surfnorm

曲面图法线

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语法

surfnorm(X,Y,Z)
surfnorm(Z)
surfnorm(ax,___)
surfnorm(___,Name,Value)
[Nx,Ny,Nz] = surfnorm(___)

说明

surfnorm(X,Y,Z) 创建一个三维曲面图并显示其曲面图法线。曲面图法线是在非平面曲面上的某个点位置垂直于平面曲面或正切面的任何虚线。

该函数将矩阵 Z 中的值绘制为由 X 和 Y 定义的 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。矩阵 X、Y 和 Z 的大小必须相同。

示例

surfnorm(Z) 创建带法线的曲面，并将 Z 中元素的列索引和行索引分别用作 x 坐标和 y 坐标。

surfnorm(ax,___) 将图形绘制到 ax 指定的坐标区中，而不是当前坐标区中。指定坐标区作为第一个输入参量。

surfnorm(___,Name,Value) 使用一个或多个名称-值对组参量指定曲面属性。例如，'FaceAlpha',0.5 创建半透明曲面。

示例

[Nx,Ny,Nz] = surfnorm(___) 返回曲面的三维曲面图法线的 x、y 和 z 分量，而不绘制任何图。

示例

示例

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打开实时脚本

创建一个圆锥体。然后将数据绘制为一个曲面，并显示曲面图法线。曲面的高度和颜色均使用 Z 确定。

[X,Y,Z] = cylinder(1:10);
surfnorm(X,Y,Z)

Figure contains an axes object. The axes object contains 2 objects of type surface, line.

打开实时脚本

通过以 'none' 为值指定 EdgeColor 名称-值对组，创建一个无边曲面。

[X,Y,Z] = cylinder(1:10);
surfnorm(X,Y,Z,'EdgeColor','none')

Figure contains an axes object. The axes object contains 2 objects of type surface, line.

打开实时脚本

使用曲面的曲面图法线照亮平面。

首先，显示一个平面。

surf(ones(49),'EdgeColor','none');

Figure contains an axes object. The axes object contains an object of type surface.

显示用作光源的曲面。

surf(peaks);

Figure contains an axes object. The axes object contains an object of type surface.

现在，再绘制一次平面，这次用来自曲面的光照。要完成此操作，首先计算曲面的曲面图法线。

[nx, ny, nz] = surfnorm(peaks);

将 x、y 和 z 曲面图法线分量合并成一个 49×49×3 数组。

b = reshape([nx ny nz], 49,49,3);

再次创建一个平面，这次该数组作为值提供给 VertexNormals 属性。MATLAB® 使用 VertexNormals 属性计算曲面光照。将光照算法设置为 gouraud 并使用 camlight 添加光。

surf(ones(49),'VertexNormals',b,'EdgeColor','none');
lighting gouraud
camlight

Figure contains an axes object. The axes object contains an object of type surface.

输入参数

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x 坐标，指定为与 Y 和 Z 大小相同的矩阵。

您可以使用 meshgrid 函数创建 X 和 Y 矩阵。

Surface 对象的 XData 属性存储 x 坐标。

示例: X = [1 2 3; 1 2 3; 1 2 3]

示例: [X,Y] = meshgrid(-5:0.5:5)

数据类型: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

y 坐标，指定为与 X 和 Z 大小相同的矩阵。

您可以使用 meshgrid 函数创建 X 和 Y 矩阵。

曲面对象的 YData 属性存储 y 坐标。

示例: Y = [1 1 1; 2 2 2; 3 3 3]

示例: [X,Y] = meshgrid(-5:0.5:5)

数据类型: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

z 坐标，指定为矩阵。Z 必须至少有三行三列。Z 也设置曲面颜色。

曲面对象的 ZData 属性存储 z 坐标。

示例: Z = [1 2 3; 4 5 6; 7 8 9]

数据类型: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64

要在其中绘图的坐标区，指定为 axes 对象。如果未指定坐标区，则 surfnorm 在当前坐标区中绘图。

名称-值参数

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以 Name1=Value1,...,NameN=ValueN 的形式指定可选参量对组，其中 Name 是参量名称，Value 是对应的值。名称-值参量必须出现在其他参量之后，但对各个参量对组的顺序没有要求。

在 R2021a 之前，使用逗号分隔每个名称和值，并用引号将 Name 引起来。

示例: surfnorm(X,Y,Z,'FaceAlpha',0.5,'EdgeColor','none') 创建一个半透明曲面，并且不绘制边缘。

注意

此处所列的属性只是一部分。有关完整列表，请参阅 Surface 属性。

边线颜色，指定为下面列出的值之一。默认颜色 [0 0 0] 对应于黑边。

值描述
'none'不绘制边。
'flat'

根据 CData 属性中的值，对每个边使用不同的颜色。首先您必须将 CData 属性指定为矩阵，大小与 ZData 相同。每个面（正的 x 和 y 方向）的第一个顶点处的颜色值确定相邻边的颜色。当 EdgeAlpha 属性设置为 'interp' 时，不能使用此值。

Sample of a surface with each edge a different color based on sample values in the CData property

'interp'

根据 CData 属性中的值，对每个边使用插补着色。首先您必须将 CData 属性指定为矩阵，大小与 ZData 相同。通过基于各顶点处颜色值进行线性插值，每条边上的颜色会渐变。当 EdgeAlpha 属性设置为 'flat' 时，不能使用此值。

Sample of a surface with each edge showing different interpolated coloring based on sample values in the CData property

RGB 三元组、十六进制颜色代码或颜色名称

对所有边使用指定的颜色。此选项不会使用 CData 属性中的颜色值。

Sample of a surface with all edges shown in red

RGB 三元组和十六进制颜色代码对于指定自定义颜色非常有用。

  • RGB 三元组是包含三个元素的行向量，其元素分别指定颜色中红、绿、蓝分量的强度。强度值必须位于 [0,1] 范围内，例如 [0.4 0.6 0.7]。

  • 十六进制颜色代码是字符向量或字符串标量，以井号 (#) 开头，后跟三个或六个十六进制数字，范围可以是 0 到 F。这些值不区分大小写。因此，颜色代码 "#FF8800" 与 "#ff8800"、"#F80" 与 "#f80" 是等效的。

此外，还可以按名称指定一些常见的颜色。下表列出了命名颜色选项、等效 RGB 三元组和十六进制颜色代码。

颜色名称短名称RGB 三元组十六进制颜色代码外观
"red""r"[1 0 0]"#FF0000"

Sample of the color red

"green""g"[0 1 0]"#00FF00"

Sample of the color green

"blue""b"[0 0 1]"#0000FF"

Sample of the color blue

"cyan" "c"[0 1 1]"#00FFFF"

Sample of the color cyan

"magenta""m"[1 0 1]"#FF00FF"

Sample of the color magenta

"yellow""y"[1 1 0]"#FFFF00"

Sample of the color yellow

"black""k"[0 0 0]"#000000"

Sample of the color black

"white""w"[1 1 1]"#FFFFFF"

Sample of the color white

下表列出了浅色和深色主题中绘图的默认调色板。

调色板调色板颜色

"gem" - 浅色主题默认值

在 R2025a 之前的版本中: 大多数绘图默认使用这些颜色。

Sample of the "gem" color palette

"glow" - 深色主题默认值

Sample of the "glow" color palette

您可以使用 orderedcolors 和 rgb2hex 函数获取这些调色板的 RGB 三元组和十六进制颜色代码。例如，获取 "gem" 调色板的 RGB 三元组并将其转换为十六进制颜色代码。

RGB = orderedcolors("gem");
H = rgb2hex(RGB);

在 R2023b 之前的版本中: 使用 RGB = get(groot,"FactoryAxesColorOrder") 获取 RGB 三元组。

在 R2024a 之前的版本中: 使用 H = compose("#%02X%02X%02X",round(RGB*255)) 获取十六进制颜色代码。

线型，指定为下表中列出的选项之一。

线型描述表示的线条
"-"实线

Sample of solid line

"--"虚线

Sample of dashed line

":"点线

Sample of dotted line

"-."点划线

Sample of dash-dotted line, with alternating dashes and dots

"none"无线条无线条

面颜色，指定为下表中的值之一。

值描述
'flat'

根据 CData 属性中的值，对每个面使用不同的颜色。首先您必须将 CData 属性指定为矩阵，大小与 ZData 相同。每个面的第一个顶点（正 x 和 y 方向）的颜色值决定整个面的颜色。当 FaceAlpha 属性设置为 'interp' 时，不能使用此值。

Sample of a surface with each face a different color based on sample values in the CData property

'interp'

根据 CData 属性中的值，对每个面使用插补着色。首先您必须将 CData 属性指定为矩阵，大小与 ZData 相同。通过基于各顶点处颜色值进行插值，每个面上的颜色会渐变。当 FaceAlpha 属性设置为 'flat' 时，不能使用此值。

Sample of a surface with each face showing different interpolated coloring based on sample values in the CData property

RGB 三元组、十六进制颜色代码或颜色名称

对所有面使用指定的颜色。此选项不会使用 CData 属性中的颜色值。

Sample of a surface with all faces shown in red

'texturemap'变换 CData 中的颜色数据，以便其符合曲面。
'none'不绘制面。

RGB 三元组和十六进制颜色代码对于指定自定义颜色非常有用。

  • RGB 三元组是包含三个元素的行向量，其元素分别指定颜色中红、绿、蓝分量的强度。强度值必须位于 [0,1] 范围内，例如 [0.4 0.6 0.7]。

  • 十六进制颜色代码是字符向量或字符串标量，以井号 (#) 开头，后跟三个或六个十六进制数字，范围可以是 0 到 F。这些值不区分大小写。因此，颜色代码 "#FF8800" 与 "#ff8800"、"#F80" 与 "#f80" 是等效的。

此外，还可以按名称指定一些常见的颜色。下表列出了命名颜色选项、等效 RGB 三元组和十六进制颜色代码。

颜色名称短名称RGB 三元组十六进制颜色代码外观
"red""r"[1 0 0]"#FF0000"

Sample of the color red

"green""g"[0 1 0]"#00FF00"

Sample of the color green

"blue""b"[0 0 1]"#0000FF"

Sample of the color blue

"cyan" "c"[0 1 1]"#00FFFF"

Sample of the color cyan

"magenta""m"[1 0 1]"#FF00FF"

Sample of the color magenta

"yellow""y"[1 1 0]"#FFFF00"

Sample of the color yellow

"black""k"[0 0 0]"#000000"

Sample of the color black

"white""w"[1 1 1]"#FFFFFF"

Sample of the color white

下表列出了浅色和深色主题中绘图的默认调色板。

调色板调色板颜色

"gem" - 浅色主题默认值

在 R2025a 之前的版本中: 大多数绘图默认使用这些颜色。

Sample of the "gem" color palette

"glow" - 深色主题默认值

Sample of the "glow" color palette

您可以使用 orderedcolors 和 rgb2hex 函数获取这些调色板的 RGB 三元组和十六进制颜色代码。例如，获取 "gem" 调色板的 RGB 三元组并将其转换为十六进制颜色代码。

RGB = orderedcolors("gem");
H = rgb2hex(RGB);

在 R2023b 之前的版本中: 使用 RGB = get(groot,"FactoryAxesColorOrder") 获取 RGB 三元组。

在 R2024a 之前的版本中: 使用 H = compose("#%02X%02X%02X",round(RGB*255)) 获取十六进制颜色代码。

面透明度，指定为下列值之一：

  • 范围 [0,1] 中的标量 - 在所有面上使用统一的透明度。值为 1 时完全不透明，值为 0 时完全透明。介于 0 和 1 之间的值表示半透明。此选项不会使用 AlphaData 属性中的透明度值。

  • 'flat' - 根据 AlphaData 属性中的值，对每个面使用不同的透明度。第一个顶点的透明度值确定整个面的透明度。首先您必须将 AlphaData 属性指定为矩阵，大小与 ZData 属性相同。FaceColor 属性也必须设置为 'flat'。

  • 'interp' - 根据 AlphaData 属性中的值，对每个面使用插值透明度。通过基于各顶点处透明度数值进行插值，每个面上的透明度会渐变。首先您必须将 AlphaData 属性指定为矩阵，大小与 ZData 属性相同。FaceColor 属性也必须设置为 'interp'。

  • 'texturemap' - 变换 AlphaData 中的数据，以便其符合曲面。

光源对象对面的影响，指定为下列值之一：

  • 'flat' - 将光源均匀地应用于每个面上。使用此值可查看分面着色对象。

  • 'gouraud' - 改变各个面的光源。计算顶点处的光照，然后以在各个面中进行光照插值。使用此值可查看曲面。

  • 'none' - 不将来自光源对象的光源应用于各个面。

要向坐标区中添加光对象，请使用 light 函数。

注意

'phong' 值已被删除。请改用 'gouraud'。

输出参量

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曲面图法线 x 分量，以矩阵形式返回。有关如何计算曲面图法线的详细信息，请参阅算法。

曲面图法线 y 分量，以矩阵形式返回。有关如何计算曲面图法线的详细信息，请参阅算法。

曲面图法线 z 分量，以矩阵形式返回。有关如何计算曲面图法线的详细信息，请参阅算法。

提示

  • 要反转法线的方向，请调用带转置参量的 surfnorm：

    surfnorm(X',Y',Z')

  • 要显示曲面上法线的方向，请使用 surfnorm 函数计算曲面法线，然后使用 quiver3 函数显示它们。

    [Nx,Ny,Nz] = surfnorm(X,Y,Z); 
quiver3(X,Y,Z,Nx,Ny,Nz)

  • 曲面法向量代表顶点位置的条件并且未进行归一化。背离查看者方向的曲面元素的法线不可见。

算法

surfnorm 使用 x、y 和 z 方向的双三次插值来计算数据的曲面图法线。为了在边界上插值，函数使用二次外插来扩展数据。在对数据执行双三次拟合后，将计算对角线向量并它们进行叉乘以构成每个顶点位置的法向量。

版本历史记录

在 R2006a 之前推出

另请参阅

函数

属性

主题