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一、实验目的

  1. 掌握基本的二维绘图中曲线图的绘制方法。
  2. 掌握三维绘图中曲面图的绘制方法。
  3. 掌握三维绘图中网线图的绘制方法。
  4. 了解三维表面图的绘制方法。
  5. 了解图形的渲染方法、剪切、光照效果以及色调搭配等内容。

二、实验内容

  1.常用的图形绘制命令

指令	说明
plot	基本二维曲线图形命令
stairs	阶梯图；主要用于采样数据
stem	二维杆图；主要用于离线数据
polar	以极坐标绘制图形

  2.颜色和线型

指令	颜色或线型	指令	颜色或线型	指令	颜色或线型
b	蓝	g	绿	r	红
c	青	m	品红	y	黄
k	黑	w	白	-	实线
:	虚线	-.	点划线	–	双划线

  3.数据点形

指令	数据点形	指令	数据点形	指令	数据点形
.	实心黑点	+	十字符	*	星号
^	向上三角	<	向左三角	>	向右三角
v	向下三角	d	菱形	h	六角星
o	空心圆	p	五角星	s	方块
x	叉号

  4.坐标控制

指令	说明
axis auto	使用缺省设置
axis off	取消轴背景
axis(V)	人工设定坐标范围，例如：V=[x1,x2,y1,y2,z1,z2]
axis normal	缺省矩形坐标系
axis equal	横、纵轴等长刻度
axis square	产生正方形坐标系
axis image	横、纵轴等长刻度,且坐标矿紧贴数据范围
axis tight	把数据范围直接设为坐标范围

  5. 分格线和坐标框

指令	说明
grid	分格线切换（状态翻转）
grid on/off	画出/不画分格线
box	坐标形式切换（状态翻转）
box on/off	使当前坐标呈封闭式/开启式

注：缺省设置为不画分格线、封闭式

  6.图形标识

指令	说明
title(‘s’)	书写图名
xlabel(‘s’)	横坐标轴名
ylabel(‘s’)	纵坐标轴名
legend(‘s1’,’s2’,…)	线型、颜色、数据点的图例
text(x,y,’s’)	在图形(x,y)坐标处标注释

  7.多次叠绘

指令	说明
hold on	保持图形和坐标轴，准备绘制新曲线
hold off	取消叠绘

  8. 双纵坐标图

指令	说明
plotyy(X1,Y1,X2,Y2)	以左右不同纵轴绘制两条曲线

  9.多子图

指令	说明
subplot(m,n,k)	选择m×n幅子图中的第k幅为当前子图

  10.获取二维图形数据的指令（唯一能从图上获取数据的指令）

指令	说明
[x,y]=ginput(n)	用鼠标从二维图形上获取n个点的数据坐标(x,y)；该指令仅适用于二维图形；指令中的x,y存放所取点的坐标；n必须为正整数，它表示用户希望通过鼠标从图上获得的数据点个数。

  11.三维图形指令

指令	说明
plot3(X,Y,Z,’s’)	表现单参数的三维曲线
mesh(X,Y,Z,C)	表现网线图/曲面图，mesh不上色
surf(X,Y,Z,C)	表现网线图/曲面图，surf上色

  12.三维图形的修饰

指令	说明
view([az,el])	视点控制，通过方位角az、俯视角el设置视点
colormap(hot)	设置当前图形窗的着色色图
alpha（n）	对图形进行透明度处理
shading interp	对图形进行浓淡处理

三、仿真结果

1.一条曲线可由下列方程式表示：
x=sin(-t)+t;y=1-cos(-t)
当t由0变化到4*pi时，画出此曲线在XY平面的轨迹。
答：

>> t=0:pi/100:4*pi;
x=sin(-t)+t;
y=1-cos(-t); 
plot(x,y),
title('第一题')

2.Chebysheve多项式的定义如下：y=cos(m/cos(x))
其中x的值介于[-1,1]，当m的值由2变化到5时，我们可得到4条曲线，请使用hold on/off指令将这4条曲线画在同一张图上面，分别用细实线，虚点线，点划线和虚划线表示，加图名，并且使用legend指令来标明每一条曲线。思考：如果四条线的颜色要求都用黑色怎么处理？
答：

>> x=-1:0.01:1;
y=cos(2./cos(x));
plot(x,y,'k-'),hold on,
y1=cos(3./cos(x));
plot(x,y1,'k:'),hold on,
y2=cos(4./cos(x));
plot(x,y2,'k-.'),hold on,
y3=cos(5./cos(x));
plot(x,y3,'k--'),title('第二题'),
legend('y=cos(2/cos(x))','y1=cos(3/cos(x))','y2=cos(4/cos(x))','y3=cos(5/cos(x))')
思考：四条线的颜色要求用黑色，已在上述中表示，用’k’表示黑色。

3.在多子图模式下绘制y=sin(t)sin(9t)及其包络线，第三幅子图的位置自己指定。
答：

>> t=(pi*(0:1000)/1000)';
y1=sin(t);
y2=sin(9*t);
y12=sin(t).*sin(9*t);
subplot(2,2,1),plot(t,[y1,-y1]),
axis([0,pi,-1,1]),
subplot(2,2,2),plot(t,y12),
axis([0,pi,-1,1]),
subplot('position',[0.2,0.05,0.6,0.45]),
plot(t,y12,'b-',t,[y1,-y1],'r:'),axis([0,pi,-1,1]),title('第三题')

4.绘制三维曲线x=sint,y=cost,z=sintcost,t取值[0,2pi]
答：

>> t=0:pi/200:2*pi;
x=sin(t);
y=cos(t);
z=sin(t).*cos(t);
plot3(x,y,z),
view([27,30]),
title('第四题')

5.x取值[-2,2]，y取值[-2,2],步长自拟，产生三维网络X,Y,并在一个图形窗口绘制z=xexp^(-xx-y*y)的三维网络图，三维曲面图，并给图形加上x轴标签，y轴标签。
答：

>> x=-2:0.01:2;
y=-2:0.01:2;
[X,Y]=meshgrid(x,y);
Z=X.*exp(-X.*X-Y.*Y);
subplot(1,2,1),plot3(X,Y,Z),
view([27,30]),shading interp,
xlabel('X'),ylabel('Y'),zlabel('Z'),
title('第五题')，
subplot(1,2,2),surf(X,Y,Z),
colormap(hot),view([27,30]),shading interp
xlabel('X'),ylabel('Y'),zlabel('Z'),
title('第五题')

四、实践中遇到的问题及解决方法

  1.问题：画三维图形时，分不清三维网络图和三维曲面图的区别
  解决方法：三维网络图和三维曲面图是不同的概念，其中用plot3(X,Y,Z,’s’)画三维网络图；用mesh(X,Y,Z,C)或surf(X,Y,Z,C)画三维网线图/曲面图，mesh不上色，surf上色
  2.问题：最开始绘图时分不清是点还是线。例如：plot(x,y)，plot(x,y,‘r–’)，plot(x,y,‘rs-.’)
  解决方法：用MATLAB多次绘制，可以找到规律，其中plot(x,y)默认的是蓝色的实线，plot(x,y,‘r–’)对应的是红色的双划线，plot(x,y,‘rs-.’)对应的既有红色的方块点形，又有红色的点画线。
  3.问题：不会使用ginput指令
  解决方法：它的应用指令是[x,y]=ginput(n)，需要从图上获取数据，其中n必须为正整数，我们可以通过鼠标从图上获得的数据点个数。指令中的x,y存放所取点的坐标。
  4.问题：画完一幅图后，想在这幅图上接着构绘曲线，不知道怎么办？
  解决方法：使用指令hold on
  5.问题：图名标注时，有特殊字符不知道如何书写？例如：ρ=1-cosθ
  解决方法：这里不应该用软键盘书写，应该常采用特殊字符对应的字符串。该题可以写成：\rho=1-cos\theta。
  6.问题：学习绘图时，杆图，梯形曲线图依旧用plot画，不知道咋弄？
  解决办法：杆图对应的是stem，梯形曲线图对应的是stairs
  7.问题：绘制三维图形时，MATLAB显示出来的图形经常重叠，看不到它的总体轮廓
  解决办法：加一个view([az,el])，进行视点控制，通过方位角az、俯视角el设置视点，可以从合适的角度观察它的轮廓。