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）看做一个独立嘚对象，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

本章介绍绘制二维和三维图形的高层繪图函数以及其他图形控制函数的使用方法，在此基础上再介绍可以操作和控制各种图形对象的低层绘图操作。

二维图形是将平面坐标仩的数据点连接起来的平面图形可以采用不同的坐标系，如直角坐标、对数坐标、极坐标等二维图形的绘制是其他绘图操作的基础。

┅．绘制二维曲线的基本函数

在Matlab中最基本而且应用最为广泛的绘图函数为plot，利用它可以在二维平面上绘制出不同的曲线

1． plot函数的基本鼡法

plot函数用于绘制二维平面上的线性坐标曲线图，要提供一组x坐标和对应的y坐标可以绘制分别以x和y为横、纵坐标的二维曲线。plot函数的应鼡格式

plot(x,y) 其中x,y为长度相同的向量存储x坐标和y坐标。

程序如下：在命令窗口中输入以下命令 

程序执行后打开一个图形窗口，在其中绘制出洳下曲线

注意：指数函数和正弦函数之间要用点乘运算因为二者是向量。

这是以参数形式给出的曲线方程只要给定参数向量，再分别求出x,y向量即可输出曲线：

程序执行后打开一个图形窗口，在其中绘制出如下曲线

以上提到plot函数的自变量x,y为长度相同的向量这是最常见、最基本的用法。实际应用中还有一些变化分别说明：

2． 含多个输入参数的plot函数

plot函数可以包含若干组向量对，每一组可以绘制出一条曲線含多个输入参数的plot函数调用格式为：plot(x1，y1x2，y2…，xnyn)

如下列命令可以在同一坐标中画出3条曲线。

当输入参数有矩阵形式时配对的x,y按對应的列元素为横坐标和纵坐标绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数

x,y都是含有三列的矩阵，它们组成输入参数对绘制三条曲线；x和cos(x)又組成一对，绘制一条余弦曲线

利用plot函数可以直接将矩阵的数据绘制在图形窗体中，此时plot函数将矩阵的每一列数据作为一条曲线绘制在窗體中如

3． 含选项的plot函数

Matlab提供了一些绘图选项，用于确定所绘曲线的线型、颜色和数据点标记符号这些选项如表所示：

例 用不同的线型囷颜色在同一坐标内绘制曲线 及其包络线。

在该plot函数中包含了3组绘图参数第一组用黑色虚线画出两条包络线，第二组用蓝色双划线画出曲线y第三组用红色五角星离散标出数据点。

在Matlab中如果需要绘制出具有不同纵坐标标度的两个图形，可以使用plotyy函数它能把具有不同量綱，不同数量级的两个函数绘制在同一个坐标中有利于图形数据的对比分析。使用格式为：plotyy(x1,y1,x2,y2)

x1,y1对应一条曲线x2,y2对应另一条曲线。横坐标的標度相同纵坐标有两个，左边的对应x1,y1数据对右边的对应x2,y2。

二．绘制图形的辅助操作

绘制完图形以后可能还需要对图形进行一些辅助操作，以使图形意义更加明确可读性更强。

在绘制图形时可以对图形加上一些说明，如图形的名称、坐标轴说明以及图形某一部分的含义等这些操作称为添加图形标注。有关图形标注函数的调用格式为：

title（’图形名称’） （都放在单引号内）

text（xy，’图形说明’）

其Φtitle、xlabel和ylabel函数分别用于说明图形和坐标轴的名称。text函数是在坐标点（xy）处添加图形说明。（P88 或用gtext命令）legend函数用于绘制曲线所用线型、顏色或数据点标记图例，图例放置在空白处用户还可以通过鼠标移动图例，将其放到所希望的位置除legend函数外，其他函数同样适用于三維图形在三维中z坐标轴说明用zlabel函数。

上述函数中的说明文字除了使用标准的ASCII字符外，还可以使用LaTex（一种流行的数学排版软件）格式的控制字符这样就可以在图形上添加希腊字符，数学符号和公式等内容在Matlab支持的LaTex字符串中，用/bf , /it , /rm控制字符分别定义黑体、斜体和正体字符受LaTex字符串控制部分要加大括号{}括起来。例如text(0.3，0.5’the usful {/bf

在绘制图形时，Matlab可以自动根据要绘制曲线数据的范围选择合适的坐标刻度使得曲線能够尽可能清晰的显示出来。所以一般情况下用户不必选择坐标轴的刻度范围。但是如果用户对坐标不满意，可以利用axis函数对其重噺设定其调用格式为

如果只给出前四个参数，则按照给出的x、y轴的最小值和最大值选择坐标系范围绘制出合适的二维曲线。如果给出叻全部参数则绘制出三维图形。

axis函数的功能丰富其常用的用法有：

axis equal ：纵横坐标轴采用等长刻度

axis square：产生正方形坐标系（默认为矩形）

还囿：给坐标加网格线可以用grid命令来控制，grid on/off命令控制画还是不画网格线不带参数的grid命令在两种之间进行切换。

给坐标加边框用box命令控制囷grid一样用法

例 ：绘制分段函数，并添加图形标注（略）

一般情况下，每执行一次绘图命令就刷新一次当前图形窗口，图形窗口原有图形将不复存在如果希望在已经存在的图形上再继续添加新的图形，可以使用图形保持命令holdhold on/off 命令是保持原有图形还是刷新原有图形，不帶参数的hold命令在两者之间进行切换

在实际应用中，经常需要在一个图形窗口中绘制若干个独立的图形这就需要对图形窗口进行分割。汾割后的图形窗口由若干个绘图区组成每一个绘图区可以建立独立的坐标系并绘制图形。同一图形窗口下的不同图形称为子图Matlab提供了subplot函数用来将当前窗口分割成若干个绘图区，每个区域代表一个独立的子图也是一个独立的坐标系，可以通过subplot函数激活某一区该区为活動区，所发出的绘图命令都是作用于该活动区域调用格式：

该函数把当前窗口分成m×n个绘图区，m行每行n个绘图区，区号按行优先编号其中第p个区为当前活动区。每一个绘图区允许以不同的坐标系单独绘制图形

三．绘制二维图形的其他函数

1． 其他形式的线性直角坐标圖

在线性直角坐标中，其他形式的图形有条形图、阶梯图、杆图和填充图等所采用的函数分别为：

前三个函数和plot的用法相似，只是没有哆输入变量形式fill函数按向量元素下标渐增次序依次用怎样消除origin直线锯齿状段连接x，y对应元素定义的数据点

例5-8：分别以条形图、填充图、阶梯图和杆图形式绘制曲线

polar函数用来绘制极坐标图，调用格式为：

其中theta为极坐标极角，rho为极径选项的内容和plot函数相似。

例5-9：绘制 的極坐标图

在实际应用中经常用到对数坐标，Matlab提供了绘制对数和半对数坐标曲线的函数其调用格式为：

这些函数中选项的定义和plot函数完铨一样，所不同的是坐标轴的选取semilogx函数使用半对数坐标，x轴为常用对数刻度而y轴仍保持线性刻度。semilogy恰好和semilogx相反loglog函数使用全对数坐标，x、y轴均采用对数刻度

4． 对函数自适应采样的绘图函数

5． 其他形式的二维图形

一．绘制三维曲线的基本函数

最基本的三维图形函数为plot3，咜将二维绘图函数plot的有关功能扩展到三维空间可以用来绘制三维曲线。其调用格式为：

其中每一组xy，z组成一组曲线的坐标参数选项嘚定义和plot的选项一样。当xy，z是同维向量时则x，yz对应元素构成一条三维曲线。当xy，z是同维矩阵时则以x，yz对应列元素绘制三维曲線，曲线条数等于矩阵的列数

例513 绘制空间曲线

该曲线对应的参数方程为

1．平面网格坐标矩阵的生成

当绘制z=f(x,y)所代表的三维曲面图时，先要茬xy平面选定一矩形区域假定矩形区域为D＝[a,b]×[c,d]，然后将[a,b]在x方向分成m份将[c,d]在y方向分成n份，由各划分点做平行轴的怎样消除origin直线锯齿状把區域D分成m×n个小矩形。生成代表每一个小矩形顶点坐标的平面网格坐标矩阵最后利用有关函数绘图。

产生平面区域内的网格坐标矩阵有兩种方法：

经过上述语句执行后矩阵X的每一行都是向量x，行数等于向量y的元素个数矩阵Y的每一列都是向量y，列数等于向量x的元素个数

语句执行后，所得到的网格坐标矩阵和上法相同，当x=y时可以写成meshgrid(x)

2．绘制三维曲面的函数

Matlab提供了mesh函数和surf函数来绘制三维曲面图。mesh函数鼡来绘制三维网格图而surf用来绘制三维曲面图，各线条之间的补面用颜色填充其调用格式为：

一般情况下，xy，z是维数相同的矩阵x，y昰网格坐标矩阵z是网格点上的高度矩阵，c用于指定在不同高度下的颜色范围c省略时，Matlab认为c=z也即颜色的设定是正比于图形的高度的。這样就可以得到层次分明的三维图形当x，y省略时把z矩阵的列下标当作x轴的坐标，把z矩阵的行下标当作y轴的坐标然后绘制三维图形。當xy是向量时，要求x的长度必须等于z矩阵的列y的长度必须等于必须等于z的行，xy向量元素的组合构成网格点的x，y坐标z坐标则取自z矩阵，然后绘制三维曲线

例515 用三维曲面图表现函数 ：

为了便于分析三维曲面的各种特征，下面画出3种不同形式的曲面

程序执行结果分别如仩图所示。从图中可以发现网格图（mesh）中线条有颜色，线条间补面无颜色曲面图（surf）的线条都是黑色的，线条间补面有颜色进一步觀察，曲面图补面颜色和网格图线条颜色都是沿z轴变化的用plot3 绘制的三维曲面实际上由三维曲线组合而成。可以分析plot（x’y’，z’）所绘淛的曲面的特征

例516 绘制两个直径相等的圆管相交的图形。

例517 分析由函数 构成的曲面形状与平面z=a的交线

此外，还有两个和mesh函数相似的函數即带等高线的三维网格曲面函数meshc和带底座的三维网格曲面函数meshz，其用法和mesh类似不同的是，meshc还在xy平面上绘制曲面在z轴方向的等高线meshz還在xy平面上绘制曲面的底座。

surf函数也有两个类似的函数即具有等高线的曲面函数surfc和具有光照效果的曲面函数surfl。

Matlab提供了一些函数用于绘制標准三维曲面这些函数可以产生相应的绘图数据，常用于三维图形的演示如，sphere函数和cylinder函数分别用于绘制三维球面和柱面sphere函数的调用格式为：

该函数将产生（n+1）×（n+1矩阵x，yz 。采用这三个矩阵可以绘制出圆心位于原点、半径为1的单位球体若在调用该函数时不带输出参數，则直接绘制所需球面n决定了球面的圆滑程度，其默认值为20若n值取的比较小，则绘制出多面体的表面图

cylinder函数的调用格式为：

其中R昰一个向量，存放柱面各个等间隔高度上的半径n表示在圆柱圆周上有n个间隔点，默认有20个间隔点如：cylinder（3）生成一个圆柱，cylinder（[101]）生成┅个圆锥。而t=0:pi/100:4*pi; R=sin(t); cylinder(R,30);生成一个正弦圆柱面

另外Matlab还提供了一个peaks函数，称为多峰函数常用于三维曲面的演示。该函数可以用来生成绘图数据矩阵矩阵元素由函数：

在矩形区域[－3 3]×[－3 3]的等分网格点上的函数值确定。如：z=peaks（30）

将生成一个30×30矩阵

例519 绘制标准三维曲面图形

在介绍二维圖形时，曾经提到条形图、杆图、饼图和填充图等特殊图形它们还可以以三维形式出现，其函数分别为bar3stem3，pie3和fill3

bar3绘制三维条形图，常用格式为：

在第一种格式中y的每个元素对应于一个条形。第二种格式在x指定的位置上绘制y中元素的条形图

stem3函数绘制离散序列数据的三维杆图，常用格式为：

第一种格式将数据序列z表示为从xy平面向上延伸的杆图x和y自动生成。第二种格式在x和y指定的位置上绘制数据序列z的杆圖x，yz的维数要相同。

pie3函数绘制三维饼图常用格式为：

x为向量，用x中的数据绘制一个三维饼图

fill3函数可在三维空间内绘制出填充过的哆边形，常用格式为：

用xy，z做多边形的顶点而c指定了填充的颜色。

例520 绘制三维图形

除了上面讨论的三维图形外，常用的图形还有瀑咘图和三维曲面的等高线图绘制瀑布图用waterfall函数，用法和meshz函数相似只是它的网格线在x轴方向出现，具有瀑布效果等高线图分二维和三維两种形式，分别使用函数contour和contour3绘制

例521 绘制多峰函数的瀑布图和等高线图。

三．三维图形的精细处理

在日常生活中从不同的角度观察物體，所看到的物体形状是不一样的同样，从不同视点绘制的三维图形的形状也是不一样的视点位置可由方位角和仰角表示。

Matlab提供了设置视点的函数view其调用格式为：

其中az为方位角，el为仰角它们均以度为单位。系统默认的视点定义为方位角为-37.5度仰角30度。

例522 从不同视点繪制多峰函数曲面

Matlab定义的NaN常数可以用于表示那些不可使用的数据，利用这些特性可以将图形中需要裁剪部分对应的函数值设置成NaN，这樣在绘制图形时函数值为NaN的部分将不显示出来，从而达到对图形进行裁剪的目的例如，要削掉正弦波顶部或底部大于0.5的部分可使用丅面的程序。

例524 绘制两个球面其中一个在另一个里面，将外面的球裁掉一部分以便能看到里面的球。

色图中使用三种颜色外面的球昰绿色，里面的球采用深浅不同的两种红色

如果给定了函数的显式表达式，可以先设置自变量向量然后根据表达式计算函数向量，从洏用plot等函数绘制出图形但是当函数采用隐函数形式时，如： 则很难利用上述方法绘制图形。Matlab提供了一个ezplot函数绘制隐函数图形用法如丅：

例525 隐函数绘图举例。

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不像是矢量图感觉是铅笔画的，不直并且箭头像很像是铅笔画的如果是矢量图的画对齐是笔直的，矢量图线条是不受分辨率影响的所以出现锯齿的情况和打印机的設置纸张有关系。