三維曲面
1．產(chǎn)生三維數(shù)據(jù)
在MATLAB中，利用meshgrid函數(shù)產(chǎn)生平面區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格坐標(biāo)矩陣,。其格式為：
x=a:d1:b; y=c:d2:d;
[X,Y]=meshgrid(x,y);
語句執(zhí)行后,，矩陣X的每一行都是向量x，行數(shù)等于向量y的元素的個數(shù),，矩陣Y的每一列都是向量y,，列數(shù)等于向量x的元素的個數(shù)。

2．繪制三維曲面的函數(shù)
surf函數(shù)和mesh函數(shù)的調(diào)用格式為：
mesh(x,y,z,c)：畫網(wǎng)格曲面,，將數(shù)據(jù)點在空間中描出,并連成網(wǎng)格,。 
surf(x,y,z,c)：畫完整曲面,，將數(shù)據(jù)點所表示曲面畫出,。
一般情況下,，x,y,z是維數(shù)相同的矩陣。x,y是網(wǎng)格坐標(biāo)矩陣,，z是網(wǎng)格點上的高度矩陣,，c用于指定在不同高度下的顏色范圍。
  例  繪制三維曲面圖z=sin(x+sin(y))-x/10,。
程序如下：
    [x,y]=meshgrid(0:0.25:4*pi); %在[0,4pi]×[0,4pi]區(qū)域生成網(wǎng)格坐標(biāo)
    z=sin(x+sin(y))-x/10;
    mesh(x,y,z);
    axis([0 4*pi 0 4*pi -2.5 1]);
此外,，還有帶等高線的三維網(wǎng)格曲面函數(shù)meshc和帶底座的三維網(wǎng)格曲面函數(shù)meshz。其用法與mesh類似,，不同的是meshc還在xy平面上繪制曲面在z軸方向的等高線,，meshz還在xy平面上繪制曲面的底座。
  例  在xy平面內(nèi)選擇區(qū)域[-8,8]×[-8,8],，繪制4種三維曲面圖,。
程序如下：
[x,y]=meshgrid(-8:0.5:8);
z=sin(sqrt(x.^2+y.^2))./sqrt(x.^2+y.^2+eps);
subplot(2,2,1);
mesh(x,y,z);
title('mesh(x,y,z)')
subplot(2,2,2);
meshc(x,y,z);
title('meshc(x,y,z)')
subplot(2,2,3);
meshz(x,y,z)
title('meshz(x,y,z)')
subplot(2,2,4);
surf(x,y,z);
title('surf(x,y,z)')
3．標(biāo)準(zhǔn)三維曲面
sphere函數(shù)的調(diào)用格式為：
[x,y,z]=sphere(n)：generates three (N+1)-by-(N+1)   matrices so that SURF(X,Y,Z) produces a unit sphere.
cylinder函數(shù)的調(diào)用格式為：
[x,y,z]= cylinder(R,n)，其中r為圓周半徑,，n為組成圓周的點數(shù),。
MATLAB還有一個peaks 函數(shù)，稱為多峰函數(shù),，常用于三維曲面的演示,。
  例  繪制標(biāo)準(zhǔn)三維曲面圖形。
程序如下：
t=0:pi/20:2*pi;
[x,y,z]= cylinder(2+sin(t),30);
subplot(2,2,1);
surf(x,y,z);
subplot(2,2,2);
[x,y,z]=sphere;
surf(x,y,z);
subplot(2,1,2);
[x,y,z]=peaks(30);
surf(x,y,z);

   其他三維圖形

在介紹二維圖形時,，曾提到條形圖,、桿圖、餅圖和填充圖等特殊圖形,，它們還可以以三維形式出現(xiàn),，使用的函數(shù)分別是bar3、stem3,、pie3 和fill3,。
bar3函數(shù)繪制三維條形圖，常用格式為：
bar3(y)
bar3(x,y)
stem3函數(shù)繪制離散序列數(shù)據(jù)的三維桿圖,，常用格式為：
stem3(z)
stem3(x,y,z)
pie3函數(shù)繪制三維餅圖,，常用格式為：
pie3(x)
fill3函數(shù)等效于三維函數(shù)fill，可在三維空間內(nèi)繪制出填充過的多邊形,，常用格式為：
fill3(x,y,z,c)
  例  繪制三維圖形：
(1) 繪制魔方陣的三維條形圖,。
(2) 以三維桿圖形式繪制曲線y=2sin(x)。
(3) 已知x=[2347,1827,2043,3025],，繪制餅圖,。
(4) 用隨機的頂點坐標(biāo)值畫出五個黃色三角形,。
程序如下：
subplot(2,2,1);
bar3(magic(4))
subplot(2,2,2);
y=2*sin(0:pi/10:2*pi);
stem3(y);
subplot(2,2,3);
pie3([2347,1827,2043,3025]);
subplot(2,2,4);
fill3(rand(3,5),rand(3,5),rand(3,5), 'y' )

  例   繪制多峰函數(shù)的瀑布圖和等高線圖。
程序如下：
subplot(1,2,1);
[X,Y,Z]=peaks(30);
waterfall(X,Y,Z)
xlabel('X-axis'),ylabel('Y-axis'),zlabel('Z-axis');
subplot(1,2,2);
contour3(X,Y,Z,12,'k');     %其中12代表高度的等級數(shù)
xlabel('X-axis'),ylabel('Y-axis'),zlabel('Z-axis');

 

    圖形修飾處理

   視點處理
MATLAB提供了設(shè)置視點的函數(shù)view,，其調(diào)用格式為：
view(az,el)
其中az為方位角,，el為仰角，它們均以度為單位,。系統(tǒng)缺省的視點定義為方位角-37.5°,仰角30°,。
例  從不同視點繪制多峰函數(shù)曲面。
    程序如下：
    subplot(2,2,1);mesh(peaks);
    view(-37.5,30);          %指定子圖1的視點
    title('azimuth=-37.5,elevation=30')
    subplot(2,2,2);mesh(peaks);
    view(0,90);            %指定子圖2的視點
    title('azimuth=0,elevation=90')
    subplot(2,2,3);mesh(peaks);
    view(90,0);             %指定子圖3的視點
    title('azimuth=90,elevation=0')
    subplot(2,2,4);mesh(peaks);
    view(-7,-10);            %指定子圖4的視點
    title('azimuth=-7,elevation=-10')

  色彩處理
1．顏色的向量表示
MATLAB除用字符表示顏色外,，還可以用含有3個元素的向量表示顏色,。向量元素在[0,1]范圍取值，3個元素分別表示紅,、綠,、藍(lán)3種顏色的相對亮度，稱為RGB三元組,。
2．色圖
色圖(Color map)是MATLAB系統(tǒng)引入的概念,。在MATLAB中，每個圖形窗口只能有一個色圖,。色圖是m×3 的數(shù)值矩陣,，它的每一行是RGB三元組。色圖矩陣可以人為地生成,，也可以調(diào)用MATLAB提供的函數(shù)來定義色圖矩陣,。
3．三維表面圖形的著色
三維表面圖實際上就是在網(wǎng)格圖的每一個網(wǎng)格片上涂上顏色。surf函數(shù)用缺省的著色方式對網(wǎng)格片著色,。除此之外,，還可以用shading命令來改變著色方式。
shading faceted命令將每個網(wǎng)格片用其高度對應(yīng)的顏色進(jìn)行著色,，但網(wǎng)格線仍保留著,，其shading flat命令將每個網(wǎng)格片用同一個顏色進(jìn)行著色，且網(wǎng)格線也用相應(yīng)的顏色,，從而使得圖形表面顯得更加光滑,。
shading interp命令在網(wǎng)格片內(nèi)采用顏色插值處理，得出的表面圖顯得最光滑,。
顏色是黑色,。這是系統(tǒng)的缺省著色方式

  例   3種圖形著色方式的效果展示。
程序如下：
[x,y,z]=sphere(20);
colormap(copper);
subplot(1,3,1);
surf(x,y,z);
axis equal
subplot(1,3,2);
surf(x,y,z);shading flat;
axis equal
subplot(1,3,3);
surf(x,y,z);shading interp;
axis equal
   光照處理
MATLAB提供了燈光設(shè)置的函數(shù),，其調(diào)用格式為：
light('Color',選項1,'Style',選項2,'Position',選項3)

   光照處理后的球面,。
程序如下：
[x,y,z]=sphere(20);
subplot(1,2,1);
surf(x,y,z);axis equal;
light('Posi',[0,1,1]);
shading interp;
hold on;
plot3(0,1,1,'p');text(0,1,1,' light');
subplot(1,2,2);
surf(x,y,z);axis equal;
light('Posi',[1,0,1]);
shading interp;
hold on;
plot3(1,0,1,'p');text(1,0,1,' light');
    圖形的裁剪處理
例4-22  繪制三維曲面圖，并進(jìn)行插值著色處理,，裁掉圖中x和y都小于0部分,。
程序如下：
[x,y]=meshgrid(-5:0.1:5);
z=cos(x).*cos(y).*exp(-sqrt(x.^2+y.^2)/4);
surf(x,y,z);shading interp;
pause                 %程序暫停
i=find(x<=0&y<=0);
z1=z;z1(i)=NaN;
surf(x,y,z1);shading interp;
為了展示裁剪效果,，第一個曲面繪制完成后暫停，然后顯示裁剪后的曲面,。

 

 

    圖像處理與動畫制作
圖像處理
1．imread和imwrite函數(shù)
imread和imwrite函數(shù)分別用于將圖像文件讀入MATLAB工作空間,，以及將圖像數(shù)據(jù)和色圖數(shù)據(jù)一起寫入一定格式的圖像文件。MATLAB支持多種圖像文件格式,，如.bmp,、.jpg、.jpeg,、.tif等。
2．image和imagesc函數(shù)
這兩個函數(shù)用于圖像顯示,。為了保證圖像的顯示效果,，一般還應(yīng)使用colormap函數(shù)設(shè)置圖像色圖。
例5-23  有一圖像文件flower.jpg,，在圖形窗口顯示該圖像,。
程序如下：
[x,cmap]=imread('flower.jpg');  %讀取圖像的數(shù)據(jù)陣和色圖陣
image(x);colormap(cmap);
axis image off    %保持寬高比并取消坐標(biāo)軸

   動畫制作
MATLAB提供getframe、moviein和movie函數(shù)進(jìn)行動畫制作,。
1．getframe函數(shù)
getframe函數(shù)可截取一幅畫面信息(稱為動畫中的一幀),，一幅畫面信息形成一個很大的列向量。顯然,，保存n幅圖面就需一個大矩陣,。

2．moviein函數(shù)
moviein(n)函數(shù)用來建立一個足夠大的n列矩陣。該矩陣用來保存n幅畫面的數(shù)據(jù),，以備播放,。之所以要事先建立一個大矩陣，是為了提高程序運行速度,。
3．movie函數(shù)
movie(m,n)函數(shù)播放由矩陣m所定義的畫面n次,，缺省時播放一次。
例   繪制了peaks函數(shù)曲面并且將它繞z軸旋轉(zhuǎn),。
程序如下
[X,Y,Z]=peaks(30);
surf(X,Y,Z)
axis([-3,3,-3,3,-10,10])
axis off;
shading interp;
colormap(hot);
m=moviein(20);            %建立一個20列大矩陣
for i=1:20
view(-37.5+24*(i-1),30)      %改變視點
m(:,i)=getframe;            %將圖形保存到m矩陣
end
movie(m,2);                 %播放畫面2次