【MATLAB】三维图形绘制 ( 三维平面图 | 二维网格 | meshgrid 函数 | 绘制网格 | mesh 函授 | 绘制平面 | surf 函数 | 绘制等高线 | contour 函数 )

韩曙亮

发布于 2023-03-29 10:17:55

5.9K00

代码可运行

文章被收录于专栏：韩曙亮的移动开发专栏

运行总次数：0

代码可运行

文章目录

一、二维网格

1、线图与平面图

之前使用 plot 和 plot3 绘制的都是线图 , 给定若干个点的向量 , 绘制这些点 , 然后将这些点使用直线连接起来 , 组成了线图 ;

绘制

维线图时 , 只需要给定

X,Y, Z

三个向量 ( 每个向量都含有

个元素 ) , 分别是

个点的

x, y , z

坐标值 ;

两点之间 , 使用线连接起来即可 ;

平面图形 Surface , 绘制的是一个平面 , 需要给定

X, Y, Z

三个值 , 其中

X, Y, Z

是矩阵 ;

如

X, Y, Z

都是

m \times n

的矩阵 , 那么

X, Y

就可以决定一个

m \times n

个点组成的平面 , 此时

m \times n

个点的

轴的值是

矩阵中对应的

m \times n

个值中的一个 ;

平面是按照矩阵网格状进行分布 ;

2、meshgrid 函数生成二维网格

meshgrid 参考文档 : https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/meshgrid.html

使用 meshgrid 函数 , 可以产生

X, Y

矩阵的值 , 即产生的是

x -y

坐标轴的网格平面 ;

生成二维网格示例 :

% 生成 x 向量
x = -2 : 1 : 2

% 生成 y 向量
y = -2 : 1 : 2

% 生成 X Y 两个矩阵 
% 生成了 x-y 坐标轴上的网格
[X, Y] = meshgrid(x, y)

打印结果 :

>> Untitled

x =

    -2    -1     0     1     2


y =

    -2    -1     0     1     2


X =

    -2    -1     0     1     2
    -2    -1     0     1     2
    -2    -1     0     1     2
    -2    -1     0     1     2
    -2    -1     0     1     2


Y =

    -2    -2    -2    -2    -2
    -1    -1    -1    -1    -1
     0     0     0     0     0
     1     1     1     1     1
     2     2     2     2     2

>>

向量

-2    -1     0     1     2

和

向量

-2    -1     0     1     2

生成的二维网格 ,

矩阵 :

X =

    -2    -1     0     1     2
    -2    -1     0     1     2
    -2    -1     0     1     2
    -2    -1     0     1     2
    -2    -1     0     1     2

矩阵 :

Y =

    -2    -2    -2    -2    -2
    -1    -1    -1    -1    -1
     0     0     0     0     0
     1     1     1     1     1
     2     2     2     2     2

二、绘制网格

1、mesh 函数绘制网格

mesh 函数参考文档 : https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/mesh.html

mesh 函数作用是绘制网格 ;

2、代码示例

使用 -2 : 0.1 : 2 向量生成

x,y

网格矩阵

X , Y

;

每个

值的计算方式是

z = e^{-x^2 - y^2}x

;

代码示例 :

% 生成 x 向量
x = -2 : 0.1 : 2;

% 生成 y 向量
y = -2 : 0.1 : 2;

% 生成 X Y 两个矩阵 
% 生成了 x-y 坐标轴上的网格
[X, Y] = meshgrid(x, y);

% 生成 Z 矩阵
Z = X .* exp (-X .^ 2 - Y .^ 2);

% 绘制网格
mesh(X, Y, Z);

绘制结果 :

三、绘制平面

1、surf 函数绘制平面

surf 函数参考文档 : https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/surf.html

surf 函数作用是绘制平面 , 给网格填充颜色 ;

2、代码示例

使用 -2 : 0.1 : 2 向量生成

x,y

网格矩阵

X , Y

;

每个

值的计算方式是

z = e^{-x^2 - y^2}x

;

代码示例 :

% 生成 x 向量
x = -2 : 0.1 : 2;

% 生成 y 向量
y = -2 : 0.1 : 2;

% 生成 X Y 两个矩阵 
% 生成了 x-y 坐标轴上的网格
[X, Y] = meshgrid(x, y);

% 生成 Z 矩阵
Z = X .* exp (-X .^ 2 - Y .^ 2);

% 绘制平面
surf(X, Y, Z);

绘制结果 :

四、绘制等高线

1、contour 函数绘制等高线

contour 函数参考文档 : https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/contour.html

contour 函数作用是绘制平面的等高线 , 如果

轴的值相等 , 那么在

x, y

坐标系中绘制等高线 ;

2、代码示例

使用 -2 : 0.1 : 2 向量生成

x,y

网格矩阵

X , Y

;

每个

值的计算方式是

z = e^{-x^2 - y^2}x

;

代码示例 :

% 生成 x 向量
x = -2 : 0.1 : 2;

% 生成 y 向量
y = -2 : 0.1 : 2;

% 生成 X Y 两个矩阵 
% 生成了 x-y 坐标轴上的网格
[X, Y] = meshgrid(x, y);

% 生成 Z 矩阵
Z = X .* exp (-X .^ 2 - Y .^ 2);

% 绘制等高线
contour(X, Y, Z);

绘制结果 :

3、绘制彩色等高线并标注高度值

代码示例 :

% 生成 x 向量
x = -2 : 0.1 : 2;

% 生成 y 向量
y = -2 : 0.1 : 2;

% 生成 X Y 两个矩阵 
% 生成了 x-y 坐标轴上的网格
[X, Y] = meshgrid(x, y);

% 生成 Z 矩阵
Z = X .* exp (-X .^ 2 - Y .^ 2);

% 绘制等高线
[C, h] = contourf(X, Y, Z);

% 标注高度值
clabel(C, h);

执行结果: