第七讲 图形修饰

1数学实验第七讲图形修饰和动画制作（了解）Matlab介绍2三维图形的修饰1.颜色映像

图形的一个重要因素就是图形的颜色，对于数值计算，颜色在图形显示中所起的作用不仅仅是美观，主要是它能够提供给用户另外一附加维数——第四维。

Matlab采用颜色映像来处理图形颜色，也即RGB色系。该方法在Matlab语言内的实现是借助于矩阵来完成的，该矩阵为三列矩阵，每一列代表R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)中的一个颜色，三者综合构成对应的颜色。2023/2/5一、1.绘图色彩的调整colormap函数

colormap(map)，设置map为当前颜色映像矩阵

colormap('default')，恢复当前颜色映像矩阵为默认值

cmap=colormap，获取当前颜色映像矩阵

colormap(ax,…)，设置当前axes对象的颜色映像矩阵MATLAB中提供了colormap函数，可以根据颜色映像矩阵对图形对象的色彩进行调整。所谓的颜色映像矩阵就是一个的矩阵，k行表示有k种颜色，每行3个元素分别代表红、绿、蓝三元色的强度值，取值均在[0，1]之间。map的设置有两种，可以人为指定一个元素值均在[0，1]之间的的矩阵，也可以用MATLAB自带的17种颜色映像矩阵。在MATLAB命令窗口分别运行autumn、bone、colorcube、cool、copper、flag、gray、hot、hsv、jet、lines、pink、prism、spring、summer、white和winter函数，就可得到这17种颜色映像矩阵

色图colormap

colormap(CM)设置当前图形窗的着色色图为CM

MATLAB的预定义色图矩阵CMCM含义CM含义autumn红、黄浓淡色jet蓝头红尾饱和值色bone蓝色调浓淡色lines采用plot绘线色colorcube三浓淡多彩交错色pink淡粉红色图cool青、品红浓淡色prism光谱交错色copper纯铜色调线性浓淡色SPRING青、黄浓淡色flag红-白-蓝-黑交错色summer绿、黄浓淡色gray灰色调线性浓淡色winter蓝、绿浓淡色hot黑、红、黄、白浓淡色white全白色hsv两端为红的饱和值色注意：jet时默认色图。2色彩处理（1）颜色的向量表示

MATLAB除用字符表示颜色外，还可以用含有3个元素的向量表示颜色。向量元素在[0,1]范围取值，3个元素分别表示红、绿、蓝3种颜色的相对亮度，称为RGB三元组。[x,y]=meshgrid([-10:0.3:10]);R=sqrt(x.^2+y.^2);Z=sin(R)./R;surf(x,y,Z)figurecolormap(hot)surf(x,y,Z)3．三维表面图形的着色

三维表面图实际上就是在网格图的每一个网格片上涂上颜色。surf函数用缺省的着色方式对网格片着色。除此之外，还可以用shading命令来改变着色方式。shadingfaceted命令将每个网格片用其高度对应的颜色进行着色，但网格线仍保留着，其颜色是黑色。这是系统的缺省着色方式。shadingflat命令将每个网格片用同一个颜色进行着色，且网格线也用相应的颜色，从而使得图形表面显得更加光滑。

shadinginterp命令在网格片内采用颜色插值处理，得出的表面图显得最光滑。例1三种图形着色方式的效果展示。程序如下：[x,y,z]=sphere(20);%球面函数colormap(copper);%copper古铜调色图subplot(1,3,1);surf(x,y,z);axisequalsubplot(1,3,2);surf(x,y,z);shadingflat;axisequalsubplot(1,3,3);surf(x,y,z);shadinginterp;axisequal例2三种浓淡处理方式比较。clf x=-4:4;y=x;[X,Y]=meshgrid(x,y);Z=X.^2+Y.^2;surf(X,Y,Z)colormap(jet)subplot(1,3,1),surf(Z),axisoffsubplot(1,3,2),surf(Z),axisoff,shadingflatsubplot(1,3,3),surf(Z),axisoff,shadinginterpset(gcf,'Color','w')4.透明度控制alphaalpha(v)对面、块、象三种图形对象的透明度加以控制；0-1之间，0为完全透明，1为不透明。V的值越接近于0，透明度越高例3半透明的表面图。clfsurf(peaks)shadinginterpalpha(0.5)colormap(summer)2023/2/5figure;[X,Y,Z]=sphere;surf(X,Y,Z);colormap(lines);shadinginterpholdon;mesh(2*X,2*Y,2*Z)hiddenoff%显示被前面图形遮挡的后面部分axisequalaxisofffigure;surf(X,Y,Z,'FaceColor','r');holdon;surf(2*X,2*Y,2*Z);alpha(0.4)axisequalaxisoff

例4

三维图形的透视效果2023/2/55灯光设置light

MATLAB提供了灯光设置的函数，其调用格式为：light('Color',选项1,'Style',选项2,'Position',选项3)option1可以采用RGB三元组或相应的色彩字符；option2可以取’infinte’和‘local’分别表示无穷远光和近光。option3为直角坐标三元组形式，对远光，表示光线穿过该点射向原点；对近光，表示光源所在位置。例5光照处理后的球面。程序如下：[x,y,z]=sphere(20);subplot(1,2,1);surf(x,y,z);axisequal;light('Posi',[0,1,1]);shadinginterp;holdon;plot3(0,1,1,'p');text(0,1,1,'light');subplot(1,2,2);surf(x,y,z);axisequal;light('Posi',[1,0,1]);shadinginterp;holdon;plot3(1,0,1,'p');text(1,0,1,'light');2023/2/56.照明模式lighting函数，调用语法：lightingoptions

lightingflat，产生均匀光照，选择此方法，以查看面对象，是光照模式的默认设置。

lightinggouraud，计算顶点法线并作线性插值修改表面颜色，选择此方法，以查看曲面对象。

lightingphong，做线性插值并计算每个像素的反射率来修改表面颜色，选择此方法，以查看曲面对象。此方法比lightinggouraud的效果好，但是用于渲染的时间较长。

lightingnone，关掉照明。2023/2/57.图形表面对光照反射属性设置material函数调用语法：

materialoptions

materialshiny，使图形对象有相对较高的镜面反射，镜面光的颜色仅取决于光源颜色。

materialdull，使图形对象有更多的漫反射，反射光的颜色仅取决于光源颜色。

materialmetal，使图形对象有非常高的镜面反射和非常低的环境光及漫反射，反射光的颜色取决于光源颜色和图形表面的颜色。2023/2/5material([kakdks])material([kakdksn])material([kakdksnsc])，用ka、kd和ks分别设置图形对象的环境光、漫反射和镜面反射的强度，用镜面指数n控制镜面亮点的大小，用sc设置镜面颜色的反射系数。ka、kd、ks、n和sc均为标量，sc的取值介于0和1之间。

materialdefault，恢复ka、kd、ks、n和sc的默认值。例6灯光、照明、材质指令所表现的图形。clf;[X,Y,Z]=sphere(80);colormap(jet)subplot(1,2,1),surf(X,Y,Z),axisequaloff,shadinginterplight('position',[0-101.5],'style','infinite')lightingphongmaterialshinysubplot(1,2,2),surf(X,Y,Z,-Z),axisequaloff,shadingflatlight;lightingflatlight('position',[-1,-1,-2],'color','y')light('position',[-1,0.5,1],'style','local','color','w')set(gcf,'Color','w') 8、透视、镂空和裁切（1）图形的透视hiddenoff 透视被叠压的图形hiddenon 消隐被叠压的图形例7透视演[X0,Y0,Z0]=sphere(30); X=2*X0;Y=2*Y0;Z=2*Z0; surf(X0,Y0,Z0); shadinginterp holdon,mesh(X,Y,Z),colormap(hot) holdoff hiddenoff axisequal,axisoff

（2）图形的镂空例8演示：如何利用“非数”NaN，对图形进行镂空处理。

P=peaks(30); P(18:20,9:15)=NaN; surfc(P); colormap(hot)light('position',[50,-10,5])material([0.9,0.9,0.6,15,0.4])gridoff,boxon(3)图形的裁剪处理例9绘制三维曲面图，并进行插值着色处理，裁掉图中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);shadinginterp;pause%程序暂停i=find(x<=0&y<=0);z1=z;z1(i)=NaN;surf(x,y,z1);shadinginterp;为了展示裁剪效果，第一个曲面绘制完成后暂停，然后显示裁剪后的曲面。

裁减前裁减后2023/2/510.调整视点位置view函数

view(az,el)，设置三维绘图的视角，az是方位角，el表示相对于xoy平面的仰角。zyx-y视点az方位角el仰角2023/2/5

view([x,y,z])，设置视点的三维直角坐标[x,y,z].view(2)，设置默认的二维视角，az=0，el=90.view(3)，设置默认的三维视角，az=-37.5，el=30.view(ax,…)，设置句柄值为ax的坐标系的视角。

[az,el]=view，返回当前方向角和仰角。view([x,y,z])笛卡尔坐标系下的视角，2023/2/5二、质点运动轨迹动画1.comet函数

调用格式：

comet(y)

显示质点绕着向量y的二维动画轨迹

comet(x,y)

显示质点绕着向量y与x的二维动画轨迹

comet(x,y,p)

用输入参数p定义轨迹尾巴线的长度

comet(axes_handle,...)

在句柄值为axes_handle的坐标系中显示动画2023/2/5>>t=linspace(0,10*pi,2000);x=t.*cos(t);y=t.*sin(t);comet(x,y);例2质点绕阿基米德螺线（极坐标方程为）运动的二维彗星运行轨迹动画。2023/2/5

调用格式：

comet3(z)

显示质点绕着向量z的三维动画轨迹

comet3(x,y,z)

显示质点绕着向量x、y与z的三维动画轨迹

comet(x,y,z,p)

用输入参数p定义轨迹尾巴线的长度

comet(axes_handle,...)

在句柄值为axes_handle的坐标系中显示动画2.comet3函数2023/2/5t=linspace(0,10*pi,1000);x=20*sin(t);y=20*cos(t);z=t;comet3(x,y,z)例3质点绕螺旋线运动的三维彗星运行轨迹动画。2023/2/5三、霓虹闪烁动画如今繁华大都市的夜色中，霓虹闪烁，煞是好看，调用MATLAB中的spinmap函数可以做出这种效果的动画，它是通过旋转颜色映像的方式来呈现这种霓虹闪烁的动画效果。2023/2/51.spinmap函数

调用格式：

spinmap，旋转颜色映像约5秒钟；

spinmap(t)，旋转颜色映像约t秒钟，具体时间取决于硬件；

spinmap(t,inc)，旋转颜色映像约t秒钟，并设置增量参数inc，该参数用来调整闪烁频率；

spinmap(‘inf’)，不限时旋转颜色映像，若需终止，请按Ctrl+C键。2023/2/5sphere;axisequal;axisoff;spinmap(20,1);

例4霓虹闪烁的球体。2023/2/5

四、电影动画所谓的电影动画是指先把一帧帧图片保存起来，然后再像放电影一样把它们按次序播放出来。MATLAB中提供了getframe函数和movie函数，用来制作电影动画。其中getframe函数用来抓取图形对象作为电影的帧，movie函数用来播放电影动画。2023/2/51.getframe函数

调用格式：

getframe

返回一个电影帧，它是当前坐标系或图形窗口的快照

F=getframe

抓取当前坐标系作为一帧

F=getframe(h)

抓取句柄值为h的图形对象作为一个电影帧

F=getframe(h,rect)

抓取句柄值为h的图形对象的指定区域作为一个电影帧，rect是形如[左边距，下边距，宽度，高度]的向量，用来设定抓取区域2023/2/52.movie函数

调用格式：

movie(M)

在当前坐标系中只播放一次由矩阵M所保存的电影

movie(M,n)

播放n次，若n为负数，则倒着循环播放，若n为向量，第一个元素为播放次数，后续元素为帧序号

movie(M,n,fps)

每秒播放fps帧，播放n次，默认每秒12帧2023/2/5movie(h,...)

在句柄值为h的图形窗口或坐标系中播放电影

movie(h,M,n,fps,loc)

在句柄值为h的图形窗口或坐标系的指定位置播放电影。M,n,fps的说明同上。loc是4个元素的向量[xy00]，x和y用来设定帧的左下角在图形窗口或坐标系的位置，单位为像素2023/2/5x=linspace(-2,2,100);[X,Y,Z]=meshgrid(x,x,x);V=(X.^2+9/4*Y.^2+Z.^2-1).^3-X.^2.*Z.^3-9/80*Y.^2.*Z.^3;p=patch(isosurface(X,Y,Z,V,0));set(p,'FaceColor','red','EdgeColor','none');view(3);axisequal;axisoff;light('Posi',[0-23]);lightingphongset(gca,'nextplot','replacechildren');XX=get(p,'XData');YY=get(p,'YData');ZZ=get(p,'ZData');forj=1:20bili=sin(pi*j/20);set(p,'XData',bili*XX,'YData',bili*YY,'ZData',bili*ZZ)F(j)=getframe;

endmovie(F,10)

例5一颗跳动的红心。2023/2/5五、录制AVI格式视频动画MATLAB中提供了avifile函数，用来把getframe函数抓取的电影帧录制为AVI格式视频动画。利用MATLAB录制AVI格式视频动画的步骤依次如下：调用avifile函数先创建一个空白的avifile文件。绘制视频的每一个帧所对应的图形。调用getframe函数抓取当前图形窗口或坐标系中的图片。调用addframe函数把抓取的图片添加到avifile文件中。调用close函数关闭avifile文件。2023/2/5六、GIF动画

在浏览网页的时候，我们会看到好多很炫的动画，它们大多都是G