【MATLAB】MATLAB三维曲面绘制【详细教程】 |
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【MATLAB】MATLAB三维曲面绘制【详细教程】
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近日需要用Matlab绘制一些三维曲面图，并对其进行标注。于是这些天花了些功夫重新梳理了一遍关于Matlab三维曲面作图的一些注意事项，在此记录备案，便于以后使用查找。 任务要求：已知函数形式，绘制三维曲面此次以下函数为例，介绍Matlab三维曲面的绘制方式 z = 1 − x 2 + ( y − 1 ) 2 z = 1-\sqrt{x^{2}+(y-1)^{2}} z=1−x2+(y−1)2 成品效果图如下：
所谓的网格化即将原本的一维的坐标轴x和y组合，成为一个二维的平面X和Y。可能有些人会觉得不太好理解，我也不太能用语言描述清楚。不过在工作区点开X和Y查看其内部的具体值之后即可理解。 Fig = mesh(X,Y,Z);：以X，Y和Z为数据绘制三维曲面，并将此曲面赋值给Fig在最开始的时候我都是用mesh(X,Y,Z)而不用其返回值，后来发现使用返回值调整参数更加容易（这个具体后续细说） 在掌握这两段代码后，能够绘制一个最基本的三维曲面，代码如下： clear;clc; %清除前置数据 %数据预处理 x = linspace(0,1,50); %设置x轴的范围 y = x; %设置y轴范围 [X,Y] = meshgrid(x,y); %将其x，y轴网格化 Z = 1-sqrt((X).^2+(Y-1).^2); %直接计算 %绘制曲面 Fig = mesh(X,Y,Z); %绘制三维曲面图由此我们能得到一个非常简陋的三维曲面，而这样的曲面距离我们的要求还有一段距离。
上图最明显的感觉就是太空了，因此我们需要为其加上坐标轴： xlabel('x');：设置x轴的变量为xylabel('$y$','interpreter','latex');：将y轴的变量设置为LaTeX格式的y（这里的代码和LaTeX公式代码完全一致）zlabel('$z$','interpreter','latex','FontSize',18);：除上述功能外，设置z轴变量的字体大小为18pttitle('$z = 1-\sqrt{x^{2}+(y-1)^{2}}$','interpreter','latex','FontWeight','bold');：命名标题且加粗坐标轴的设置还有很多功能，比如说替换字体这种，可以通过帮助文档（在命令行输入help text查看） 注：这里help的是text，这样才有足够详细的可选项说明 我们通过以下代码设置坐标轴的格式：（这里的L(i)同上述Fig可以去掉） L(1) = xlabel('x'); L(2) = ylabel('$y$','interpreter','latex'); L(3) = zlabel('$z$','interpreter','latex','FontSize',18); L(4) = title('$z = 1-\sqrt{x^{2}+(y-1)^{2}}$','interpreter','latex','FontWeight','bold');现在图片变成了这样： 这里可以体会以下LaTeX公式字体和普通字体的区别，加上坐标轴后看起来稍微好些，但是还有待改进。接下来我们设置图片的颜色和色条。 3. 曲面颜色和色条 colormap winter;：设置曲面颜色为winter格式winter为matlab自带的一种曲面颜色格式，还有其他可选格式可以通过help colormap查看 colorbar;：在曲面旁边增设colorbarcolorbar的位置可以通过colorbar('Position',Location);进行调整，其中Location为其相对于图片比例的坐标（非图上坐标） 增加代码为： %此处将上述的坐标轴文字格式给统一了 colormap winter; %设置colormap的格式 colorbar; %加上色条此时图片情况变成了：
看上去图片基本成型，但是还不好看，我们可以通过旋转，设置坐标轴的范围等效果，对图片进行优化。 4. 图片的旋转和缩放 view(az,el);：设置观看的视角为(az,el)axis([xmin xmax ymin ymax zmin zmax]);：设置坐标轴的范围set(gcf,'Units','centimeters','Position',[Start_x Start_y Length Width]);：设置图片的位置其中Start_x和Start_y分别代表图像在屏幕的起始位置（可任意设置） Length和Width分别代表图像的长度和宽度的具体值（根据自己的需要设置） 于是在后续增加如下代码： view([50,20]); %设置观察角度 axis([min(x) max(x) min(y) max(y)... %设置坐标范围 min(min(Z)) max(max(Z))]); %这里由于Z是二维需要用两层最值函数 set(gcf,'Units','centimeters','Position',[6 6 20 15]); %设置图片大小最新的图片如下，就有点那种味道了
注：如何确定旋转时az和el的值？ 在完成绘图后点击如下所示的旋转图标，可实现图像的旋转
5. 图片的保存
图片绘制完成之后，可以保存为各种格式，原本我都是通过手动点击的方式对图片进行保存。不过后来体会到一次编写代码保存的快乐过后，就再也懒得动手保存。在此分享Matlab中保存图像的代码： saveas(Fig,'Example.png');：将图片Fig（就是在mesh时返回的值），保存为Example.png文件同时还可以保存为eps，pdf等Matlab能保存的文件格式 注：如果出现保存为eps格式图片失去颜色的状况，可使用代码saveas(Fig,'Example.eps','psc2'); 完整代码：完成此图的完整代码 % 调用函数文件 % % function [ Z ] = Func_Sur( X, Y ) % % %需要绘制的曲面函数 % % Z = 1-sqrt((X).^2+(Y-1).^2); % % end clear;clc; %清除前置数据 %数据预处理 x = linspace(0,1,50); %设置x轴的范围 y = x; %设置y轴范围 [X,Y] = meshgrid(x,y); %将其x，y轴网格化 Z = 1-sqrt((X).^2+(Y-1).^2); %直接计算 %Z = Func_Sur(X,Y); %计算对应的Z坐标 建议函数形式调用 %相关参数 FontS = 16; %大小为12pt FontW = 'bold'; %粗细为加粗 [不加粗用normal或缺省] az = 50; el = 20; %旋转的角度设置 Length = 20; Width = 15; %设置图片长宽 Start_x = 6; Start_y = 6; %设置图片起始位置 %图像绘制 figure(1) %定义所绘图像为Figure的第一个 Fig = mesh(X,Y,Z); %绘制三维曲面图 colormap winter; %设置colormap的格式 colorbar; %加上色条 %图像调整 view([az,el]); %设置观察角度 axis([min(x) max(x) min(y) max(y)... %设置坐标范围 min(min(Z)) max(max(Z))]) %这里由于Z是二维需要用两层最值函数 set(gcf,'Units','centimeters','Position',[Start_x Start_y Length Width]); %设置图片大小 %坐标调整（设置为LaTeX文字格式） L(1) = xlabel('$x$','interpreter','latex','FontSize',FontS,'FontWeight',FontW); L(2) = ylabel('$y$','interpreter','latex','FontSize',FontS,'FontWeight',FontW); L(3) = zlabel('$z$','interpreter','latex','FontSize',FontS,'FontWeight',FontW); L(4) = title('$z = 1-\sqrt{x^{2}+(y-1)^{2}}$','interpreter','latex','FontSize',FontS,'FontWeight',FontW); %图像保存 saveas(Fig,'Example.png'); %保存为.png格式 %eps格式保存：需增加'psc2'不然图像为黑白 %saveas(Fig,'Example.eps','psc2'); |
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