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0.1
comet(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
end
Movie(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);
end
clf;
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M
clear 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;
end
fprintf('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 |
|
|
圈 |
|
上三角形 |
|
|
加号 |
|
下三角形 |
|
|
星号 |
|
右三角形 |
|
|
点 |
|
左三角形 |
|
|
交叉 |
|
五角星 |
|
|
矩形 |
|
六角星 |
|
|
菱形 |
|
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);
drawnow
end
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 timer
a = 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;
end
end
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