MATLAB精美绘图详解

news2024/12/26 0:21:06

一、常见二维图形绘制

二、常见三维图形绘制

三、图形修饰与处理

四、动画制作

五、常见绘图种类与特点总结

总结

MATLAB提供了非常丰富的绘图功能，不仅可以用于二维、三维的基本图形绘制，还包括特殊图形、动画制作等多种功能。在本文中，我们将详细介绍MATLAB中的常见绘图种类、特点及使用方法，并列出表格总结各类图形的特征。

一、常见二维图形绘制

基础曲线图

函数：plot(x, y)
特点：适用于绘制简单的二维曲线，支持多条曲线、不同颜色和线型。常用于函数关系的可视化。

示例：

x = linspace(0, 2*pi, 100);
y1 = sin(x);
y2 = cos(x);
plot(x, y1, '-r', x, y2, '--g');
xlabel('x');
ylabel('y');
title('Sine and Cosine functions');
legend('sin(x)', 'cos(x)');
grid on;

符号函数绘图
- 函数：ezplot
- 特点：用于绘制隐函数和参数方程，适用于复杂的数学表达式。
- 示例：
```
ezplot('sin(x)', [0, pi]); % 在区间[0, π]上绘制sin(x)
```
对数坐标图
- 函数：loglog, semilogx, semilogy
- 特点：对数图适用于数据跨度较大时，能够更直观地展示数据特性。
- 示例：
```
x = logspace(0, 2, 100); % 生成对数坐标数据
y = exp(x);
loglog(x, y, '-o');
grid on;
```
散点图
- 函数：scatter(x, y, s, c)
- 特点：用于绘制散点图，支持点的颜色和大小自定义。
- 示例：
```
x = rand(1, 100);
y = rand(1, 100);
scatter(x, y, 50, y, 'filled');
colorbar;
```
条形图
- 函数：bar, barh
- 特点：用于显示分类数据的对比，支持横向和纵向的条形图。
- 示例：
```
y = [10, 20, 30];
bar(y);
```
饼图
- 函数：pie
- 特点：用于表示分类数据的组成部分，常见于展示比例分布。
- 示例：
```
pie([1, 2, 3, 4]);
```
等值线图
- 函数：contour, contourf
- 特点：用于显示二维数据的等值线，适用于表示区域中的梯度变化。
- 示例：
```
[X, Y] = meshgrid(-2:0.2:2, -2:0.2:2);
Z = X.*exp(-X.^2 - Y.^2);
contour(X, Y, Z);
```

二、常见三维图形绘制

三维曲线
- 函数：plot3(x, y, z)
- 特点：用于绘制空间三维曲线。
- 示例：
```
t = 0:pi/50:10*pi;
x = sin(t);
y = cos(t);
z = t;
plot3(x, y, z);
grid on;
```
三维曲面
- 函数：mesh, surf
- 特点：用于显示三维数据的表面，支持网格图和表面图，适合于绘制复杂的空间数据。
- 示例：
```
[X, Y] = meshgrid(-5:0.5:5, -5:0.5:5);
Z = sin(sqrt(X.^2 + Y.^2));
surf(X, Y, Z);
shading interp; % 平滑着色
```
三维散点图
- 函数：scatter3(x, y, z, s, c)
- 特点：用于绘制三维空间中的点，并可以通过颜色和大小表示数据的不同属性。
- 示例：
```
x = rand(1, 100);
y = rand(1, 100);
z = rand(1, 100);
scatter3(x, y, z, 50, z, 'filled');
colorbar;
```
瀑布图
- 函数：waterfall
- 特点：适用于绘制类似瀑布样式的三维图形。
- 示例：
```
[X, Y] = meshgrid(1:10, 1:10);
Z = sin(X) + cos(Y);
waterfall(X, Y, Z);
```
三维柱形图
- 函数：bar3, bar3h
- 特点：用于展示三维分类数据的分布，支持柱状图的立体展示。
- 示例：
```
data = rand(5, 5);
bar3(data);
```
三维等值线图
- 函数：contour3
- 特点：用于绘制三维数据的等值线图，显示等值线随高度变化的情况。
- 示例：
```
[X, Y, Z] = peaks;
contour3(X, Y, Z);
```

三、图形修饰与处理

视角处理
- 函数：view
- 特点：调整三维图形的观察视角，改变方位角(azimuth)和仰角(elevation)。
- 示例：
```
view(45, 30); % 设置方位角为45度，仰角为30度
```
颜色与着色处理
- 函数：colormap, shading
- 特点：通过调整色图colormap和着色方式shading来改变图形的视觉效果。
- 示例：
```
colormap(jet); % 设置颜色映射为'jet'
shading interp; % 平滑插值着色
```
光照效果
- 函数：light, lighting
- 特点：为三维图形增加光照效果，使其更具立体感。
- 示例：
```
light('Position', [1, 0, 1], 'Style', 'infinite');
lighting phong;
```
网格控制
- 函数：grid on, grid off
- 特点：添加或移除图形中的网格线。
- 示例：
```
grid on; % 显示网格
```

多图显示

函数：subplot
特点：将图形窗口分割为多个子图，用于同时展示多个图形。

示例：

subplot(2, 2, 1); plot(x, y1);
subplot(2, 2, 2); plot(x, y2);
subplot(2, 2, 3); plot(x, x.*y1);
subplot(2, 2, 4); plot(x, y1./y2);

保存图像
- 函数：saveas, print
- 特点：将绘制的图形保存为外部文件，如PNG、JPEG、PDF等格式。
- 示例：
```
saveas(gcf, 'myfigure.png');
```

四、动画制作

逐帧动画
- 函数：getframe, movie
- 特点：通过捕捉多帧画面，制作动画并播放。
- 示例：
```
for k = 1:20
    plot(rand(5, 1));
    M(k) = getframe;
end
movie(M, 2); % 播放两次
```
轨迹动画
- 函数：comet, comet3
- 特点：用于展示二维或三维空间中的运动轨迹。
- 示例：
```
t = 0:pi/50:10*pi;
x = sin(t);
y = cos(t);
comet3(x, y, t);
```

五、常见绘图种类与特点总结

绘图种类	函数	特点
二维曲线	`plot`	用于展示函数或数据的变化关系
对数坐标图	`loglog`	数据跨度大时更清晰
散点图	`scatter`	显示离散点，支持颜色、大小
条形图	`bar`, `barh`	分类数据对比
饼图	`pie`	分类数据的组成部分比例展示
等值线图	`contour`	显示区域中的梯度变化
三维曲线	`plot3`	空间曲线的展示
三维曲面	`surf`, `mesh`	显示三维数据表面结构
三维散点图	`scatter3`	可在三维空间中展示点
瀑布图	`waterfall`	用于展示类似瀑布样式的曲面
三维柱形图	`bar3`	三维柱形数据展示
三维等值线图	`contour3`	显示三维空间的等值线
动画	`movie`	制作逐帧动画
轨迹动画	`comet`, `comet3`	展示运动轨迹