MATLAB surf()绘制三维曲面图详解（附带实例）

在 MATLAB 中，利用 surf() 函数可以绘制三维曲面图，其调用格式如下：

surf(X,Y,Z)          % 创建一个三维曲面图，即一个具有实色边和实色面的三维曲面
surf(X,Y,Z,C)        % 指定曲面的颜色
% 函数将矩阵Z中的值绘制为由X和Y决定的x-y平面中的网格上方的高度。曲面的颜色根据Z指定的高度而变化
surf(Z)              % 创建一个曲面图，并将Z中元素的列索引和行索引用作x坐标和y坐标
surf(Z,C)            % 指定曲面的颜色
surf(__,Name,Value)  % 使用一个或多个名称-值对指定曲面属性

在 MATLAB 中，还可以利用 surfc()、surfl() 等函数绘制三维曲面图，利用 mesh() 等函数绘制网格曲面图，曲面绘图函数如下表所示：

函数	功能	函数	功能
surfc()	绘制曲面图及其下方的等高线图	mesh()	绘制网格曲面图
surfl()	绘制具有基于颜色图的光照效果的曲面图	meshc()	绘制网格曲面图及其下方的等高线图
surface()	绘制基本曲面图	meshz()	绘制带帷幕的网格曲面图
surfnorm()	创建一个三维曲面图并显示其法线

这些函数的调用格式与 surf() 函数的基本相同。

【实例 1】绘制球体的三维图形。在编辑器中编写以下程序并运行。

figure
[X,Y,Z]=sphere(30);  % 计算球体的三维坐标
surf(X,Y,Z);         % 绘制球体的三维图形
xlabel('x'),
ylabel('y'),
zlabel('z');
title('sphere');

运行程序后，输出如下图所示的图形：


由图 1 可以看到，球面被网格线分割成小块；每一小块可看作一块补片，嵌在线条之间。这些线条和渐变颜色可以由 shading 命令指定，其格式如下：

shading faceted % 在绘制曲面时采用分层网格线，为默认值
shading flat    % 表示平滑式颜色分布方式；去掉黑色线条，补片保持单一颜色
shading interp  % 表示插补式颜色分布方式；同样去掉线条，但补片以插值加色，计算量大

对刚绘制的曲面分别执行 shading flat和shading interp 命令，显示效果如下图所示。


【实例 2】绘制具有亮度（光照效果）的曲面图。在编辑器中编写以下程序并运行。

[x,y]=meshgrid(-3:0.1:3);
z=peaks(x,y);
surfl(x,y,z);
shading interp
colormap(sky)
axis([-4 4 -4 4 -8 10]);

运行程序后，输出如下图所示的图形。


【实例 3】显示曲面图下方的等高线图。在编辑器中编写以下程序并运行。

[X,Y]=meshgrid(1:0.2:10,1:0.2:20);
Z=sin(X)+cos(Y);
colormap(sky)
surfc(X,Y,Z)

运行程序后，输出如下图所示的图形：


【实例 4】绘制网格曲面图。在编辑器中编写以下程序并运行。

colormap('default')
[X,Y]=meshgrid(-8:.5:8);
R=sqrt(X.^2+Y.^2)+eps;
Z=sin(R)./R;
C=X.*Y;
mesh(X,Y,Z,C)
colorbar

运行程序后，输出如下图所示的图形。


【实例 5】绘制带帷幕的网格曲面图。在编辑器中编写以下程序并运行。

[X,Y]=meshgrid(-3:.125:3);
Z=peaks(X,Y);
C=gradient(Z);
meshz(X,Y,Z,C)
colorbar

运行程序后，输出如下图所示的图形。


【实例 6】绘制网格曲面图示例。在编辑器中编写以下程序并运行。

[X,Y,Z]=peaks(20);
figure
subplot(2,2,1); mesh(X,Y,Z); title('(a) mesh of peaks')
subplot(2,2,2); surf(X,Y,Z); title('(b) surf of peaks')
subplot(2,2,3); meshc(X,Y,Z); title('(c) meshc of peaks')
subplot(2,2,4); meshz(X,Y,Z); title('(d) meshz of peaks')

运行程序后，输出如下图所示图形。