第7章 图形处理与操作

第7章 图形处理与操作

7.1 图形标注

7.1.1 坐标轴与图形标注

xlabel(txt) % 为当前坐标区或图的x轴添加标签或替换旧标签
xlabel(target,txt) % 为指定的目标对象添加标签
xlabel(___,Name,Value) % 使用一个或多个名称—值参数对修改标签外观

控制字符串	转换字符串	控制字符串	转换字符串	控制字符串	转换字符串
\alpha	\(\alpha\)	\eta	\(\eta\)	\pi	\(\pi\)
\beta	\(\beta\)	\theta	\(\theta\)	\omega	\(\omega\)
\gamma	\(\gamma\)	\leftarrow	\(\leftarrow\)	\tau	\(\tau\)
\delta	\(\delta\)	\lambda	\(\lambda\)	\sigma	\(\sigma\)
\epsilon	\(\epsilon\)	\mu	\(\mu\)	\kappa	\(\kappa\)
\zeta	\(\zeta\)	\xi	\(\xi\)	\uparrow	\(\uparrow\)

控制字符串	含义	控制字符串	含义
^{}	上标	\rm	标准形式
_{}	下标	\fontname	定义字体
bf	粗体	\fontsize{specifier)	定义字体大小
\it	斜体	\color{specifier)	定义字体颜色
\sl	透视	\color[rgb]	自定义字体颜色

>> x=0:0.1*pi:3*pi;
y=2*cos(x);
plot(x,y)
xlabel({'x','0 \leq x \leq 2\pi'}); % x轴添加两行标签
ylabel('y');
title('y=2cos(x)','fontsize',12,'fontweight','bold','fontname','仿宋')

>> clf
>> subplot(1,2,1), plot((1:10).^2)
>> year=2014;
>> xlabel(['Population for Year ',num2str(year)]) % 标签中包含变量值year
>> t=linspace(0,1);
>> y=exp(t);
>> subplot(1,2,2), plot(t,y)
>> xlabel('t_{seconds}') % 标签中包含下标
>> ylabel('e^t','FontSize',12,'FontWeight','bold','Color','r')

7.1.2 图形的文本标注

text(x,y,txt) % 使用由txt指定的文本，向当前坐标区中的一个或多个数据点添加文本
text（x,y,z,txt) % 在三维坐标中定位文本
text(___,Name,Value) % 使用一个或多个名称—值参数对指定txt对象的属性

gtext(str) % 使用鼠标在所需位置单击或按任意键（Enter除外）插入文本str
gtext(str,Name,Value) % 使用一个或多个名称—值参数对指定文本属性

>> clf
>> x=0:0.1*pi:3*pi;
>> y=2*cos(x);
>> subplot(1,2,1), plot(x,y)
>> text(pi/2,2*cos(pi/2),'\leftarrow 2cos(x)=0','FontSize',10)
>> text(5*pi/4,2*cos(5*pi/4),'\rightarrow 2cos(x)=-1.414','FontSize',10)
>> subplot(1,2,2), plot(x,y)
>> gtext('y=2cos(x)','fontsize',10)

7.1.3 图例的标注

legend % 为每个绘制的数据序列创建一个带有描述性标签的图例
legend(label1,...,labelN) % 设置图例标签，以字符向量或字符串列表形式指定标签
legend(labels) % 使用字符向量元胞数组、字符串数组或字符矩阵设置标签
legend(subset,___) % 在图例中仅包括subset（图形对象向量）列出的数据序列的项
legend(target,___) % 使用target指定的坐标区作图
legend(___,Location,lcn) % 设置图例位置
legend(___,'Orientation',ornt) % ornt为horizontal时并排显示，默认垂直显示
legend(___,Name,Value) % 使用一个或多个名称—值参数对设置图例属性

字符串	位置	字符串	位置
North	绘图区内的上中部	South	绘图区内的底部
East	绘图区内的右部	West	绘图区内的左中部
NorthEast	绘图区内的右上部	NorthWest	绘图区内的左上部
SouthEast	绘图区内的右下部	SouthWest	绘图区内的左下部
NorthOutside	绘图区外的上中部	SouthOutside	绘图区外的下部
EastOutside	绘图区外的右部	WestOutside	绘图区外的左部
NorthEastOutside	绘图区外的右上部	North WestOutside	绘图区外的左上部
SouthEastOutside	绘图区外的右下部	South WestOutside	绘图区外的左下部
Best	标注与图形的重叠最小处	BestOutside	绘图区外占用最小面积处

>> clf
>> x=linspace(0,pi);
>> y1=cos(x);
>> y2=cos(2*x);
>> y3=cos(3*x);
>> plot(x,y1, x,y2, x,y3)
>> legend({'cos(x)','cos(2x)','cos(3x)'},'Location','northwest','NumColumns',2)

7.2 图形控制

7.2.1 图形数据取点

[x,y]=ginput(n) % 通过鼠标选择n个点，其坐标值保存在[x，y]中，按Enter键结束取点
[x,y]=ginput % 取点数目不受限制，其坐标值保存在[x，y]中，按Enter键结束取点
[x,y,button]=ginput(...) % 返回值button记录有选取每个点时的相关信息

>> clf
>> x=0:0.05*pi:2*pi;
>> y=2*cos(x).*sin(x);
>> plot(x,y)
>> [m n]=ginput(2)

m =

    1.4761
    4.7891


n =

    0.2360
   -0.1472

>> hold on
>> plot(m,n,'or')
>> text(m(1),n(1),['(',num2str(m(1)),num2str(n(1)),')'])

7.2.2 坐标轴控制

7.2.2.1 坐标轴特征控制函数axis

axis(limits) % 指定当前坐标区的范围，包含指定4、6或8个元素的向量形式
axis style % 使用预定义样式设置坐标范围和尺度
axis mode % 设置是否自动选择范围。mode为manual、auto或半自动选项之一
axis ydirection % 当ydirection为ij时，将原点放在坐标区的左上角，y值按从上到下的顺序逐渐增加；取默认值xy时，将原点放在左下角，y按从下到上的顺序逐渐增加
axis visibility % visibility取off/on时，关闭/打开坐标区背景的显示，绘图区仍会显示
lim=axis % 返回当前坐标区的x轴和y轴的范围；对三维坐标区，还会返回z坐标的范围；对极坐标区，返回theta角和r坐标的范围

参数	字符串	说明
limits	—	[xmin xmax ymin ymax zmin zmax cmin cmax]：将x坐标范围设置为xmin~xmax；将y坐标范围设置为ymin~ymax；将z坐标范围设置为zmin~zmax；设置颜色范围：cmin对应颜色图中的第一种颜色的数据值；cmax对应颜色图中的最后一种颜色的数据值
mode	auto	自动模式，使得坐标范围能容纳下所有的图形
	manual	以当前的坐标范围限定图形的绘制，此后再次使用hold on命令绘图时，保持坐标范围不变
style	tight	将坐标范围限制在指定的数据范围内
	equal	将各坐标轴的刻度设置成相同
	image	每个坐标区使用相同的数据单位长度，并使坐标区框线紧密围绕数据
	square	使用相同长度的坐标轴线，相应调整数据单位之间的增量
	fill	设置坐标范围和PlotBoxAspectRatio属性以使坐标满足要求
	vis3d	使图形在旋转或拉伸过程中保持坐标轴的比例不变
	normal	解除对坐标轴的任何限制
visibility	on	默认值，恢复对坐标轴的一切设置
	off	取消对坐标轴的一切设置
ydirection	xy	默认方向。将坐标设置成直角坐标系
	ij	将坐标设置成矩阵形式，原点在左上角

>> clf
>> x=0:0.2:6;
>> subplot(1,2,1), plot(x,exp(x),'-bo') % 系统自动分配坐标轴
>> subplot(1,2,2), plot(x,exp(x),'-bo')
>> axis([0 4 0 80]) % 设定坐标轴后绘制图形

7.2.2.2 坐标轴网格控制函数grid

grid on % 给当前坐标轴添加网格线
grid off % 取消当前坐标轴的网格线
grid % 在grid on命令和grid off命令之间切换
grid minor % 设置网格线间的间距

>> x=0:0.1*pi:3*pi;
>> y=2*cos(x);
>> plot(x,y)
>> grid on % 添加网格线
>> grid off % 删除网格线

7.2.2.3 坐标轴封闭控制函数box

box on % 在坐标区周围显示框轮廓
box off % 去除坐标区周围的框轮廓
box % 切换框轮廓的显示

>> x=0:0.1*pi:3*pi;
>> y=2*cos(x);
>> plot(x,y)
>> box off % 将封闭的坐标轴打开
>> box on % 将当前打开的坐标轴重新封闭

7.2.2.4 坐标轴缩放控制函数zoom

zoom '控制字符串'

字符串	说明	字符串	说明
空	在zoom on和zoom off之间切换	reset	设置当前的坐标轴为最初值
on	允许对坐标轴进行缩放	xon	允许对x轴进行缩放
off	禁止对坐标轴进行缩放	yon	允许对y轴进行缩放
out	恢复到最初的坐标轴设置	(factor)	以factor作为缩放因子进行坐标轴的缩放

7.2.3 视角与透视控制

7.2.3.1 视角控制命令view

view(az,el) % 为三维空间图形设置观察点的方位角。az为方位角，el为仰角
view([x,y,z]) % 在笛卡儿坐标系中将视角设为沿向量[x,y,z]指向原点
view(2) % 设置默认的二维形式视点。其中，az=0，e1=90，即从z轴上方观看所绘图形
view(3) % 设置默认的三维形式视点。其中，az=-37.5，e1=30
view(T) % 根据转换矩阵T设置视点。其中T为4*4的矩阵
[az,el]=view % 返回当前的方位角az与仰角el

>> clf
>> X=0:0.1*pi:3*pi; Y=zeros(size(X)); Z=2*cos(X);
>> subplot(2,2,1)
>> plot3(X,Y,Z,'r'); grid;
>> xlabel('X-axis'); ylabel('Y-axis'); zlabel('Z-axis');
>> title('Default Az=-37.5,E1=30');
>> view(-37.5,30);
>> subplot(2,2,2)
>> plot3(X,Y,Z,'r'); grid;
>> xlabel('X-axis'); ylabel('Y-axis'); zlabel('Z-axis');
>> title('Az=-37.5,E1=60');
>> view(-37.5,60);
>> subplot(2,2,3)
>> plot3(X,Y,Z,'b'); grid;
>> xlabel('X-axis'); ylabel('Y-axis'); zlabel('Z-axis');
>> title('Az=60,E1=30');
>> view(60,30);
>> subplot(2,2,4)
>> plot3(X,Y,Z,'b'); grid;
>> xlabel('X-axis'); ylabel('Y-axis'); zlabel('Z-axis');
>> title('Az=90,E1=10');
>> view(90,10);

7.2.3.2 视角控制命令viewmtx

T=viewmtx(az，el) % 返回一个与视点的方位角az与仰角el对应的正交矩阵，不改变当前视点
T=viewmtx(az,el,phi) % 返回一个透视转换矩阵，参量phi是透视角
T=viewmtx(az,el,phi,xc) % 返回以在标准化的图形立方体中的点xc为目标点的透视矩阵

phi的值	说明
0°	正交投影
10°	类似于远距离投影
25°	类似于普通投影
60°	类似于广角投影

7.2.3.3 视角控制命令rotate3d

rotate3d on % 打开旋转模式并允许在当前图窗中的所有坐标区上使用旋转
rotate3d off % 关闭旋转模式并禁止在当前图窗中进行交互式坐标区旋转
rotate3d % 在当前图窗中切换交互坐标区旋转

>> a=peaks(30);
>> mesh(a); % 默认的视角显示
>> rotate3d on % 按住鼠标左键，调节视角

7.2.3.4 三维透视命令hidden

hidden on % 默认状态，对当前网格图启用隐线消除模式，网格后的线会被前面的线遮住
hidden off % 对当前网格图禁用隐线消除模式
hidden % 切换隐线消除状态

alpha(v) % 其中v为透明度参数，取值为0≤v≤1，为0时完全透明，为1时不透明

>> a=peaks(30);
>> mesh(a);
>> hidden on
>> hidden off % 打开三维透视功能

7.2.4 图形色彩控制

原色			调得的颜色
红（R）	绿（G）	蓝（B）
1	0	0	红色
1	0	1	洋红色
1	1	0	黄色
0	1	0	绿色
0	1	1	青色
0	0	1	蓝色
0	0	0	黑色
1	1	1	白色
0.5	0.5	0.5	灰色

colormap([R,G,B]) % 输入变量[R,G,B]为一个3列矩阵，行数不限，该矩阵称为色图

色图名称	生成函数	色图名称	生成函数
默认色图	default	黑红黄白色图	hot
红黄色图	autumn	饱和色图	hsv
蓝色调灰度色图	bone	粉红色图	pink
青红浓淡色图	cool	光谱色图	prism
线性灰度色图	gray	线性色图	lines

>> [x,y,z]=peaks(30);
>> surf(x,y,z);
>> colormap(hsv(128)) % 定义图形为饱和色图，定义了128种颜色

7.2.4.1 shading命令

shading flat % 平滑方式着色
shading faceted % 以平面为着色单位，这是系统默认的着色方式
shading interp % 以插值形式为图形的像点着色

>> x=-8:8; y=x;
>> [X,Y]=meshgrid(x,y);
>> Z=2*X.^2+2*Y.^2;
>> subplot(1,3,1), surf(Z), shading flat
>> title('FlatShading')
>> subplot(1,3,2), surf(Z), shading faceted
>> title('FacetedShading')
>> subplot(1,3,3), surf(Z), shading interp
>> title('InterpolatedShading')

7.2.4.2 caxis命令

caxis([cmin cmax]) % 设置当前坐标区的颜色范围[cmin cmax]，并依此为图形着色
caxis auto % 自动计算出色值的范围
caxis manual % 按照当前的色值范围设置色图范围
v=caxis % 返回当前色图范围的最大值和最小值[cmin cmax]

>> a=peaks(40);
>> surf(a)
>> caxis([-4 4])

7.2.4.3 brighten命令

brighten(beta) % 增亮或变暗当前的色图。0<beta<1，增亮；-1<beta<0，变暗
brighten(map,beta) % 变换指定为map的色图的强度
newmap=brighten(___) % 没有改变当前图形的亮度，而是返回变化后的色图

>> a=peaks(40);
>> surf(a)
>> brighten(-0.2)

7.2.4.4 colorbar命令

colorbar % 在当前坐标区或图的右侧显示一个垂直颜色标尺
colorbar('vert') % 增加一垂直的颜色标尺到当前的坐标轴中
colorbar('horiz') % 增加水平的颜色标尺到当前的坐标轴中
colorbar(location) % 在特定位置显示颜色标尺，如'northoutside'
colorbar(target,___) % 在target指定的坐标区或图上添加一个颜色标尺
colorbar('off') % 删除与当前坐标区或图关联的所有颜色标尺

>> subplot(1,2,1), surf(peaks)
>> colorbar('vert')
>> subplot(1,2,2), contourf(peaks)
>> colorbar('southoutside') % 同colorbar('horiz')

7.2.4.5 colordef命令（即将被淘汰）

colordef white % 将图形背景颜色设置为白色
colordef black % 将图形背景颜色设置为黑色
colordef none % 将图形背景颜色和图形窗口颜色设置为系统默认颜色（黑色）

>> subplot(1,2,1), colordef white % 将图形背景颜色设为白色
警告: 以后的版本中将会删除 colordef。 
>> a=peaks(30);
>> surf(a)
>> subplot(1,2,2), colordef black % 将图形背景颜色设为黑色
警告: 以后的版本中将会删除 colordef。 
>> surf(a)

7.2.5 光照控制

命令名	说明	命令名	说明
light	设置曲面光源	specular	镜面反射模式
surfl	绘制存在光源的三维曲面图	diffuse	漫反射模式
lighting	设置曲面光源模式	lightangle	球坐标系中的光源
material	设置图形表面对光照的反映模式	—	—

7.2.5.1 light命令

light('PropertyName',PropertyValue,...) % 使用给定属性的指定值创建光源对象

>> surf(peaks)
>> light('Position',[-1 0 0],'Style','infinite');

7.2.5.2 lighting命令

lighting flat % 该模式为平面模式，以网格为光照的基本单元。这是系统默认的模式
lighting gouraud % 该模式为点模式，以像素为光照的基本单元
lighting phong % 以像素为光照的基本单元，并计算各点的反射
lighting none % 关闭光源

>> surf(peaks)
>> light('Position',[-1 0 0],'Style','infinite');
>> lighting gouraud
>> lighting none

7.2.5.3 material命令

material shiny % 使图形表面显示较光亮的色彩模式
material dull % 使图形表面显示较暗的色彩模式
material metal % 使图形表面呈现金属光泽的模式
material([ka kd ks]) % 设置对象的环境反射/漫反射/镜面反射模式的强度
material([ka kd ks n]) % n用于定义镜面反射的指数
material([ka kd ks n sc]) % sc用于定义镜面反射的颜色

7.3 图形窗口

7.3.1 图形窗口的创建

figure % 使用默认属性值创建一个新的图形窗口，并作为当前图形窗口
figure(Name,Value) % 使用一个或多个名称—值参数对修改图形窗口的属性
figure(f) % 将f指定的图形窗口作为当前图形窗口，并显示在最上方

get(h) % 返回句柄值为h的图形窗口的参数名称及其当前值
set(h) % 返回句柄值为h的图形窗口的参数名称及为这些参数设置的值

>> figure % 创建图形窗口
>> get(1) % 获取图形窗口属性
                 Alphamap: [0 0.0159 0.0317 0.0476 0.0635 0.0794 0.0952 0.1111 … ] (1×64 double)
             BeingDeleted: off
               BusyAction: 'queue'
            ButtonDownFcn: ''
                 Children: [0×0 GraphicsPlaceholder]
                 Clipping: on
          CloseRequestFcn: 'closereq'
                    Color: [0.9400 0.9400 0.9400]
                 Colormap: [256×3 double]
              ContextMenu: [0×0 GraphicsPlaceholder]
                CreateFcn: ''
              CurrentAxes: [0×0 GraphicsPlaceholder]
         CurrentCharacter: ''
            CurrentObject: [0×0 GraphicsPlaceholder]
             CurrentPoint: [0 0]
                DeleteFcn: ''
             DockControls: on
                 FileName: ''
        GraphicsSmoothing: on
         HandleVisibility: 'on'
                     Icon: ''
            InnerPosition: [1457 445.8000 560 420.0000]
            IntegerHandle: on
            Interruptible: on
           InvertHardcopy: on
              KeyPressFcn: ''
            KeyReleaseFcn: ''
                  MenuBar: 'figure'
                     Name: ''
                 NextPlot: 'add'
                   Number: 1
              NumberTitle: on
            OuterPosition: [1.4498e+03 438.6000 574.4000 508.8000]
         PaperOrientation: 'portrait'
            PaperPosition: [3.0917 9.2937 14.8167 11.1125]
        PaperPositionMode: 'auto'
                PaperSize: [21.0000 29.7000]
                PaperType: 'A4'
               PaperUnits: 'centimeters'
                   Parent: [1×1 Root]
                  Pointer: 'arrow'
        PointerShapeCData: [16×16 double]
      PointerShapeHotSpot: [1 1]
                 Position: [1457 445.8000 560 420.0000]
                 Renderer: 'opengl'
             RendererMode: 'auto'
                   Resize: on
               Scrollable: off
            SelectionType: 'normal'
           SizeChangedFcn: ''
                      Tag: ''
                  ToolBar: 'auto'
                     Type: 'figure'
                    Units: 'pixels'
                 UserData: []
                  Visible: on
      WindowButtonDownFcn: ''
    WindowButtonMotionFcn: ''
        WindowButtonUpFcn: ''
        WindowKeyPressFcn: ''
      WindowKeyReleaseFcn: ''
     WindowScrollWheelFcn: ''
              WindowState: 'normal'
              WindowStyle: 'normal'

7.3.2 图形的打印与输出

print(fname,ftype) % 使用指定的文件格式将当前图形窗口保存到文件中
print(fname,ftype,foptions) % 指定可用于某些格式的其他选项
print % 将当前图形窗口输出到默认打印机中
print(printer) % 指定打印机，包含以-P开头的打印机名称
print(driver) % 指定驱动程序
print(printer,driver) % 指定打印机和驱动程序
print('-clipboard',clipboardformat) % 使用指定格式将当前图形窗口复制到剪切板

• 其他详见书籍。