MATLAB动画绘制

Matlab动画制作

Matlab的动画制作：

质点动画：最简单的动画产生方式，产生一个顺着曲线轨迹运动的质点来操作。

电影动画：首先保存一系列的图形，然后按照一定的顺序像电影一样的播放。

程序动画：在图形窗口中按照一定的算法连续擦除和重绘图形对象。

质点动画

使用comet、comet3函数来产生质点动画，其步骤如下：

step1：求解出质点完整的运动轨迹坐标x，y和z。

step2：使用comet或者comet3直接绘制动点。

函数comet和comet3调用格式

调用格式

说明

comet(y)

显示质点绕着向量y的动画轨迹（二维）

comet(x, y)

显示质点绕着向量y与x的动画轨迹（二维）

comet(x, y, p)

同上面的效果，但额外地定义轨迹尾巴线的长度p*length(y)，

其中p是介于0和1之间的数，默认为0.1

实例：

% 最简单的动画形式，使用comet、comet3函数% 产生一个顺着曲线轨迹运动的质点 % step1：求解出质点完整的运动轨迹坐标x，y和z% step2：使用comet或者comet3直接绘制动点 % 使用函数comet建立质点绕圆运动的动画clf;clear;%{   linspace是Matlab中的一个指令，用于产生指定范围内的指定数量点数，相邻数据跨度相同，并返回一个行向量。   调用方法：linspace(x1,x2,N)   功     能：用于产生x1，x2之间的N点行矢量，相邻数据跨度相同。其中x1、x2、N分别为起始值、终止值、元素个数。若缺省N，默认点数为100。   举例如下：X = linspace(5, 100, 20)   %  产生从5到100范围内的20个数据，相邻数据跨度相同   X = 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5055 60 65 70 75 80 85 90 95 100    ps：这和X = [5 : 5 : 100]的效果是一样的。%}% 圆周运动t = linspace(0, 2*pi, 10000);x = cos(t);y = sin(t);% 以便比较comet是否跟着轨迹走% plot(x, y);axis([-1, 1 -1, 1]);  axis square;hold on;  grid on;% comet(x, y, p);  p：定义轨迹尾巴的长度，范围在0-1之间，默认时为0.1comet(x, y, 0.03);

% 平抛运动clf;clear;grid on;vx = 40;dt = linspace(0,10,1000);dx = vx*dt;dy = -9.8*dt.^2/2;comet(dx, dy);

% 导弹发射clf;clear;grid on;vx = 100*cos(1/4*pi);vy = 100*sin(1/4*pi);t = 0:0.01:15;dx = vx*t;dy = vy*t-9.8*t.^2/2;comet(dx, dy);

% 使用函数comet3建立质点绕圆运动的动画figure();grid on;tt = 0:pi/500:10*pi;plot3(sin(t),cos(t),t);comet3(sin(tt), cos(tt), tt, 0.5);

电影动画

        1、调用moviein函数对内存进行初始化，创建一个足够大的矩阵，使之能够容纳基于当前坐标大小的一系列指定的图形（此处称为帧）。

        2、调用getframe函数生成每个帧。该函数返回一个列矢量，利用这个矢量，就可以创建一个电影动画矩阵。

        3、调用movie函数按照指定的速度进行指定次数播放该电影动画。例如：movie(M, n)可以播放由矩阵M所定义的画面n次，默认n时只播放一次。

        getframe函数和movie函数详解：getframe函数可以捕捉动画帧，并保存到矩阵中。该函数的主要格式有：

        1、f = getframe，从当前图形框中得到动画帧；

        2、f = getframe(h)，从图形句柄h中得到动画帧；

        3、f = getframe(h，rect)，从图形句柄h的指定区域rect中得到动画帧。

        当创建了一系列动画帧后，可利用movie函数播放这些动画帧。该函数的主要格式有：

        1、movie(M)，将矩阵M中的动画帧播放一次；

        2、movie(M, n)，将矩阵M中的动画帧播放n次

        3、movie(M, n, fps)，将矩阵M中的动画帧以每秒fps帧的速度播放n次。

电影动画程序的一般结构：

% 记录电影for j = 1:n     % 旋转并记录每个画面   Plot_command;           % 以绘画函数来产生动画   M(j) = getframe;          % 抓取画面值endMovie(M);                        % 播放动画

实例1：演示山峰函数绕Z轴旋转的动画。

clc; clear; % peaks是一个函数，其中有2个变量。由平移和放缩高斯分布函数获得。% 参数为30，得到的X、Y、Z为30*30的矩阵。[X, Y, Z] = peaks(30);% surf绘制三维曲面图surf(X,Y,Z); axis([-3,3,-3,3,-10,10]);% 关闭所用坐标轴上的标记、格栅和单位标记。但保留由text和gtext设置的对象axis off;%{   shading：是用来处理色彩效果的，分以下三种：   1、no shading 一般的默认模式 即shading faceted   2、shading flat 在faceted的基础上去掉图上的网格线   3、shading interp 在flat的基础上进行色彩的插值处理，使色彩平滑过渡%}shading interp;%{   colormap：设定和获取当前的色图。   1、colormap(map)：设置颜色图为矩阵map。如果map中的任何值在区间[0,1]之外，MATLAB返回错误。   2、colormap('default')：将当前的颜色图设置为默认的颜色图。   3、cmap=colormap：返回当前的颜色图。返回的值都在区间[0,1]内。   map是一个3列矩阵，其元素数值定义在区间[0,1]。矩阵的每行元素表示1一个真色彩向量，即红、绿、蓝3基色的系数。   hot为matlab中预定义的色图样式中的一种，表示：黑、红、黄、白色浓淡交错。%}colormap(hot); % 建立一个20列的大矩阵M = moviein(20);for i = 1:20    % 改变视点   view(-37.5+24*(i-1),30);    % 将图形保存到M矩阵   M(i) = getframe;end% 播放画面2次movie(M,2);

实例2：动态展示plot画图

clc; clear; % 初始化一个电影矩阵M = moviein(16);% 创建电影for k = 1:16   plot(fft(eye(k+16)));   axis equal;    % 调用getframe函数生成每个帧   M(k) = getframe;end% 调用movie函数将电影动画矩阵M(k)播放5次movie(M, 5);  % 将前面创建的电影动画中添加一个垂直的滚动条h = uicontrol('style','slider','position',[10 50 20100],'Min',1,'Max',16,'Value',1);for k=1:16   plot(fft(eye(k+16)));   axis equal;   set(h,'Value',k);    % gcf为返回当前图形窗口句柄   M(k) = getframe(gcf);endclf;axes('Position',[0 0 11]);movie(M,5);

实例3：改变色彩矩阵，让影片展示从正片到负片的效果

% 清除电影资料矩阵Mclear M; % 加载图片文件，并画出load clown.mat;% 画出小丑图像image(X); colormap(map);% 抓取30个画面n = 30;scale = cos(linspace(0, 2*pi, n));fprintf('抓取画面中...\n'); M = moviein(n);for i = 1:n    % 改变色彩矩阵（让影片呈现出从正片到负片的效果）   colormap(((i-1)*(1-map)+(n-i)*map)/n);    % 抓取画面，并存入电影资料矩阵M   M(i) = getframe;endfprintf('播放电影中...\n');% 播放电影5次（含正向与逆向播放）movie(M, -5);

程序动画

        在MATLAB中，可以采用重绘图形对象的方法来创建程序动画。改变对象的方法可以触发MATLAB对该对象进行重绘。

        创建程序动画的典型步骤是：

        1、绘制一个图形对象；

        2、通过在一个程序循环中改变该对象的x，y和z坐标值来实现该对象的移动，从而形成动画。

        在创建MATLAB的程序动画时，图形擦除也是非常重要的。

        图形动态绘画中三种重要的擦除模式：（通过没置“EraseMode”属性来完成）

        1、None：在移动图形对象时，MATLAB不进行擦除；

        2、Background：在图形对象移走以后，MATLAB在原来的位置用背景色进行重绘。在这种模式下，MATLAB将原来的对象完全擦除，包括该对象下面的所有图形，如栅格线等；

        3、Xor：与Background模式相比，这种模式只擦除对象本身。大多数的MATLAB程序动画都采用这种擦除模式。

       目前新版本的Matlab已经不支持EraseMode属性了，坐标图的动画显示实现要依赖animatedline对象，配合drawnow函数使用。

        animatedline：创建动画行，使用的语法格式及说明如下：

        h = animatedline：创建一个没有数据的动画行，并将其添加到当前轴。在循环中添加点以创建线条动画。

        h = animatedline(x, y)：创建由初始数据点x和y定义的动画线。

        h = animatedline(x, y, z)：创建由初始数据点x、y和z定义的动画线。

        h = animatedline(___, Name, Value)：使用一个或多个Name, Value对参数指定动画行属性。例如，'Color', 'r'将线条颜色设置为红色。需要在输入成对的参数组合之后使用此选项。

        h = animatedline(ax, ___)：在轴指定的轴ax上创建动画线，而不是在当前轴gca中。如果不指定轴对象，则animatedline使用当前轴。

        如果有另一个函数想从当前图形中获得数据，用animateline的getpoints方法：[xdata, ydata] = getpoints(h);

animatedline动画线属性

        animatedline动画可以指定可选的逗号分隔的Name,Value参数对。 Name是参数名称，Value是相应的值。Name必须出现在单引号（' '）中。你可以按照任何顺序指定多个名称和值对参数Name1,Value1, ..., NameN, ValueN。

常用的animatedline动画属性

属性名称

说明

备注

Color

线条颜色

线条颜色，指定为RGB三元组，或颜色名称的字符向量，或'none'。默认的RGB值[0 0 0]对应于黑色。若指定'none'，那么该行不可见的。

LineStyle

线条样式

'-'：实线（默认）；'--'：虚线（）；'none'：没有线

':'：虚线（） '-.'：点划线（）；

LineWidth

线条宽度

线宽，默认0.5。如果线条具有标记，则线宽也会影响标记边缘。

Marker

标记符号

默认情况下，没有标记。指定标记符号会在每个数据点或顶点添加标记。

MarkerSize

标记大小

标记大小，以点数表示为正值。（默认为6）

MarkerEdgeColor

标记边缘的颜色

1、'auto'：使用Color属性中指定的相同颜色。2、'none'：不使用颜色，未填充的标记不可见。3、RGB三元组或颜色名称的字符向量。

MarkerFaceColor

标记内部的颜色

1、'none'：不使用颜色，这使内部看不见。2、'auto'：使用与Color轴属性相同的颜色。3、RGB三元组或颜色名称的字符向量

MaximumNumPoints

存储和显示的最大点数

动画行存储和显示的最大点数，指定为正值或Inf。默认值是百万。如果点数超过最大值，则动画行将保留最近添加的点，并从该行的起始处删除点。这些丢弃点不再显示，使用getpoints时不会返回。若指定为Inf，则动画行不会丢弃任何点，但存储的点数受限于可用内存量。

颜色属性常用取值

长名称

简称

RGB值

说明

'yellow'

'y'

[1 1 0]

黄色

'magenta'

'm'

[1 0 1]

品红

'cyan'

'c'

[0 1 1]

青色

'red'

'r'

[1 0 0]

红色

'green'

'g'

[0 1 0]

绿色

'blue'

'b'

[0 0 1]

蓝色

'white'

'w'

[1 1 1]

白色

'black'

'k'

[0 0 0]

黑色

标记符号取值

值

描述

值

描述

'o'

圈

'^'

上三角形

'+'

加号

'v'

下三角形

'*'

星号

'>'

右三角形

'.'

点

'<'

左三角形

'x'

交叉

'pentagram' or  'p'

五角星

'square'  or  's'

矩形

'hexagram'  or  'h'

六角星

'diamond'  or  'd'

菱形

'none'

没有标记

实例1：基本实现

% 动态绘制椭圆 % clf用来清除图形的命令。一般在画图之前用。clf;clc;axis([-2,2,-2,2]);% axis square 当前坐标系图形设置为方形，刻度范围不一定一样，但是一定是方形的。% axis equal 将横轴纵轴的定标系数设成相同值，即单位长度相同，刻度是等长的，但不一定是方形的。axis equal;grid on; h = animatedline('Marker', 'o', 'color', 'b', 'LineStyle', 'none');t = 6*pi*(0:0.02:1);for n = 1:length(t)   addpoints(h,  2*cos(t(1:n)),sin(t(1:n)));       % 一般是为了动态观察变化过程 pause（a）暂停a秒后执行下一条指令   pause(0.05);       % 可以用drawnow update加快动画速度   drawnow update;end

实例2：加快刷新速度

% 加快刷新的技巧，每次循环中都只向结构体中增加一个点，实时显示的话有可能刷新速度跟不上% 所以可以考虑一次循环中向里面添加多个点，这样就可以加快刷新了 h = animatedline;axis([0,4*pi,-1,1]); numpoints = 100000;x = linspace(0, 4*pi, numpoints);y = sin(x);for k = 1:100:numpoints-100   xvec = x(k:k+99);   yvec = y(k:k+99);   addpoints(h,xvec,yvec);   drawnowend

        实例3：控制动画的速度，有时候，希望动画显示的慢一点，上面介绍的都是加快动画的，如果要想控制动画速度，可以配合tic函数与toc函数，相当于一个记录程序运行的秒表，调用tic表示按一下开始计时，调用toc表示按一下结束及时，两个之间的时间差就是这一段程序运行的时间，下面这段代码表示控制帧速度在1000。

h = animatedline;axis([0,4*pi,-1,1]);numpoints = 10000;x = linspace(0, 4*pi, numpoints);y = sin(x);% start timera = tic;for k = 1:numpoints   addpoints(h,x(k),y(k));    %check timer    b =toc(a);    if b >(1/1000)       % update screen every 1/1000 seconds       drawnow;       % reset timer after updating       a = tic;    endend

实例4：

A = [-8/3 0 0; 0 -10 10; 0 28 -1];y = [35 -10 -7]';h = 0.01; p = animatedline('color', 'g');axis([0 50 -25 25 -25 25])hold on; grid on; for i = 1:4000   A(1,3) = y(2);   A(3,1) = -y(2);   ydot = A*y;    y =y+h*ydot;    % 更改坐标值   addpoints(p, y(1), y(2), y(3));   drawnow;end