制二维图形的一些函数，例如绘制三维图形的前视图和侧视图等的时候可以利用而为函数对其进行操作和处理，进而达到绘制三维图形的三视图的目的。类似的问题也产后应用在软件开发类的编程中。MATLAB 语言强大的功能也在二维三维绘图中的得到了很广泛的应用，利用它所提供的精细的图像处理功能，如 MATLAB还提供了直接对句柄进行操作的一系列的低层的绘图操作。这类操作将图形的每个元素看做是一个独立的对象，系统给每个对象独立的分配一个句柄，以后可以通过该句柄对改图元素进行操作，而不影响图形的其他部分。高层绘图操作简单明了，使用户最常使用的绘图方法，而低层绘图操作控制和表现图形的能力更强，为
4、用户自主绘图创造了条件，还可以对所绘制的二维三维图形作一个修饰的处理。MATLAB 语言具有强大的以图形化显示矩阵和数组的能力，同时它给这些图形增加注释并且可以对图形进行标注和打印。MATLAB 的图形技术包括二维和三维的可视化、图形处理、动画等高层次的专业图形的高级绘图，例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等。那么，如何把它强大的功能应用于实际应用中，下面我们将用实例说明。 3、MATLAB 的主要功能及特点 MATLAB近几年广泛用于图像处理和识别, 使用 MATLAB设计模式识别应用软件将使设计者获得更大的自由, 可以任意执行特殊的算法和实现复杂的操作,MATLAB 之所以成为
5、世界顶级的科学计算与数学应用软件, 是因为它随着版本的升级与不断完善而具有愈来愈强大的功能。(1)数值计算功能。(2)符号计算功能。(3)数据分析功能。(4)动态仿真功能。(5)图形文字统一处理功能。 MATLAB 有三大特点:一是功能强大。主要包括数值计算和符号计算、计算结果和编程可视化、数学和文字统一处理、离线和在线计算。二是界面友好,编程效率高。MATLAB 是一种以矩阵为基本单元的可视化程序设计语言, 语法结构简单, 数据类型单一,指令表达与标准教科书的数学表达式相近。三是开放性强。MATLAB 有很好的可扩充性, 可以把它当成一种更高级的语言去使用。使用它很容易编写各种通用或专用应用
6、程序。 4、MATLAB 在二维制图问题 问题 1 作出函数 xyxycos,sin 的图形，并观测它们的周期性。 先作函数 xysin 在4,4上的图形，用 MATLAB作图的程序代码为：x=linspace(-4*pi,4*pi,300); %产生 300维向量 x y=sin(x); %正玄函数 plot(x,y) %二维图形绘图命令也可用 fplot命令，相应的 MATLAB程序代码为： clear; close; %clear清理内存；close关闭已有窗口。 fplot(sin(x),-4*pi,4*pi) %绘制正玄图形。如果在同一坐标系下作出两条曲线 xysin 和 xycos
7、 在2,2上的图,相应的 MATLAB程序代码为： x=-2*pi:2*pi/30:2*pi; %产生向量 x y1=sin(x); y2=cos(x);%正余玄函数 plot(x,y1,x,y2,:)%:表示绘出的图形是点线，其中实线是 xysin 的图形，点线是 xycos 的图形。问题 2.用不同的线型及颜色加以绘制。 x=-2*pi:2*pi/30:2*pi; %产生向量 x y1=sin(x); y2=cos(x); %正余玄函数 plot(x,y1,x,y2,gp) % gp表示绘出的图形是绿色五角星线，不同线型与颜色绘制的正余玄图形 问题 3 作出以极坐标方程clear; clo
8、se； %clear清理内存；close 关闭已有窗口 t=0:2*pi/30:2*pi; % 产生向量 tr=1+cos(t); %极坐标方程 x=r.*cos(t); y=r.*sin(t); %极坐标转化为直角坐标 plot(x,y) %绘制 x,y的图形六、MATLAB 在三维制图问题 1、两个同直径圆管相交程序 m=30; %定义变量 theta=(0:m)/m*2*pi; %取角度 z=1.2*(-m:2:m)/m; %设置竖直圆管的高度 r=ones(size(z); %生成同 z大小的全一矩阵 z1=z*ones(1,m+1); %生成第一个圆管的坐标矩阵 x1=r*cos(t
9、heta); %生成第一个圆管的坐标矩阵 y1=r*sin(theta); %生成第一个圆管的坐标矩阵 surf(x1,y1,z1); %绘制竖立的圆管 x=(-m:2:m)/m; %产生行矩阵 x2=x*ones(1,m+1); %生成第一个圆管的坐标矩阵 y2=r*cos(theta); %生成第一个圆管的坐标矩阵 z2=r*sin(theta); %生成第一个圆管的坐标矩阵 surf(x2,y2,z2); %绘制平放的圆管 surf(x1,y1,z1);hold on; %竖立的圆管上添加平放的圆管 surf(x2,y2,z2); %绘制平放的圆管 axis equal,axis off
10、 %去掉坐标轴 title(两个同直径圆管的相交); %添加标题 hold off %关闭图形保持 运行结果 2、两个同直径圆管相交的前视图的程序 x1=-1,-1,1,1,-1; %在x轴上取点 y1=1.2,-1.2,-1.2,1.2,1.2; %在 y轴上取点 x2=-1,1; %在 x轴上取点 y2=1,-1; %在 y轴上取点 x3=1,-1; %在 x轴上取点 y3=1,-1; %在y轴上取点 plot(x1,y1); %把各点连起来设置外围线 hold on %设置图形保持状态 plot(x2,y2); %绘制两条相交直线中的一条 hold on %设置图形保持状态 plot(x
11、3,y3); %绘制两条相交直线中的另一条 ax1=0,1,1; %在x轴上取点 ay1=0,-1,1; %在 y轴上取点 ax2=0,-1,-1; %在 y轴上取点 fill(ax1,ay1,g); %填充颜色 hold on %设置图形保持状态 fill(ax2,ay2,g) %添充颜色 axis equal,axis off; %去掉坐标轴 title( 两个同直径圆管相交的前视图); %给绘制的图形添加标题两个同直径圆管相交的前视图图形 3、两个同直径圆管相交的侧视图程序 r1=1; %定义变量 t=0:pi/90:2*pi; %取角度 xc=r1*cos(t); %水平圆柱 zc=r
12、1*sin(t); %水平圆柱 fill(xc,zc,y); %给水平圆柱填充颜色 hold on %设置图形保持状态 tx1=1,1,-1,-1; %在 x轴上取点 ty1=0,1,1,0; %在 y轴上取点 plot(tx1,ty1); %绘制竖立的圆管 hold on %设置图形保持状态 tx2=1,1,-1,-1; %在 x轴上取点 ty2=0,-1,-1,0; %在 y轴上取点 plot(tx2,ty2); %绘制图形 axis equal,axis off; %去掉坐标轴 title( 两个同直径圆管相交的侧视图); %添加标题 六、结论 由上面二维以及三维的制图我们不难得出以下结
13、论： 在 matlab中，最基本且应用最为广泛的绘图函数为 plot函数，利用它可以在二维平面上绘制出不同的曲线。Plot 函数用于绘制 xy平面上的线性坐标曲线图需要提供一组 x坐标及其各点对应的 y坐标，这样就可以绘制出分别以 x,y为横纵坐标的二维曲线。 Matlab还提供了一些绘图选项，用于确定所绘曲线的线性，颜色和数据点标记符号，它们可以组合使用。数据点可以用向量或矩阵的形式给出，类型可以是实型或复型，在取数据点时一般都是等间隔采样，这对绘制高频率变化的函数不够精确，为提高精度，绘制出比较真实的函数曲线，就不能等间隔取样，而必须在变化率大的区段密集采样，以充分反映函数的变化规律，进而
14、提高图形的真实性。Fplot函数可自适应的对函数进行采样能更好地反映函数变化规律。在 matlab中如果需要绘制出具有不同坐标标度的两个图形，可以使用 plotyy函数。这种图形能把函数值具有不同量纲，不同数量级的两个函数绘制在同一坐标中，有利于图形数据的对比分析。 同时利用 MATLAB语言强大的绘图功能可以精确的绘制出一系列的三维图像。MATLAB 提供了一系列的绘图函数，用户不仅不许考虑绘图细节，只需给出一些基本的参数就能得到所需要的图形，这一类函数称为高层绘图函数。除此之外，MATLAB 还提供了直接对句柄进行操作的一系列的低层的绘图操作。这类操作将图形的每个元素看做是一个独立的对象，
15、系统给每个对象独立的分配一个句柄，以后可以通过该句柄对改图元素进行操作，而不影响图形的其他部分。高层绘图操作简单明了，方便高效，使用户最常使用的绘图方法，而低层绘图操作控制和表现图形的能力更强，为用户自主绘图创造了条件。其实 MATLAB的高层绘图函数都是利用低层绘图函数建立起来的。在绘制此三维图形的过程中，用到了 MATLAB的很多强大的功能。二维图形是将平面上的数据点连接起来的平面图形，可以采用不同的坐标系，出直角坐标系外，还可以采用对数坐标、极坐标。数据点可以用向量或矩阵的形式给出，类型可以是实行或复形，二维图形的绘制无疑是三维绘图的基础。例如我此次的论文中就有对两个圆柱互相嵌套的前视图和侧视图的绘制，但利用三维绘图函数或者其他的函数我感觉对自己有困难的时候就利用二维函数来绘制，但其效果和结果一样能达到预期的效果，所以说 MATLAB在绘制图形方面更进一步的体现出了它强大的绘图功能。 参考文献 1 刘卫国.MATLAB 程序设计与应用（第二版）M.北京：高等教育出版社，2006. 2 陈婀妍.用 MATLAB绘制二维函数图形.M.时代人物2008 年 03期.
