7. CHƯƠNG VII: ĐỒTHỊ KHÔNG GIAN
7.1. Các dạng cơbả n
Các dạng cơbản
MatLab hỗtrợnhiều phương pháp biểu diễn sốliệu; trong tài liệu này ta làm quen với một sốloại cơbản,đó là:
Mảng màu (color patch)
Đườngđồng mức (contour)
Bềmặt 3 chiều (surface)
Hãy bắt đầu với một ví dụđơn giản là mô phỏng địa hình đáy biển của một khu vực giảtưởng được cho trong ma trận z. Đáy biển này có dạng tương tựnhưmặt cắt ngang cân bằng (Dean) theo phương trình:
z= - 0.1 y2/3
Với trục x dọc theo bãi biển và trụcy hướng ra khơi. Ta xét lưới tọa độtrên mặt bằng, các điểm nút lưới có phạm vi 0 < x < 200, 0 < y < 200. Khoảng cách giữa cácđiểm nút lưới theo phương xlàΔx = 10, theo phươngy làΔy= 4. Nghĩa là tọa độcủa tất cảcác điểm nút lưới có dạng:
⋮xi, yi⋮=[⋮0,0⋮ ⋮10,0⋮ ⋮ ⋮200,0⋮ ⋮0,4⋮ ⋮10,4⋮ ⋮ ⋮200,4⋮
⋮ ⋮ ⋮
⋮0,200⋮ ⋮10,200⋮⋮ ⋮200,200⋮] Lệnh meshgrid sẽgiúp ta làm điềuđó: [x, y] = meshgrid(0:10:200, 0:4:200);
(Một lần nữa cần chú ý dấu ;ởcuối câu lệnh, nếu không rất nhiều con sốsẽđược in ra màn hình!)
Lệnh meshgrid lấy hai thông số: thông sốvec-tơthứnhất là các tọa độtrên trụcx, thông sốvec-tơthứhai là các tọa độtrên trục y. Kết quảtađược một ma trận các
điểm trên một vùng hình chữnhật (51 × 21) có các tọa độtương ứng dựng từcác vec-tơtrên6. Sau đó mảng z sẽđược tính từmảng y theo công thức Dean:
z = -0.1 * y .^ (2/3);
Trongđó cần chú ý phép tính lũy thừa cho từng phần tử.
Câu lệnhđơn giản nhấtđểhiển thịmảng màu biểu thịzlà:
pcolor(x, y, z)
Bảng màu mặcđịnhđược dùng có tên là jet.7 Ta có thểthay bảng màu này bằng một sốbảng màu khác, chẳng hạn:
colormap(gray); pcolor(x, y, z);
Cần hiện tên các trục x và y theo cách tương tựnhưta đã làm với biểu đồdạng đường:
xlabel('x(m)'); ylabel('y(m)');
Có thểhiển thịthanh chú thích bên cạnh bảng màu bằng lệnh:
colorbar
Viết thêm dòng chữz(m) bên cạnh thanh chỉdẫn màu này bằng cách Insert – Text Box. Xóa bỏđường bao của hình chữnhật bằng cách nháy phải chuột –Line Style – None.
Chú ý rằng khi hiện các bản đồđịa hình / bản vẽmặt bằng, trong hầu hết các trường hợp ta muốnđặt những tỷlệbằng nhau trên hai trụcxvà y. Khiđó ta dùng lệnh:
axis equal;
6 x và yđều là ma trận 2 chiều. Do cácđiểm trên lưới xếp theo hàng nên ta nhận thấy các phần tửgiống nhau trên mỗi cột của x (cácđiểm có cùng tọađộx); và tương tựđối với y.
x=[0 10 ⋮ 200 0 10 ⋮ 200 ⋮ ⋮ ⋮ 0 10 ⋮ 200] và y=[ 0 0 ⋮ 0 4 4 ⋮ 4 ⋮ ⋮ ⋮ 200 200 ⋮ 200]
7 Bảng màujetmặc dù rực rỡnhưng không hiệu quảkhi in trắngđen, thay vàođó nên dùng bảng màu
Hình 11: Bảng màu biểu thịđịa hìnhđáy biển với mặt cắt ngang cân bằng theo Dean
Tiếp theo ta có khung củađồthịlại cho vừa với bảng màu8: axis tight;
Bên cạnh cách dùng biểu đồmảng màu, còn có thểbiểu thịdưới dạng đường đồng mức. Cách này thường được dùng với các bản in lên giấy:
[C,h] = contour(x,y,z);9
Các đường đồng mức của đáy biển đã xuất hiện song song với trục x, nhưng cần phải có giá trịsốtrênđườngđồng mức:
clabel(C,h);
Và cũng nhưđối với mảng màu, ta có thểcăn chỉnh các trục một cách hợp lý:
axis equal tight;
xlabel('x(m)'); ylabel('y(m)');
Ta cũng có thểbiểu diễn địa hình dưới dạng không gian (3 chiều) sửdụng lệnh surf hoặc mesh:
figure; surf(x, y, z); figure; mesh(x, y, z);
Sau đó hãy sửdụng công cụxoay hình bằng cách ấn nút Rotate 3D trên thanh công cụ( ).
8 Hai lệnh trên có thểđược gộp lại thành một lệnhaxis equal tight
9 Cách viết này có vẻkhác với câu lệnh thông thường, tuy nhiên theo MatLab, các lệnh vẽđều có thểviết dưới dạng hàm. Chẳng hạn, hãy gõ thửlệnhzzz = plot(t, z). Mặt khác, có gì khác nếu ta gõ lệnh clabel(contour(x,y,z));? -3 -3 -3 -2.5 -2.5 -2.5 -2 -2 -2 -1 .5 -1.5 -1.5 -1 -1 -1 -0.5 -0.5 -0.5 0 0 0 0 x (m) y (m ) 0 50 100 150 200 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Hình 12:Đườngđồng mức biểu diễnđịa hìnhđáy biển với mặt cắt theo Dean