MATLAB绘制三维图像（实现多组二维曲线的叠加显示） |
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MATLAB绘制三维图像（实现多组二维曲线的叠加显示）
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目录
一、功能说明 二、plot3函数说明 三、代码实现 四、代码优化 一、功能说明近期在实验中采集了多组二维样本数据，每组数据都是随时间变化的曲线（如下图1.1），现在需要将所有样本都放在1张三维图中显示出来，从而直观的对比各组数据的差异。最终使用MATLAB的plot3函数实现了此功能，现将此方法记录下来。 
图1.1 单组二维样本曲线
图1.2 最终效果：
多组二维曲线堆叠成三维图
二、plot3函数说明
MATLAB官方使用说明： plot3(X,Y,Z) 绘制三维空间中的坐标。 要绘制由线段连接的一组坐标，请将 X、Y、Z 指定为相同长度的向量。 要在同一组坐标轴上绘制多组坐标，请将 X、Y 或 Z 中的至少一个指定为矩阵，其他指定为向量。 在绘制图象时我是这样理解：(x,y,z)对应着空间中的每个点，在绘图时，先将Y轴全部视为某一常数值，然后再将X轴视为自变量，Z轴视为因变量，这样的话，plot3(x,常数值,z)实际上与plot(x,y)函数的使用方式是一样的了。下面这张图是将Y向量全部赋值常数3（即第3组），X向量取值1:100，Z向量取X对应的样本值。 
图2 三维图像(以取第3组为例)
Q：为什么Y轴的值是个向量而非一个常数值呢？ 这是因为第3组数据平面上的点不止一个，确切的说是由length(x)这么多个，也就是有length(x)个这样的点(x,常数值,z)，所以在上面的情况中，Y轴的值是个长度为length(x)，数值全为3的向量。 
图3 标注出Y轴坐标值:全为3
如果实在不能理解上述说明，可以先尝试将下面的代码运行起来，一边调整参数，一边理解使用方法。 三、代码实现有了前面的基础，现在可以这样编写代码： 首先，生成一个样本集Data用于后续绘图展示(移植代码时，要根据自身数据大小来定义Data尺寸，并为其赋值)，这个样本集共有10组样本，每组样本有100个数据，分别存储在Data的每一行中，所以Data初始值暂时定义为zeros(20,100)。[!行与列不要弄混!] clc;clf;close;clear; %% 产生数据源 Data % 待显示数据的大小：20组数据样本，每组样本100个数据 Data = zeros(20,100); % 为待显示数据(Data)赋值，自定义曲线 t = 1:100; for i = 1 :10 Noise = randn(1,length(t))*0.1; %生成随机噪声 Data(i,:) = [ones(1,20)*2 ones(1,60)*4 ones(1,20)*2] + Noise; end然后对Data中的数据进行绘图(核心代码): x为1:100的向量；y为常数值向量Group_num*ones(size(x))，Group_num的值对应组别的序号；z是x对应的因变量，每次取Data矩阵的第Group_num行即可。 %% 绘制三维图像 figure(1); for Group_Num = 1:10 x = 1:100; % 数据长度为100，将全部显示出来 y = Group_Num * ones(size(x)); % 共10组数据(组别号：1:10) z = Data(Group_Num, 1:100); % 每组数据的曲线值 plot3(x,y,z); % 绘图 hold on; % 保持 end grid on; title(['多组样本值变化曲线']); xlabel("时间");ylabel("组别");zlabel("曲线值");运行结果如下所示： 
图4 三维图像(多组二维图像叠加)
四、代码优化
实验中有时只需要观察部分数据，比如只看第4组到第8组的数据，或是只看曲线中间部分的数据，所以根据需求可以优化一下代码。 限制X轴范围(设置起止数据点)限制Y轴范围(选取样本集组别)限制Z轴范围(设置数据值范围)优化后的代码全部附在下面（可以直接编译运行）： clc;clf;close;clear; %% 产生数据源 Data % 待显示数据的大小：20组数据样本，每组样本100个数据 Data = zeros(20,100); % 为待显示数据(Data)赋值，自定义曲线 t = 1:100; for i = 1 :10 Noise = randn(1,length(t))*0.1; %生成随机噪声 Data(i,:) = [ones(1,20)*2 ones(1,60)*4 ones(1,20)*2] + Noise; end %% 绘图代码优化 %---3D图中显示数据的起始点--- Range = [20,90]; %---导入数据量的组别范围--- Number = [3,9] ; %---三维样本值变化曲线---% figure(2); for Group_Num = Number(1) : Number(2) x = Range(1) : Range(2); y = Group_Num*ones(size(x)); z = Data(Group_Num, Range(1):Range(2) ); plot3(x,y,z); hold on; end grid on; %---3D图中数据值显示范围--- zlim([1,5]); title(['多组样本值变化曲线']); xlabel("时间");ylabel("组别");zlabel("样本值");下图为选取第3组至第9组样本，每组只显示第30到90数据点的结果。 
图5 X,Y,Z限制后图像
如果想固定观察角度，可以在代码结尾处添加view(a,b)函数进行调整： view(az,el) 为当前坐标区设置照相机视线的方位角和仰角。 将两个参数都设置为0，则是相当于从正前方观察，运行结果如下图所示。 
图6 view(0,0)视角观察
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