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摘 要

关键词：Matlab，正弦信号，等值线图，云模型

Abstract：In this paper, we introduced the graphics rendering function of Matlab and the method of rendering the basic graphics elements.We introduced the application of rendering the sinusoidal signal,rendering contour maps and rendering cloud model in professional field which is combined with these specific cases.

Keywords：Matlab, sinusoidal signal, contour maps, cloud model

目 录

1 引言 …………………………………………………………………………3

2 Matlab 绘图功能……………………………………………………………3

3 绘制图形基本元素 …………………………………………………………4

3.1 绘制点 ……………………………………………………………………4

3.2 绘制线 ……………………………………………………………………5

3.3 绘制面 ……………………………………………………………………7

4 利用Matlab绘制专业图形…………………………………………………9

4.1 绘制正弦信号……………………………………………………………10

4.2 生成等值线图……………………………………………………………12

4.3 模拟云模型………………………………………………………………15

5 结论…………………………………………………………………………17

参考文献………………………………………………………………………18

致谢……………………………………………………………………………19

1 引言

在当今社会的诸多领域中,对于数据、信息的计算等处理已经成为每个领域中不可忽视的部分,工程数学、土木工程、金融系统等方面,都需要处理相对庞大的数值计算.而由美国MathWorks公司设计研发的商业数学软件Matlab,则可以使数值分析、科学数据可视化、非线性动态系统的建模仿真等诸多强大的功能集合在一个易于使用的视窗环境之中,同时很大程度上补足了传统非交互式程序设计语言（例如C、Fortran）的编辑模式的不足^[1].由于Malab其功能强大、数量庞大的可靠稳定的算法库、其源程序的开放性、简洁明了的编程语言,已使得其成为科研和众多领域里使用的一个数学工具上的标准^[2].

Matlab具有语言紧凑,使用方便灵活,优秀的绘图功能,覆盖广泛的工具箱,易于扩展的开放性,可以和其他语言较好地对接等优点^[3].

而Matlab简单易用而强大的图形功能,则是Fortran与C语言中所不具备的.在Matleb中,数据的可视化相当简单,同时具有比较强的编辑图形界面能力.Matlab甚至具有三维图形的绘制功能,配合其二维图形的绘制功能,可以将各种科学运算的结果可视化,在图形处理方面十分方便高效.

数值计算的可视化,可以使得原本不直观的数据,通过直观的图形来表示,更方便各个方面的对比,从而更加方便地发现数据之间的内在关系.

而这些优势,使得Matlab在数字图像处理,图形绘制等方面具有十分广泛的应用.

本文将阐述Matlab在图形绘制中的应用,综述其绘图功能,介绍其如何绘制图形基本元素.最后结合绘制专业图形实例,分析比较,最终得出结论.

2 Matlab绘图功能

Matlab是基于向量（数组）的高级程序语言,所以从本质上Matlab就体现出对图像的支持.数字图像实际上是一组有序离散的数据,通过Matlab,则可以对这些数据所形成的矩阵进行处理.而更高要求的二维以及三维的可视化^[4]、表达式作图、图像处理等,也可以通过Matlab来较为轻松的实现.而Matlab的不断更新,也进一步增强了这方面的功能,说明Matlab开发者已将图形绘制列入之后版本更新的核心.

绘制图形是Matlab中十分常用的功能之一.例如使用surf 指令,就可以绘制由X、Y、Z指定的有色参数化曲面,也就是三维有色图.（mesh（）也可以实现,用于绘制相对粗糙的三维曲面网格图,同一层面的线条用相同的颜色表示.surf（）用于绘制相对光滑的三维曲面网格图.各线条之间的补面用颜色填充.）Matlab可以非常简单地实现直方图、散点图、连续函数、切片图等图形的绘制^[5].

Matlab可以在绘图的同时进行标注（title、x/ylabel、text）,以求更直观的感受数据的可视化信息,更有利于科学的分析和对比.

Matlab对图像的处理功能主要体现在其图像处理工具箱中^[6],而Matlab的图形绘制则是通过调用开发者（或者自己编写程序）的函数来实现.对于大部分已经有对应调用的一般函数,可以非常方便地得到其可视化的图形.而比较复杂的曲线,无对应函数的绘图,则可以通过编写采集数据的程序来实现.

由于本文主要阐述Matlab在图形绘制中的应用,图像处理不属于图形绘制的范畴^[7],故不会在图像处理方面进行介绍,感兴趣者可以自行对这方面进行相关查阅.

本文中将会使用Matlab 2016a版本来进行演示,该版本也是现在较新版本的Matlab.

3 绘制图形基本元素

不论是在传统绘画中,还是现在高新技术革新下的计算机绘图,一张图画都是由少量或者大量的点、线、面构成.例如当我们绘制一张工程图时,会需要两个点来确定一条直线的长短,使其变为线段,也会在一块区域上涂上颜色,而这块区域则是面,区域的大小则是面积.而计算机图形学中也是如此.这三个元素几乎是生成其他复杂图形、精密模型的基础.所以,首先了解如何绘制图形的基本元素,可以更直观地帮助我们认识Matlab在图形绘制中的一些功能,也可以了解Matlab在绘图上与一些其他绘图软件的差异.

3.1 绘制点

可以通过调用scatter函数来实现点的绘制.

描点函数：scatter(X,Y,S,ColorSpec),该函数可以实现以X的值作为横坐标,Y的值作为纵坐标来描绘散点图,点的大小由S调控,点的颜色由ColorSpec调控.

同时亦可绘制三维空间下的点,只需在scatter后添加3以说明,并增加一个Z的值作为深度坐标.

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