Trong Matlab khi vẽ đồ thị ta có thể khai báo kiểu màu, nét vẽ riêng bằng việc đưa vào plot một đối số thứ ba sau mỗi cặp dữ liệu của mảng. Các đối số tuỳ chọn này là một xâu ký tự, có thể chứa một hoặc nhiều hơn.
Nếu không khai báo màu thì Matlab sẽ chọn màu mặc định là blue. Kiểu đường mặc định là kiểu solid, còn về dấu, nếu không có dấu nào được chọn thì sẽ không có kiểu của dấu nào được vẽ.
Nếu một màu, dấu, và kiểu đường tất cả đều chứa trong một xâu, thì kiểu màu chung cho cả dấu và kiểu nét vẽ. Để khai báo màu khác cho dấu, ta phải vẽ cùng một dữ liệu với các kiểu khai báo chuỗi khác nhau.
Bảng màu, dấu và kiểu nét. Biểu tượng Màu Biểu tượng Dấu Biểu tượng Kiểu nét vẽ
b Xanh da trời . Điểm - Nét liền
g Xanh lá cây 0 Tròn : Đường chấm
r Đỏ x dấu x -. đường gạch
chấm
c Xanh xám + Dấu + -- đường gạch
gạch m Đỏ tím * Dấu * y Vàng s Vuông k Đen d Diamond w Trắng v Triangle(down) ^ Triangle(up) < Triangle(left) > Triangle(Right) p Pentagram h hexagram Ví dụ 1: >> x=linspace(0,2*pi,1000); >> y=sin(x); >> plot(x,y,'g--')
Ví dụ 2: >> x=linspace(0,2*pi,20); >> y=sin(tan(x)); >> plot(x,y,'m--+') 5.3 Kiểu đồ thị
Lệnh colordef cho phép lựa chọn kiểu hiển thị. Giá trị mặc định của
colordef là white. Kiểu này sử dụng trục toạ độ, màu nền, nên hình vẽ màu xám sáng, và tiêu đề của trục màu đen, có thể dùng lệnh colordef black. kiểu này sẽ cho ta nền trục toạ độ đen, nền hình vẽ màu tối xám, tiêu đề trục màu trắng.
5.4 Đồ thị lưới, hộp chứa trục, nhãn và lới chú giải
Lệnh grid on sẽ thêm đường lưới vào đồ thị hiện tại. Lệnh grid off sẽ bỏ các nét này.
Lệnh grid không có tham số đi kèm theo thì sẽ xen kẽ giữa chế độ on
và off. Matlab khởi tạo với grid off. Thông thường trục toạ độ có nét gần kiểu
solid nên gọi là hộp chứa trục. Hộp này có thể tắt đi với box off và box on sẽ khôi phục lại. Trục đứng và trục ngang có thể có nhãn với lệnh xlabel và
ylabel. Lệnh title thêm vào đồ thị tiêu đề ở đỉnh. Ví dụ: Tạo script file: ‘graphexample.m’ clc;
x=linspace(-10,10,50);% Tao mang x y=x.^2+sin(x);% Tao mang y
z=10*x.^2+cos(x);% mang z plot(x,y,'b--',x,z,'m*');% Ve z va y grid on% Tao luoi
xlabel('independent variable x');% Nhan x ylabel('independent variable y and z');% Nhan y
Thêm chuỗi ký tự vào đồ thị tại một vị trí được chọn: text(x,y,’string’)
trong đó x,y là toạ độ tâm bên trái của chuỗi văn bản. Ví dụ:
clc;
x=linspace(-10,10,50);% Tao mang x y=x.^2+sin(x);% Tao mang y
z=10*x.^2+cos(x);% mang z plot(x,y,'b--',x,z,'m');% Ve z va y grid on% Tao luoi
xlabel('independent variable x');% Nhan x ylabel('independent variable y and z');% Nhan y
title('y=x^2+sin(x) and z=10x^2+cos(x)');% Tieu de o dinh text(0,0,'(0,0)');%Toa do (0,0)
text(-6,400,'z=10x^2+cos(x)');%Toa do (-6,400) text(4,-100,'y=x^2+sin(x)');%Toa do (4,-100)
Thêm chuỗi văn bản bằng cách di chuột tới vị trí mong muốn
Lệnh gtext(string)
Ví dụ:
gtext('y=x^2+sin(x)'); gtext('z=10*x^2+cos(x)');
5.5 Kiến trúc hệ trục toạ độ
Matlab cung cấp công cụ để có thể kiểm soát hoàn toàn hình dáng và thang chia của cả hai trục đứng và ngang với lệnh axis. Do lệnh này có nhiều yếu tố, nên ở đây đề cập một số dạng hay dùng. Để biết chi tiết hơn về lệnh axis có thể mở help để xem trợ giúp trực tuyến của Matlab. Các đặc tính cơ bản của lệnh axis được cho trong bảng dưới đây.
Lệnh Mô tả
axis([xmin xmax ymin ymax])
Thiết lập các giá trị min, max của hệ trục dùng các giá trị được đưa ra trong vector hàng.
v=axis v là vector cột có chứa thang chia cho đồ thị hiện tại [xmin xmax ymin ymax]
axis auto Trả lại giá trị mặc định thang chia axis(‘auto’) xmin=min(x), xmax=max(x),…
axis manual Giới hạn thang chia như thang chia hiện tại
axis xy
Sử dụng (mặc định) hệ toạ độ decac trong đó gốc toạ độ ở góc thấp nhất bên trái, trục ngang tăng từ trái qua phải, trục đứng tăng từ dưới lên trên.
axis ij
Sử dụng hệ toạ độ ma trận, trong đó gốc toạ độ ở đỉnh góc trái, trục đứng tăng từ đỉnh xuống, trục ngang tăng từ trái qua phải.
axis square Thiết lập đồ thị hiện tại là hình vuông, so với mặc định hình chữ nhật.
axis equal Thiết lập thang chia giống nhau cho cả hai hệ trục.
axis tightequal Tương tự như equal nhưng hộp đồ thị vừa đủ đối với dữ liệu
axis normal Tắt chế độ axis equal, equal, tight và 3D axis off
Tắt bỏ chế độ nền trục, nhãn, lưới và hộp dấu. Thoát khỏi chế độ lệnh tight và bất cứ lệnh label nào, và thay bởi lệnh text và gtext axis on Ngược lại với lệnh axis off nếu chúng có thể
5.6 In hình
Để in hình vừa vẽ hoặc các hình trong chương trình của Matlab đã dược tạo, ta có thể dùng lệnh từ bảng chọn hoặc đánh lệnh in từ cửa sổ lệnh.
In bằng lệnh từ bảng chọn
Trước tiên chọn cửa sổ hình là cửa sổ hoạt động bằng cách nhấn chuột lên đó, sau đó chọn mục bảng chọn print từ bảng chọn file. Dùng các thông số tạo nên trong mục bảng chọn print Setup, đồ thị hiện tại sẽ được gửi ra máy in.
In bằng lệnh từ cửa sổ lệnh
Chọn cửa sổ hình làm cửa sổ hoạt động bằng cách nhấn chuột lên đó hoặc dùng lệnh figure(n). Sau đó dùng lệnh in print
Lệnh orient thay đổi kiểu in. Kiểu mặc định là kiểu portrait, in theo chiều đứng, ở giữa trang. Kiểu Lanscape là kiểu in ngang. Kiểu in tall là kiểu in đứng nhưng kín toàn bộ trang. Để thay đổi kiểu in khác với kiểu mặc định, ta có thể dùng lệnh orient với các thông số của nó như sau:
>>orient ans= portrait >>orient landscape >> orient tall 5.7 Thao tác với đồ thị Lệnh hold
Thêm nét vẽ vào đồ thị đã có sẵn bằng lệnh hold. Khi thiết lập hold on, Matlab không bỏ đi hệ trục đã tồn tại trong khi lệnh plot mới đang thực hiện, thay vào đó, nó thêm đường cong mới vào hệ trục hiện tại. Tuy nhiên nếu dữ liệu không phù hợp với hệ trục toạ độ cũ, thì trục được chia lại.
Lệnh hold off bỏ đi cửa sổ figure hiện tại và thay vào đó bằng một đồ thị mới. Lệnh hold mà không có đối số sẽ bật tắt chức năng của chế độ thiết lập
hold trước đó. Ví dụ: clc
x=linspace(0,pi,1000);
y=sin(x); plot(x,y); hold on
ishold% Ham tra ve 1 neu hold o trang thai on z=cos(x); plot(x,z,'r --'); hold off ishold axis([0 pi -1 1]); gtext('sinx'); gtext('cosx');
Tạo nhiều cửa sổ figure
Nếu muốn hai hay nhiều đồ thị ở các cửa sổ khác figure nhau, có thể dùng lệnh figure trong cửa sổ lệnh hoặc chọn new figure từ bảng chọn file,
figure không có tham số sẽ tạo một figure mới. Ta có thể chọn kiểu figure
bằng cách dùng chuột hoặc dùng lệnh. figure(n) trong đó n là số cửa sổ hoạt động.
Lệnh subplot
Một cửa sổ figure có thể có nhiều hơn một hệ trục toạ độ. Lệnh
thị, và chọn p là cửa sổ hoạt động. Các đồ thị thành phần được đánh số từ trái qua phải, từ trên xuống dưới, sau đó đến hàng thứ hai,…
Ví dụ: x=linspace(0,2*pi,30); y=sin(x); subplot(1,2,1); plot(x,y); axis([0 2*pi -1 1]); title('sinx'); z=cos(x); subplot(1,2,2); plot(x,z); axis([0 2*pi -1 1]); title('cosx');
CHƯƠNG 6
ĐỒ HOẠ TRONG KHÔNG GIAN BA CHIỀU
Matlab cung cấp một số hàm để hiển thị dữ liệu ba chiều như các hàm vẽ đường thẳng trong không gian ba chiều, các hàm vẽ bề mặt và khung dây, màu có thể được sử dụng thay thế cho chiều thứ tự.
6.1 Đồ thị đường thẳng
Lệnh plot từ trong không gian hai chiều có thể mở rộng cho không gian ba chiều bằng lệnh plot3. Khuôn dạng của plot3 như sau:
plot3(X1,Y1,Z1,S1,X2,Y2,Z2,S2,...)
Trong đó Xn, Yn, Zn là các vector hoặc ma trận, Sn là xâu ký tự tuỳ chọn dùng cho việc khai báo màu, tạo biểu tượng hoặc kiểu đường.
Ví dụ: clc
t = 0:pi/50:10*pi; x1=sin(t);y1=cos(t);z1=t; x2=cos(t);y2=sin(t);z2=2*t; plot3(x1,y1,z1,'r--*',x2,y2,z2,'bo'); grid on box on title('Vi du plot3'); xlabel('sint');ylabel('cost');zlabel('t'); axis square
Đối với đồ thị trong không gian ba chiều khi muốn đặt một xâu ký tự vào một vị trí bất kỳ ta có thể dùng hàm text, hàm text cũng có khuôn mẫu như sau: text(x,y,z,string)
6.2 Đồ thị bề mặt và lưới
Matlab định nghĩa bề mặt lưới bằng các điểm theo hướng trục z ở trên đường kẻ ô hình vuông trên mặt phẳng x-y. Nó tạo nên mẫu một đồ thị bằng cách ghép các điểm gần kề với các đường thẳng. Kết quả là nó trông như một
mạng lưới đánh cá với các mắt lưới là các điểm dữ liệu. Đồ thị lưới này thường được sử dụng để quan sát những ma trận lớn hoặc vẽ những hàm có hai biến.
Hàm meshgrid và hàm mesh
Bước đầu tiên là đưa ra đồ thị lưới của hàm hai biến z=f(X,Y), tương ứng với ma trận X và Y chứa các hàng và các cột lặp đi lặp lại, Matlab cung cấp hàm meshgrid cho mục đích này.
[X,Y]=meshgrid(x,y), tạo một ma trận X, mà các hàng của nó là bản sao của vector x, và ma trận Y có các cột của nó là bản sao của vector y. Cặp ma trận này sau đó được sử dụng để ước lượng hàm hai biến sử dụng đặc tính toán học về mảng của Matlab.
Ví dụ: clc
x = 0:1:10; y=2*x;
[X,Y]=meshgrid(x,y)
[X,Y] là một cặp của ma trận tương ứng một lưới chữ nhật trong mặt phẳng x- y. Mọi hàm z=f(x,y) có thể sử dụng tính chất này.
Ví dụ: clc x = 0:pi/50:10*pi; y=x; [X,Y]=meshgrid(x,y); R=sqrt(X.^2+Y.^2)+eps; Z=sin(R)./R; mesh(X,Y,Z); box on
Ma trận R chứa bán kính của mỗi điểm trong [X,Y], nó là khoảng cách từ mỗi điểm đến tâm ma trận, cộng thêm eps để không xảy ra phép chia cho không. Ma trận Z chứa sine của bán kính mỗi điểm trong sơ đồ. Câu lệnh mesh(X,Y,Z) vẽ đồ thị lưới.
Để thay đổi màu sắc với sự trợ giúp của Matlab có thể tham khảo colormaps…
Trong ví dụ này hàm mesh sắp xếp giá trị của các phần tử của ma trận vào các điểm (Xi, Yi, Zi) trong không gian ba chiều. Hàm mesh cũng có thể vẽ một ma trận đơn tương tự như với một đối số; mesh(Z), sử dụng các điểm (i,j,Zj). Như vậy Z được vẽ ngược lại với các chỉ số của nó, trong trường hợp này mesh(Z) chỉ đơn giản chia lại độ khác của các trục x, y theo các chỉ số của ma trận Z.
Hàm surf
Đồ thị bề mặt của cùng một ma trận Z trông như đồ thị lưới trước đó, ngoại trừ khoảng cách giữa hai đường thẳng là khác nhau. Đồ thị loại này dùng hàm surf với đối số như hàm mesh.
Ví dụ: clc x = 0:pi/10:10*pi; y=x; [X,Y]=meshgrid(x,y); R=sqrt(X.^2+Y.^2)+eps; Z=sin(R)./R; surf(X,Y,Z); box on
6.3 Thao tác với đồ thị
Matlab cho phép khai báo góc để từ đó quan sát được đồ thị trong không gian ba chiều.
Hàm view
view(azimuth, elevation) thiết lập góc xem bằng việc khai báo azimuth
và elevation. ‘elevation’ mô tả vị trí người quan sát, được xem như là góc đo bằng độ trên hệ trục x-y. ‘azimuth’ mô tả góc trong hệ trục nơi người quan sát đứng.
Azimuth được đo bằng độ từ phần âm trục y. Phía âm trục y có thể quay theo chiều kim đồng hồ một góc -37.5 độ từ phía người quan sát.
Elevation là góc mà tại đó mắt ta thấy được mặt phẳng x-y.
Sử dụng hàm view cho phép quan sát hình vẽ từ các góc độ khác nhau. Ví dụ nếu elevation thiết lập âm, thì view sẽ nhìn hình từ phía dưới lên. Nếu
azimuth thiết lập dương, thì hình sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ từ điểm nhìn mặc định. Thậm chí ta có thể nhìn trực tiếp từ trên bằng cách thiết lập
view(0,90). Thực ra thì đây là điểm nhìn mặc định hai chiều, trong đó x tăng từ trái qua phải, và y tăng từ trên xuống dưới, khuôn dạng view(2) hoàn toàn
giống như mặc định của view(0,90), và view(3) thiết lập mặc định trong không gian ba chiều.
Lệnh view có một dạng khác mà rất tiện ích khi sử dụng là view([X Y Z]) cho phép quan sát trên một vector chứa hệ trục toạ độ decac trong không gian ba chiều. Khoảng cách từ vị trí quan sát đến gốc toạ độ không bị ảnh hưởng. Ví dụ: view([0 10 0]), view([0 -1 0]), và view(0,0) cho kết quả như nhau: clc [X,Y] = meshgrid(-3:.125:3); Z = peaks(X,Y); meshc(X,Y,Z); axis([-3 3 -3 3 -10 5]) box on view(-105,25); [az,el]=view Kết quả:
Có thể lấy lại các thông số azimuth và elevation mà ta quan tâm bằng lệnh [az,el]=view.
Ví dụ:
Lệnh rotate3d
Một công cụ hữu ích khác là quan sát đồ thị không gian ba chiều bởi hàm rotate3d. Các thông số azimuth và elevation có thể được tác động bởi chuột. rotate3d on cho phép chuột can thiệp. rotate3d off không cho phép.
Lệnh hidden
Lệnh dấu các nét khuất. Khi vẽ đồ thị, thì một số phần của nó bị che khuất bởi các phần khác, khi đó nếu dùng lệnh này thì các nét khuất sẽ bị dấu đi, ta chỉ có thể nhìn thấy phần nào nằm trong tầm nhìn. Nếu chuyển đến
hidden off ta có thể nhìn thấy phần khuất đó qua mạng lưới. Ví dụ: clc [X,Y] = meshgrid(-3:.125:3); Z = peaks(X,Y); meshc(X,Y,Z); axis([-3 3 -3 3 -10 5]) box on view(-105,25); hidden off
6.4 Các đặc điểm khác của đồ thị trong không gian ba chiều
* Hàm ribbon(x,y) tương tự như plot(x,y) ngoại trừ cột của y được vẽ như là một dải riêng biệt trong không gian ba chiều.
* Hàm clabel tăng thêm độ cao cho đồ thị đường viền, có ba mẫu clabel(cs),
clabel(cs,V) và clabel(cs,’manual’). clabel(cs), trong đó cs là cấu trúc đường viền được trả về từ lệnh contour, cs=contuor(z) lấy nhãn tất cả các đồ thị đường viền với độ cao của nó. Vị trí của nhãn được lấy ngẫu nhiên.
clabel(c,’manual’) định vị nhãn đường viền ở vị trí kích chuột tương tự như lệnh ginput đã nói ở trên. Nhấn phím return kết thúc việc tạo nhãn này.
* Hàm contourf sẽ vẽ một đồ thị đường viền kín, không gian giữa đường viền được lấp đầy bằng màu.
* Hai mẫu trạng thái của lệnh mesh dùng với đồ thị lưới là: meshc vẽ đồ thị lưới và thêm đường viền bên dưới, meshz vẽ đồ thị lưới và đồ thị có dạng như màn che.
* Hàm waterfall được xem như mesh ngoại trừ một điều là hàm mesh chỉ xuất hiện ở hướng x.
* fill3 phiên bản ba chiều của fill, vẽ một đa giác đều trong không gian ba chiều. Khuôn dạng tổng quát của nó là fill3(x,y,z,c), trong đó chiều đứng của đa giác được chỉ bởi ba thành phần x,y,z. Nếu c là một ký tự, đa giác sẽ được lấp đầy màu như ở bảng màu. c cũng có thể là một vector hàng có ba thành phần ([r g b]) trong đó r, g, b là các giá trị giữa 0 và 1 thay cho các màu đỏ, xanh lá cây và xanh da trời. Nếu c là một vector hoặc ma trận, nó được sử dụng như một chỉ số chỉ ra sơ đồ màu. Nhiều đa giác có thể được tạo ra bằng cách cho thêm nhiều đối số như fill3(x1,y1,z1,c1,x2,y2,z2,c2,…).
Ví dụ:
Lệnh rand(m,n) tạo một ma trận ngẫu nhiên m hàng n cột bao gồm các phần tử ngẫu nhiên thuộc đoạn [0,1]
6.5 Bảng màu
Matlab định nghĩa biểu đồ màu như là một ma trận có ba cột. Mỗi hàng của ma trận định nghĩa một màu riêng biệt sử dụng các số trong dải 0 và 1. Những số này chỉ ra các giá trị RGB, độ nhạy của các màu thành phần đỏ, xanh lá cây, và xanh da trời trong một màu do các thành phần đó tạo ra. Một số mẫu cơ bản được cho trong bảng dưới đây:
Đỏ Xanh lá cây Xanh da trời Màu
0 0 0 Đen 1 1 1 Trắng 1 0 0 Đỏ 0 1 0 Xanh lá cây 0 0 1 Xanh da trời 1 1 0 Vàng 1 0 1 Tím đỏ 0 1 1 Lam xám -5 -5 -5 Xám trung bình -5 0 0 Đỏ tối 1 -62 -40 Đỏ hồng -49 1 -83 Ngọc xanh biển