Matlab常用绘图函数

Index of Matlab Essentials

• Matlab基本语法和数据结构
• Matlab常用绘图函数(本文)
• Matlab符号化系统
• Matlab解物理问题的常用算法
• Matlab具体应用
• 疑难问题和感想

基本概念

Matlab自带画图的工具是基于窗口(figure)和 图像 (axes)的, 在每个窗口(figure)中可以建立 m × n 个 图像 (axes), 其中相邻的 图像 可以合并成一个较大的 图像 , 方便排版.

Matlab绘图窗口和 图像 的样式都有极大的自定义空间, 几乎可以满足任何类型的使用需求, 在绘制完成后还可以直接以矢量图或者矢量PDF的形式导出, 从而获得高质量的成品 图像 .

每次在某一个子 图像 上绘制点/线/面时都可以得到这个对象的句柄(作为返回值), 通过对象句柄可以修改对象属性(比如外观或者节点坐标), 也可以获得对象当前的状态.

绘图控制指令及函数

样式指令

绘图相关的环境变量

(进阶)句柄操作

略, 稍后补充

二维 图像 绘制

• plot()

  最通用的绘图函数, 可以接受一个向量或两个向量作为坐标输入, 但是两个向量作为输入时这两个向量必须有相同的长度

  >> x = -pi:pi/10:pi;                          % 从-pi到pi等间距(步长 pi/10)取点
  >> y = tan(sin(x)) - sin(tan(x));             % 计算函数值
  >> plot(x,y,'-rs','LineWidth',2,...
                    'MarkerEdgeColor','k',...
                    'MarkerFaceColor','b',...
                    'MarkerSize',6)
  

  

• ezplot()

  快捷绘图指令, 可以大大简化编程过程, 仅需要通过字符串的形式输入待求解表达式(甚至隐函数方程), 即可得到结果

  >> ezplot('x^2+y^2 = 1')
  

  

进阶: 使用 colormap() 函数自定义 图像 色彩

略, 稍后补充

三维 图像 绘制

示例: 几种不同的三维画图指令应用

subplot(2, 2, 1);
z = 0:0.01:15;
x = sin(z);
y = cos(z);
plot3(x, y, z, '-.');
view(-60, 18);
title("plot3()");

subplot(2, 2, 2);
sphere(40);
title("sphere()");

subplot(2, 2, 3);
R =sqrt(X.^2 + Y.^2) + eps;
[X,Y]=meshgrid(-8:0.5:8);
Z = sin(R)./R;
surf(X, Y, Z);
title("surf()");

示例: 同一函数在不同画法下的外观

R =sqrt(X.^2 + Y.^2) + eps;
[X,Y] = meshgrid(-8:0.5:8);
Z = sin(R)./R;

subplot(2, 2, 1);
mesh(X, Y, Z);
title("mesh( )");

subplot(2, 2, 2);
meshz(X, Y, Z);
title("meshz( )");

subplot(2, 2, 3);
meshc(X, Y, Z);
title("meshc( )");

subplot(2, 2, 4);
surfc(X, Y, Z);
title("surfc( )");

应用: 绘制两曲面相交区域

hold on;
grid on;
[x,y]=meshgrid(-2:0.01:2);
z1 = x.^2 - 2*y.^2;
z2 = 2*x - 3*y;
mesh(x,y,z1);
mesh(x,y,z2);
cr  = abs(z1 - z2) < 0.01;
avg = (z1+z2)./2;
plot3(x(cr), y(cr), avg(cr),'*k');

物理场可视化

标量场可视化:

主要手段是绘制等值线/等值面

(等高线/等势面/等势线/切线/法线)

1. contour() 系列函数: 针对二维函数 Z = f(X,Y) 进行操作.

   函数	功能
   [C,H] = contour(Z,[N]) [C,H] = contour(X,Y,Z)	绘制 meshgrid X,Y 定义的函数 Z 的等值线, N 设定等值线的根数.
   [C,H] = contourf()	与 contour() 用法基本一致, 绘制等值线并在等值线之间填充颜色
   [C,H] = contour3()	与 contour() 用法基本一致, 但是等值线将被绘制在三维空间上
   C = contourc()	仅计算并返回等值线点集, 不进行绘制

   其中返回值 C 是等值线点集, 返回值 H 是对象句柄数组

   例: contour绘制peaks

   subplot(2,2,1);
   mesh(peaks);             % mesh
   
   subplot(2,2,2);
   contour3(peaks);         % 立体等值线
   
   subplot(2,2,3);
   contour(peaks);          % 平面等值线
   
   subplot(2,2,4);
   [c,h] = contourf(peaks); % 填色等值线 
   clabel(c,h);             % 标记等值线 
   colorbar;
   

   

2. contourslice() 函数: 将三维标量场切片并分层绘制等值线.

   例: contourslice绘制flow场剖面等值线

   [X,Y,Z,V] = flow;          % 提取数据
   Sx=1:9; Sy=[]; Sz=0;       % 选取剖面位置
   cvals = linspace(-8,2,10); % 取10条等值线
   contourslice(X,Y,Z,V,Sx,Sy,Sz,cvals);
   axis([0,10,-3,3,-3,3]);
   daspect([1,1,1]);  % 坐标轴的纵横比
   campos([0,-20,7]); % 设置相机的位置
   box on             % 显示坐标盒子
   

   

3. slice() 函数: 绘制三维标量场剖面颜色图

   例: contourslice绘制flow场剖面等值线

   [x,y,z] = meshgrid(-2:.2:2);
   v=x.*exp(-x.^2-y.^2-z.^2); % 生成三维标量场
   slice(v,[5 15],15,10);     % 绘制剖面颜色图
   axis([0 21 0 21 0 21]);
   hold on
   colorbar('horiz');
   colorbar('vert');
   view([-25 65]);
   

   

矢量场可视化:

主要手段是绘制流线图/箭头阵列

例: 使用 streamline 和 quiver 共同表现二维矢量场

hold on
[x,y] = meshgrid(0:0.1:1,0:0.1:1);
u=x; v=-y;          % 生成矢量场
startx = 0.1:0.1:1; % 设定流线起点阵列
starty = ones(size(startx));
streamline(x,y,u,v,startx,starty);
                    % 绘制流线图
quiver(x,y,u,v);    % 绘制箭头图

附: 使用 help 命令熟悉函数功能

在 Matlab 命令界面中输入 help 即可获得对某个函数的描述, 包含所有可能的引用方法, 甚至可以提供联想建议.

实际上, Matlab help 命令足以解决绝大多数问题, 熟练使用 help 命令可以大大减少上网搜索浪费的时间.

>> help linspace
 linspace Linearly spaced vector.
    linspace(X1, X2) generates a row vector of 100 linearly
    equally spaced points between X1 and X2.
 
    linspace(X1, X2, N) generates N points between X1 and X2.
    For N = 1, linspace returns X2.
 
    Class support for inputs X1,X2:
       float: double, single
 
    See also logspace, colon.

    Reference page for linspace
    Other functions named linspace

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