Matlab绘制箭头坐标轴图形

2022-12-31 23:12| 来源: 网络整理| 查看: 265

1. 原由

Matlab自带绘图函数，坐标轴不带箭头，如下所示：

有时需要使用Matlab绘制坐标轴带有箭头的图形，特别是一些原理性的图形，只需要定性表达曲线的变化趋势，无需精确表达曲线的数量关系，此时使用带箭头的坐标轴显得更加美观。

2. 方法

使用Matlab自带绘图函数，在生成的图形上叠加两个annotation对象表示x轴和y轴，定义对象位置和样式使其显示为带箭头坐标轴的样子。

3. 函数

笔者使用Matlab开发了plot_with_arrow函数包，可实现箭头坐标轴图形的绘制，程序调用格式与系统自带的绘图函数plot等一致，使用起来简单便捷。

function [h, h_a, h_p, h_arrow] = plot_with_arrow( h,x,y,style,pos,plot_fun,Attribute_Set,options ) % [h h_a h_p h_arrow] = plot_with_arrow( h,x,y,style,pos,plot_fun,Attribute_Set,options ) % 画带箭头的图形 % 输入： % h有三种选择： 1. 空数组 [] 生成新figure及axes % 2. 图形句柄 h_figure 新生成axes % 3. 坐标轴句柄 h_axes % x-y为数据对，数据对为[]时，只绘制箭头坐标轴，不绘制曲线，返回值 h_p = [] % style为曲线样式或颜色 % pos用于控制坐标轴的位置 % p 正 n 负 a 全 % 'pp' 坐标轴在第1象限 % 'pa' 坐标轴在第1、4象限 % 'ap' 坐标轴在第1、2象限 % 'aa' 坐标轴在第1、2、3、4象限 % 'n' 表示箭头反向，坐标轴位置位于2、3象限 % 也可在pos中直接输入箭头起始位置坐标，格式为 [X0 Y0 Xi Yi X_y Y_x] % 具体意义见子函数 Arrow_XY % plot_fun 绘图函数，句柄格式，默认为plot % Attribute_Set 为箭头属性，两列元胞数组，第一列为属性名，第二列为属性值 % 也可对返回的箭头句柄h_arrow操作，来设置其属性 % options绘图设置选项，值可为：选项名标号功能 % FixAxesPosition 1 固定坐标轴位置 % CorrectArrowPos_pp 2 校正箭头坐标位置，使其与axes完全贴合 % 返回值 % h 图形句柄 % h_a 坐标轴句柄 % h_p 曲线句柄 % h_arrow 箭头句柄 [h_xa h_ya] 句柄向量 % 测试文件：plot_with_arrow_Test.m4. 演示4.1 当前坐标轴上绘制单位圆%% Test 1：极简调用方法 t = linspace(0,2*pi,200); x = cos(t); y = sin(t); plot_with_arrow( gca,x,y ); % 在当前坐标轴上绘图

4.2 添加x轴、y轴标签，添加图名%% Test 2：添加x轴、y轴标签，添加图名 x = linspace(0,10,1000); y = sin(2*pi*0.1*x); plot_with_arrow( gca,x,y,'k' ); % 绘图 htext_x = Arrow_Xlabel(gca,'时间/s'); % 添加x轴标签 htext_y = Arrow_Ylabel(gca,'幅值/V'); % 添加y轴标签 htext_title = Arrow_Title(gca,'图形Test'); % 添加图形标题

4.3 指定坐标轴箭头的位置和方向%% Test 3：改变坐标轴箭头方向 x = linspace(0,10,1000); y = sin(2*pi*0.1*x); h1 = subplot(321); plot_with_arrow( h1,x,y,'k','pp' ); % 坐标轴在I象限，箭头均为正向 h2 = subplot(322); plot_with_arrow( h2,x,y,'k','pa' ); % 坐标轴在I、VI象限，箭头均为正向 h3 = subplot(323); plot_with_arrow( h3,x,y,'k','np' ); % 坐标轴在II象限,x方向为负，y方向为正 h4 = subplot(324); plot_with_arrow( h4,x,y,'k','aa' ); % 坐标轴在II象限，箭头均为正向 h5 = subplot(325); plot_with_arrow( h5,x,y,'k','pn' ); % 坐标轴在VI象限,x方向为正，y方向为负 h6 = subplot(326); plot_with_arrow( h6,x,y,'k','nn' ); % 坐标轴在III象限，箭头均为负向

4.4 使用数值指定坐标轴箭头的位置和方向%% Test 4：用数值指示箭头坐标轴位置 x = linspace(0,10,1000); y = sin(2*pi*0.1*x); figure ha1 = subplot(211); % 获取坐标轴句柄 pos = [0.1 0.7 1 1 0.1 0.7]; % 坐标轴位置，格式为 [X0 Y0 Xi Yi X_y Y_x] plot_with_arrow( ha1,x,y,'k',pos ); % 直接输入坐标轴位置，暂不支持箭头坐标轴位置输入数值情况 ha2 = subplot(212); % 获取坐标轴句柄 pos = [0.8 0.2 0.1 0.6 0.8 0.2]; % 坐标轴位置，格式为 [X0 Y0 Xi Yi X_y Y_x] plot_with_arrow( ha2,x,y,'k',pos ); % 直接输入坐标轴位置，暂不支持箭头坐标轴位置输入数值情况

4.5 使用其它绘图函数%% Test5: 其它绘图函数 x = -2.9:0.2:2.9; y = exp(-x.*x); figure h_a = subplot(211); plot_with_arrow( h_a,x,y,'r',[],@bar ); % 以bar函数绘直方图 htext_x = Arrow_Xlabel([],'时间/s',[]); htext_y = Arrow_Ylabel([],'幅值/V',[]); htext_title = Arrow_Title([],'图形Test1'); h_a2 = subplot(212); plot_with_arrow( h_a2,x,y,'b',[],@stem ); % 以stem函数画火柴杆图 htext_x = Arrow_Xlabel([],'时间/s',[]); htext_y = Arrow_Ylabel([],'幅值/V',[]); htext_title = Arrow_Title([],'图形Test2');

4.6 绘制光坐标轴，hold on之后再绘制图形%% Test6: 绘制光坐标轴，hold on之后再绘制图形 figure pos = 'an'; plot_with_arrow([],[],[],[],pos); % 绘制光坐标轴 hold on t = linspace(0,4*pi,200); x = sin(t); y = cos(t); plot(t,x) % 绘制图形 plot(t,y,'r--') % 绘制图形

4.7 坐标调整%% Test7: 坐标调整 % 当坐标轴中的子对象(如曲线等)被Label对象挡住时，可通过axis或xlim、ylim调整坐标轴位置来消除这种影响 % 也可通过h_text_x/y句柄或是通过鼠标手动调整Label对象的位置 clc clear x = linspace(0,10,1000); y = sin(2*pi*0.1*x); figure h_a1 = subplot(221); plot_with_arrow( h_a1,x,y,'r','pa' ); htext_x1 = Arrow_Xlabel([],'时间/s','pa'); htext_y1 = Arrow_Ylabel([],'幅值/V','pa'); htext_title1 = Arrow_Title(h_a1,'调整前'); h_a2 = subplot(222); plot_with_arrow( h_a2,x,y,'b','pa' ); htext_x2 = Arrow_Xlabel([],'时间/s','pa'); htext_y2 = Arrow_Ylabel([],'幅值/V','pa'); htext_title2 = Arrow_Title(h_a2,'调整后'); axes(h_a2) % 使h_a2为当前坐标轴 axis([0 12 -1.5 1.5]) % 调整坐标轴，使Label不干扰图形 h_a3 = subplot(223); pos3 = 'nn'; plot_with_arrow( h_a3,x,y,'r',pos3 ); htext_x3 = Arrow_Xlabel([],'时间/s',pos3); htext_y3 = Arrow_Ylabel([],'幅值/V',pos3); htext_title3 = Arrow_Title(h_a3,'调整前'); h_a4 = subplot(224); plot_with_arrow( h_a4,x,y,'b',pos3 ); htext_x4 = Arrow_Xlabel([],'时间/s',pos3); htext_y4 = Arrow_Ylabel([],'幅值/V',pos3); htext_title4 = Arrow_Title(h_a4,'调整后'); axes(h_a4) % 使h_a4为当前坐标轴 axis([-2 10 -1.5 1]) % 调整坐标轴，使Label不干扰图形

4.8 修改箭头属性%% 修改箭头属性 x = linspace(0,20,1000); y = sin(2*pi*0.1*x); h_f = figure; [h, h_a, h_p, h_arrow] = plot_with_arrow( h_f,x,y,'k' ); % 绘制图形 % 改变颜色 set( h_arrow,'color','r' ) % 修改箭头类型 set( h_arrow,'HeadStyle','vback3' )

4.9 绘制带箭头图形% 绘制带箭头图形 + 箭头坐标轴 plot_with_arrow([],[],[],[],'aa'); % 使用plot_with_arrow绘制箭头坐标轴 hold on t = [0:0.01:20]; x = t.*cos(t); y = t.*sin(t); arrowPlot(x, y, 'number', 5, 'color', 'r', 'LineWidth', 1, 'scale', 0.8, 'ratio', 'equal');

% 绘制带箭头图形 + 箭头坐标轴 plot_with_arrow([],[],[],[],'aa'); % 使用plot_with_arrow绘制箭头坐标轴 hold on t = linspace(0,2*pi,600); x = cos(t); y = sin(t); plot(x,y,'r') % 绘制直径1圆 plot(3*x,3*y,'r') % 绘制直径3圆 ind = 25 + 0:100:600; for ii = 1:length(ind) % 循环绘制斜线 hold on arrowPlot([3*x(ind(ii)) x(ind(ii))], [3*y(ind(ii)) y(ind(ii))], 'number', 2, 'color', 'r'); end axis equal

4.10 绘制箭头坐标轴动态图形%% 绘制动态正弦曲线 X = linspace(0,3,200)'; Y = [sin(2*pi*X) cos(2*pi*X) sin(2*pi*X)+cos(2*pi*X) ]; dt = 0.02; plot_with_arrow([],[],[],[],'aa'); % 使用plot_with_arrow绘制箭头坐标轴 hold on F = MovieXY(X,Y,dt); % 绘制动态曲线 Fun_F2gif(F,'Test2.gif',0.01); % 生成gif图片

%% 3.A 绘制不同阻尼比二阶系统的动态阶跃响应曲线 T = linspace(0,30,100)'; sys1 = tf(1,[1 0.5 1]); % 阻尼比0.25 sys2 = tf(1,[1 1 1]); % 阻尼比0.5 sys3 = tf(1,[1 2 1]); % 阻尼比1 Y1 = step(sys1,T); Y2 = step(sys2,T); Y3 = step(sys3,T); dt = 0.01; plot_with_arrow([],[],[],[],'pa'); % 使用plot_with_arrow绘制箭头坐标轴 F = MovieXY(T,[Y1 Y2 Y3],dt,{'*','o','s'}); % 绘制动态曲线 Fun_F2gif(F,'Test3.gif',0.01); % 生成gif图片

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