Matlab系列之绘图基础

前言

这篇的东西相对比较细节和基础，花了比较多的时间来记录，望君好好看下去~

介绍下本篇文章将要介绍的东西吧，之所以把本篇称为图形基础，是因为本篇的内容更多的是对图形句柄、图形对象等等之类的相关知识进行说明，对于图形的绘制会在之后的篇章中再详细弄下，比如二维的图怎么画，三维的又该如何绘制；虽然本篇内容趋于基础性的知识，但这也只是相对于之后的图形绘制，是基础的东西。实际上，对于很多没有仔细学过MATLAB的人来说，对本篇将记录的内容其实都不曾注意，甚至不曾耳闻，所以本篇的重要性也是显然的，慢慢看吧~

~Show Time~

图形句柄与对象

在介绍MATLAB函数的时候，有篇文章就讲到了函数句柄，不过那时候只是介绍了下函数句柄的使用，对句柄没做太深的了解，这个图形句柄的使用其实有点类似，可以将句柄赋给某个变量，然后直接调用该变量，就相当于调用了该句柄。

此外，对图形句柄再深入了解下，要知道MATLAB的图形/图像系统都是基于图形对象建立的，而图形对象拥有一个独立的名字，这名字就是句柄，独立且唯一，因此句柄是图形对象的唯一标识符，句柄值将可能是整数、实数或浮点数，不同对象会有不同的形式，比如图形窗口的句柄值就是一个正整数。

每个图形对象都会有它的属性，我们在对图形进行一些设置的时候，就是在对属性进行更改，比如改变线条的颜色，把线条用虚线表示等等，因此反过来说就是，修改图形属性，就可以实现改变图形的样式。

那么什么又是图形对象呢？

不知道大家对“面向对象编程”这句话是否有一定的理解，不懂的也没关系，我只是突然想起了这句话罢了，

图形对象是由图形命令产生的，图形中的线条、坐标轴、标题等等，都是一个独立的对象，然后对象又可以分为父对象和子对象的形式，如果创建了一个子对象，则该子对象有可能会继承父对象的大多数属性，当然也可能例外。如果同级别的子对象很多，那就把它们称作兄弟对象吧~

看个图形对象层次结构的图，从官网翻到的，具体如下：

从层次结构上来看，最高层次的图形对象属于根对象（Root），由于是系统自动创建的，所以句柄值为0，然后通过它实现屏幕的控制，即可以创建出一个图形窗口（Figure），要说明一点，在启动MATLAB时，根对象也伴随着创建完成，所以只有当MATLAB关闭了，根对象才会关闭。与根对象相关的属性是应用于所有MATLAB窗口的默认属性~

图形窗口（Figure）虽然在上图中只画了一个，但并不是说只能创建一个图形窗口，理论上可以无限~，实际上也可以有很多，多个图形窗口之间也是各自独立的，与之相关的属性有颜色、大小、排列等等。

再依次往下就是窗口内的对象了，功能基本上看它名字就知道了，比如Axes，这就是个坐标对象，UI Object就是一个创建用户图形界面的对象，其他的我就不一一详细介绍了。

举个例子把层次结构再表述下，例：使用 plot 函数创建线图。坐标区对象（坐标区是表示 x、y 和 z 坐标区标度、刻度线、刻度标签、坐标区标签等对象的单个对象）定义了表示数据的线条的参考框架。图窗是显示图形的窗口。图窗包含坐标区，坐标区包含线条、文本、图例以及其他用于表示图形的对象。

介绍完了图形句柄和图形对象，再了解几个MATLAB的函数，可用于获取已有图形、坐标轴以及其他对象的句柄，具体的使用，后面进行实例操作的时候直接看效果就好了，知道有这么个东西先。分别是gcf，gca和gco，各自的功能描述如下表：

对象属性

属性其实很好理解，可以当作是对象的特征，每个属性都有一个属性名和属性值，比如以曲线为对象，属性名为LineStyle，属性值则是属性名的取值，LineStyle的取值为点线、虚线或实线，即“-、:、-.、--”，此外还可以是“none”，这样就相当于不做显示了，这些取值将决定曲线的线型以何种形式组成；在属性名的写法中，不区分字母大小写，且可不必写全，并且要用单引号包起来进行表示，比如LineStyle，它就可以用 'lines' 代替。

理解完属性名和属性值，接着就是要知道如何使用属性名以及属性值，当创建对象的时候，需要给对象赋予属性以及对应的属性值，如果没有设置，则使用默认值，如果创建完成后，需要重新设置属性，可使用set函数，调用格式如下：

set(图形句柄,属性名1,属性值1,属性名2,属性值2,....)

如果需要获知句柄的属性名以及属性值，可使用get函数，若未指定要获取的属性名，则会显示句柄的所有允许属性以及其属性值，调用格式如下：

get(图形句柄,属性名)

注：在使用的时候，属性名和属性值都记得用单引号包起来~

虽然不同的对象会有其特有的属性，但是也存在着共同的属性，即公共属性，常用的公共属性有：Children、Parent、Tag、Type、UseData、Visible、ButtonDownFcn、CreateFcn、DeleteFcn，相应的表述，见下表

应用实例

%功能 在同一个坐标中绘制两条曲线，曲线颜色分别为蓝色和绿色，获取绿色曲线的句柄，并对其进行线型设置
close all
clear
clc
x=0:pi/100:2*pi;%产生坐标横轴
y=sin(x);%第一条曲线的取值
z=cos(5*x);%第二条曲线的取值
plot(x,y,'b',x,z,'g');%同时绘制蓝绿两条曲线
hf=get(gca,'Children');%获取两条曲线的句柄
for k=1:size(hf)%进行循环搜索
          if get(hf(k),'Color')==[0 1 0]%[R,G,B] [0 1 0]则代表绿色
                    hfg=hf(k);%获取绿色曲线句柄
          end
end
set(hfg,'LineStyle','-.');%设置绿曲线的线型

运行结果

图形句柄的创建

除去根对象是系统自动创建的，其他的所有图形对象都可以由与之同名的底层函数创建，所创建的对象会置于合适的父对象中，假若无父对象，MATLAB则会自动创建它；

例如用line函数画一条线，在画线之前，没有坐标轴和图形窗口，MATLAB则会创建这些对象，然后再画线，如果已经有这些对象了，就直接在当前窗口的坐标轴上画线，不影响其他已有的对象。

需要注意，底层函数和高层函数是完全不同，底层函数可以控制图形的每一个部分，而高层函数是直接对整个图形进行操作，属性都按缺省的进行设置，显然可以看出各自的好处，一个开发图形界面方便，一个实用性高。

创建对象的低层函数调用格式类似，重点在于要知道对象句柄的属性及其取值，在上面已经介绍了对象的公共属性，接下来将介绍一些常用图形句柄的创建方法及其特有的属性。

图形窗口对象

直接使用figure函数，就可以创建图形窗口对象，调用格式也很简单：

figure(属性名1，属性值1，属性名2，属性值2，...)

使用可以有以下的方式：

figure或句柄变量=figure

如果要关闭图形窗口，就使用close函数，格式：close(窗口句柄)，如果要关闭全部就使用close all；如果只是要清除掉窗口中的内容，则可以使用clf命令。

图形窗口对象许多属性与其属性值控制着，除去前面讲到的公共属性外，还有Menubar、Name、NumberTitle、Resize、Position、Units、Color、Pointer、KeyPressFcn、WindowButtonDownFcn、WindowButtonMotionFcn、WindowButtonUpFcn等，这些属性就不具体进行描述了，都比较容易理解，想再详细了解其表述，可以在命令窗口输入命令："doc Figure Properties"，双引号省略，然后在出现的界面进入第一个文档，即为figure的属性详细描述，查找的操作如下方的两个图所示

在此就简单表述下部分属性的作用，见下表

实例程序

close all
clear
hf=figure('numbertitle','off','name','DZKR的图形窗口','position',[500,500,666,666]);%position:[left bottom width height] 
get(hf,'position')

运行效果

坐标轴对象

坐标轴的对象，可以用axes函数实现创建，调用格式和使用方法与figure的一样，

句柄变量=axes(属性名1,属性值1,属性名2,属性值2,....)

使用axes函数用指定的属性在当前图形窗口创建坐标轴，并将其句柄赋给句柄变量，直接axes，则按MATLAB默认的属性值在当前图形窗口创建坐标轴。

关于axes的属性，可在MATLAB命令行窗口输入："doc Axes Properties"，然后进入出现的界面的第一个文档，就是该函数可用属性的描述了。依旧只讲部分个人觉得常用的几种，其余的就根据自己需要进行了解使用，部分表述见下表：

实例程序

close all 
clear 
clc 
x=1:30; 
plot(x,sin(x));%自动创建了axes对象 
set(gca,'ytick',[-1 -0.5 0 0.5 1]);%只显示对应y值的刻度 
set(gca,'yticklabel',{'low' -0.5 'zero' 0.5 'high'});%给刻度做标签名 
set(get(gca,'xlabel'),'String','x轴');%坐标轴名 
%set(get(gca,'ylabel'),'string','y轴'); 
ylabel('y轴');%也可直接使用函数 
title('dzkr axes test');%标题名

运行效果

曲线对象

曲线对象的创建，使用line函数即可，调用格式：

句柄变量=line(x,y,z,属性名1,属性值1,属性名2,属性值2,...)

直接line也可以实现曲线对象创建，其中x，y，z就是对应的维度，只使用x、y则是二维图，三者则为三维图，其他的也没啥好解释的，直接看下属性的查看方式，其内部的属性就不多做表述了，接下来的两个对象也是如此

doc Primitive Line Properties

实例程序

close all 
clear 
clc 
x=[-3:0.01:3]*pi; 
y=sin(x); 
Handle_y=line(x,y); 
set(Handle_y,'color',[0.5 0.5 0],'linewidth',3,'linestyle','-.');

运行效果

文字对象

文字对象就是使用text函数，在指定的位置和属性值添加文字说明，在坐标轴对象那一部分的时候，其中一段代码：

set(get(gca,'xlabel'),'String','x轴');%坐标轴名

string就是text中的一个属性，也就是文字说明的字符串了，使用标准的ASCII字符，属性查询方式：

doc Text Properties

实例程序

close all 
clear 
clc 
t=0:0.1:3*pi; 
alpha=0:0.1:3*pi; 
plot(t,sin(t),'r-');%绘制图1 
hold on%保持图1的显示，否则会被替换为图2 
plot(alpha,3*exp(-0.5*alpha),'b*');%绘制图2 
xlabel('t'); 
ylabel('Mag'); 
title('\it{sine wave and {\itAe}^{-\alpha{\itt}} wave from 0 to 3\pi}');%\it为斜体 Interpreter 属性 
text(7,sin(7),['\fontname {times} Value=',num2str(sin(6)),' at {\itt}=6\rightarrow\bullet'],'HorizontalAlignment','right');%在（7，sin(7）的位置定点，并用右箭头指出，从右到左的顺序 
text(2,3*exp(-0.5*2),['\bullet\leftarrow\fontname {times} The{\it3e}^{-0.5\alpha} at {\alpha}=2'],'HorizontalAlignment','left');%在alpha=2的位置定点，并用左箭头指出，从左到右的顺序 
legend('sin(t)','{\itAe}^{-\alphat}');%图例说明

运行效果

曲面对象

曲面对象用surface函数创建，调用格式：

句柄变量=surface(x,y,z,属性名1,属性值1,属性名2,属性值2...);

mesh和surf函数可直接创建曲面图形，自动创建了曲面对象，曲面属性的查询方式

doc Primitive Surface Properties

实例程序

%绘制三维曲面z=sin(x)cos(y)，并进行设置 
close all 
clear 
clc 
x=0:0.1:3*pi; 
[x,y]=meshgrid(x);%生成矩阵坐标 
z=sin(x).*cos(y); 
axes('view',[-33,35]);%方位角和俯视角 
hd=surface(x,y,z,'facecolor','w','edgecolor','flat');%绘图以及赋色 
grid on%显示网格 
xlabel('x axis');ylabel('y axis');zlabel('z axis'); 
title('mesh - surf'); 
set(hd,'facecolor','flat');%设置为统一色，可在此处设置断点查看未设置之前的结果，进行对比

运行效果

未运行最后一句代码

运行最后一句

结束

历时N天，左写写右写写，终于写完了这篇，真不容易，当然还是比较懒了点，不然应该较早些就能发出来了，内容总的来说，还是值得认真学习，不过关于属性的部分，并没有进行展开介绍，主要这玩意官方的解释很官方了，没必要花太多功夫讲，而且有些属性，很多时候基本上都没用上，所以根据自己需要进行对应的属性设置，不懂的doc就好了，help就直接help对应函数，也会有部分解释，接下来的绘图篇章，估计又要点时间了。。。