当前位置 博文首页 > 利用Matlab绘制各类特殊图形的实例代码
强大的绘图功能是Matlab的特点之一，Matlab提供了一系列的绘图函数，用户不需要过多的考虑绘图的细节，只需要给出一些基本参数就能得到所需图形，这类函数称为高层绘图函数。此外，Matlab还提供了直接对图形句柄进行操作的低层绘图操作。这类操作将图形的每个图形元素（如坐标轴、曲线、文字等）看做一个独立的对象，系统给每个对象分配一个句柄，可以通过句柄对该图形元素进行操作，而不影响其他部分。
1. 绘制极坐标图
说明：使用polarplot函数绘制极坐标图，每组数据表示一条闭合曲线，共有20条曲线构成20条封闭同心曲线。
t = linspace(0,2*pi,500);
y = 1+0.3*sin(20*t)+0.1*sin(30*t)+0.1*sin(40*t);
polarplot(t,y,t,1.1*y,t,1.2*y,t,1.3*y,t,1.4*y,t,1.5*y,t,1.6*y,t,1.7*y,t,1.8*y,t,1.9*y,...
t,2.0*y,t,2.1*y,t,2.2*y,t,2.3*y,t,2.4*y,t,2.5*y,t,2.6*y,t,2.7*y,t,2.8*y,t,2.9*y,'linewidth',1.5);
2. 单条曲线绘制分段函数（反比例函数y=1/x）
说明：反比例函数在x接近于0时，趋近于奇异（1/0 趋近于无穷大），使用nan非数对图形进行镂空，可以实现一条曲线绘制y=1/x的整个定义域。
x = linspace(-3,3,500);
f = @(x) 1./x;
y = f(x);
for ii = 1:length(x)
if abs(x(ii))<0.03
x(ii) = nan;
y(ii) = nan;
end
end
plot(x,y)
legend('y=1/x')
3. 正方体内绘制随机分布的颜色片图
说明： 使用plot3绘制正方体12条边，使用fill3函数绘制颜色片，颜色片位置和填充颜色随机生成。
a = 20;
b = 20;
c = 20;
A1 = [0 0 0
a 0 0
a b 0
0 b 0
0 0 0];
A2 = [0 0 c
a 0 c
a b c
0 b c
0 0 c];
A3 = [0 0 0
0 0 c
0 b c
0 b 0
0 0 0];
A4 = [a 0 0
a 0 c
a b c
a b 0
a 0 0];
% 绘图
figure
hold on
plot3(A1(:,1),A1(:,2),A1(:,3),'k');
plot3(A2(:,1),A2(:,2),A2(:,3),'k');
plot3(A3(:,1),A3(:,2),A3(:,3),'k');
plot3(A4(:,1),A4(:,2),A4(:,3),'k');
view(3)
XYZ0 = [0 0 0
1 0 0
1 0 1
0 0 1];
for ii = 1:100
p = [rand*(a-2) rand*(b-2) rand*(c-2)]+1; % 球心
X2= p(1) + XYZ0(:,1);
Y2 = p(2) + XYZ0(:,2);
Z2 = p(3) + XYZ0(:,3);
ColorSpec = rand(1,3);
fill3( X2,Y2,Z2,ColorSpec )
end
4. 在大圆内随机生成若干互不相交的小圆
说明：先绘制大圆，在大圆内随机生成小圆圆心，判断小圆圆心和其它小圆的距离，如果小圆圆心距离小于直径，说明小圆相交，舍去该小圆。
tic
X = [];
Y = [];
n = 0;
while n < 1000
r = rand * (750-5);
theta = rand * 2*pi;
x0 = r*cos(theta);
y0 = r*sin(theta);
s = min( (x0-X).^2 + (y0-Y).^2 ); % 最小圆心距离
if s < 10^2
continue;
else
X = [X;x0]; % 圆心坐标集合
Y = [Y;y0];
n = n +1 % 点数
end
end
toc
alpha = linspace(0,2*pi,100);
x = 5*cos(alpha);
y = 5*sin(alpha);
figure
plot( 150*x,150*y,'r' )
hold on
for ii = 1:n
x0 = X(ii);
y0 = Y(ii);
plot(x0+x,y0+y,'k')
end
5. 在长方体内随机生成若干球体
说明：patch函数绘制长方体和球体表面，并可填充颜色。
x = 100;
y = 80;
z = 50;
theta = linspace(0,2*pi,50);
phi = linspace(0,2*pi,50);
[theta,phi] = meshgrid(theta,phi);
r = 2;
X0 = r*cos(phi).*cos(theta);
Y0 = r*cos(phi).*sin(theta);
Z0 = r*sin(phi);
% 绘图
X = [0 x x 0
0 x x 0
0 0 0 0
x x x x
0 x x 0]';
Y = [0 0 y y
0 0 y y
0 y y 0
0 y y 0
y y y y]';
Z = [0 0 0 0
z z z z
0 0 z z
0 0 z z
0 0 z z ]';
figure
patch(X,Y,Z,'r');
view(3)
hold on
for ii = 1:50
p = [rand*(100-4*r) rand*(80-4*r) rand*(50-4*r)]+2*r; % 球心
X2= p(1) + X0;
Y2 = p(2) + Y0;
Z2 = p(3) + Z0;
patch( X2,Y2,Z2,'y' )
end
6. 绘制圆柱体与球体曲面相交，并绘制相交曲线
说明: mesh函数绘制曲面图，求解方程得到交线参数方程，plot3函数绘制三维交线。
%% 曲面1 t = linspace(0,2*pi,200); s = linspace(0,2*pi,200); [t,s] = meshgrid(t,s); x = 2*cos(t); y = 2*sin(t).*cos(s); z = 2*sin(t).*sin(s); figure mesh(x,y,z) %% 曲面2 t2 = linspace(0,2*pi,200); z2 = linspace(-3,3,200); [t2,z2] = meshgrid(t2,z2); x2 = 1 + cos(t2); y2 = sin(t2); hold on mesh(x2,y2,z2) %% 交线 t3 = linspace(0,2*pi,200); y3 = sin(t3); x3 = 1 + cos(t3); z3 = sqrt(4-2*x3); plot3(x3,y3,z3,'r','linewidth',5) hold on plot3(x3,y3,-z3,'r','linewidth',5)
8. 绘制三维抛物曲面
说明：使用nan非数对图形进行镂空
x = -20:0.1:20; y = -20:0.1:20; [X,Y] = meshgrid(x,y); p = 0.2; q = 0.1; Z = X.^2/(2*p) + Y.^2/(2*q); Z = (Z<=500) .* Z + ((Z>500)-1) ./ ((Z>500)-1); % 图形镂空 mesh(X,Y,Z)
9. 抛物曲面随参数变化形成动画
说明：每个步长内动态更新绘制三维曲面，形成动画效果。
x = linspace(-1,1,20);
y = linspace(-1,1,20);
[X,Y] = meshgrid(x,y);
figure
a = 1;
Z = a.*X.^2 + Y.^2;
h = surf(X,Y,Z);
zlim([0,15])
for a = 1:0.1:10
Z = a.*X.^2 + Y.^2;
set(h,'zdata',Z);
drawnow
pause(0.1)
end
10. 使用不同频率的正弦波合成方波
说明：傅里叶级数，利用不同频率的正弦波合成方波，三角函数项数越多，合成方波越精确。
t=0:0.000001:1;
f1=6*sin(10*pi*t)/pi;
f2=6*sin(10*pi*t)/pi+2*sin(30*pi*t)/pi;
f3=6*sin(10*pi*t)/pi+2*sin(30*pi*t)/pi+6*sin(50*pi*t)/(5*pi);
%% 循环段
N = 10; % 点数
f4 = 0; % 初始值
for ii = 1:N
f4 = f4 + 3*2*sin((2*ii-1)*10*pi*t)/pi/(2*ii-1);
end
figure
subplot(2,2,1),plot(t,f1)
subplot(2,2,2),plot(t,f2)
subplot(2,2,3),plot(t,f3)
subplot(2,2,4),plot(t,f4)
