matlab三维图形的绘制[通俗易懂]

全栈程序员站长

发布于 2022-11-07 15:31:33

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发布于 2022-11-07 15:31:33

采用matlab进行三维图绘制

1.mesh函数：网格图

mesh(x,y,z)

x是n维向量，y是m维向量，z是m*n维向量

x=1:0.1:10;
y=1:0.1:10;
[x, y] = meshgrid(x,y);
z=x.^2-y.^2;
mesh(x,y,z)

除此之外还有 meshc函数：除了mesh函数图形外，还在xy平面上绘制曲面的等高线。 meshz函数：除了mesh函数图形外，还在xy平面上绘制曲面的底座。

2.surf函数：曲面

绘制出在某一区间内完整的曲面图 surf函数和mesh函数的的调用格式基本相同两者的区别： mesh绘出彩色的线，surf绘出彩色的面，下面进行对比

[x,y] = meshgrid(-5:0.5:5); % 快速生成网格所需的数据
tem = sqrt(x.^2+y.^2)+1e-12; 
z = sin(tem)./tem; % 如果不对tem处理，那么z的最中间的一个值 0/0 = NaN
subplot(1,2,1)
mesh(x,y,z)
xlabel('x轴'); ylabel('y轴'); zlabel('z轴'); % 加上坐标轴的标签
axis vis3d % 冻结屏幕高宽比，使得一个三维对象的旋转不会改变坐标轴的刻度显示
title('mesh(x,y,z)')
subplot(1,2,2)
surf(x,y,z) % (X(j), Y(i), Z(i,j))是线框网格线的交点
xlabel('x轴'); ylabel('y轴'); zlabel('z轴'); % 加上坐标轴的标签
axis vis3d % 冻结屏幕高宽比，使得一个三维对象的旋转不会改变坐标轴的刻度显示
title('surf(x,y,z)')

除此之外还有类似的函数： surfc函数：除了surf函数图形外，还在xy平面上绘制曲面的等高线。 surfl函数：加上了灯光效果,看起来自然点。

设置色彩模式 shading 是用来处理色彩效果的，分以下三种： shading faceted是默认的模式 shading flat 在faceted的基础上去掉图上的网格线 shading interp 在flat的基础上进行色彩的插值处理，使色彩平滑过渡

3.contour函数: 绘制等高线图

contour(x,y,z,n) 在x-y平面绘制等高线图，n是一个标量，那么Matlab会将等高线的层数设置为n，且会自动选择层所在的高度。如果不加n，会自动设置层数。

[x,y] = meshgrid(-3:0.1:3); 
% 一个语句太长时，可以加上三个点然后在下一行继续写
z = 3*(1-x).^2.*exp(-(x.^2) - (y+1).^2)... 
 -10* (x/5 - x.^3 - y.^5).*exp(-x.^2-y.^2) ...
 - 1/3*exp(-(x+1).^2 - y.^2); % matlab中内置的peaks函数，常常作为演示使用
% edit peaks
contour(x,y,z)
xlabel('x轴'); ylabel('y轴'); % 加上坐标轴的标签

contourf函数：和contour函数类似，只不过画出来的等高线图有颜色填充,然后再后面加上showText和on参数使得数值显示。 contourf(x,y,z,'ShowText','on')

contour3函数：3维等高线图，等高线不再投影到x-y平面 contour3(x,y,z,levels,‘ShowText’,‘on’) xlabel(‘x轴’); ylabel(‘y轴’); zlabel(‘z轴’); % 加上坐标轴的标签

4 .绘制符号函数图

plot3函数 (类似于plot函数，实际上可以认为画的是三维空间下的折线图）

t = linspace(0,4*pi,100); % 符号是t，t从0变动到4pi，等分为100个点
x = sin(t)+1; % 利用t计算x的值
y = cos(t); % 利用t计算y的值
z = t; % 利用t计算z的值
plot3(x,y,z) % 绘制三维空间下的折线图

定义符号表达式，利用fplot3(x,y,z)可以得到结果

syms t % 符号是t
x = sin(t)+1;
y = cos(t); 
z = t;
fplot3(x,y,z) % 默认t的变化范围为[-5 5]

fmesh() 三维曲面网格图，效果类似mesh函数

syms x y 
z=x^2+y^2;
fmesh(z) % 默认x的变化范围和y的变化范围都是[-5 5]

fsurf 三维曲面图

syms x y 
z=x^2+y^2;
fsurf(z) % 默认x的变化范围和y的变化范围都是[-5 5]

效果和上面的相比就是多了颜色。 fcountour()绘制登高线图

syms x y 
z=x^2+y^2;
fcontour(z) % 默认x的变化范围和y的变化范围都是[-5 5]

5.隐函数绘图

fimplicit(f,interval) 指定绘图区间[]依次是x，y，z的上下范围

% fimplicit3(f) 在默认区间 [-5 5]上绘制 f(x,y,z) = 0 定义的三维隐函数。
f = @(x,y,z) x.^2 + y.^2 - z.^2; % 函数句柄（在拟合那一节里面介绍过），这里要注意，要用点运算符
fimplicit3(f)
xlabel('x轴'); ylabel('y轴'); zlabel('z轴'); % 加上坐标轴的标签