MATLAB 作动态图
MATLAB 作动态图
动态线图
生成数据
作动态图
方法一
方法二
动态点图
确定参数
生成数据并创建函数句柄
迭代以形成动态效果
实际应用
输出效果

MATLAB 作动态图
本文谨记录笔者探索MATLAB作动态图后的心得，希望能帮到大家
动态线图
生成数据
首先打开MATLAB，生成一组数据。

以下是笔者在练习数学建模中的导弹追踪模型所写的一段代码

由于这段代码涉及的其他知识点较多，也不属于这篇文章的重点，有兴趣的读者可以看看，没有兴趣的可以用后文的替代代码
[x,y]=ode45(@df1,[0:1e-3:0.1],[20 0 0 0],[],200,45);

distance=sqrt((y(:,1)-y(:,3)).^2+(y(:,2)-y(:,4)).^2);
length1=sqrt((y(2:end,3)-y(1:end-1,3)).^2+(y(2:end,4)-y(1:end-1,4)).^2);
length1=cumsum(length1);
choose=min(find(distance<=1e-1))-1;
length1(choose)

plot(y(:,1),y(:,2),y(:,3),y(:,4),y(choose,1),y(choose,2),'bo',y(choose,3),y(choose,4),'ro')
% axis([0,max(y(:,1)),0,max(y(:,1))]

function dy=df1(t,y,v,si)
%     v=200;
    dy=zeros(4,1);
    dy(1)=cos(si/180*pi)*v;
    dy(2)=sin(si/180*pi)*v;
    dy(3)=3*v*(y(1)-y(3))/sqrt((y(1)-y(3))^2+(y(2)-y(4))^2);
    dy(4)=3*v*(y(2)-y(4))/sqrt((y(1)-y(3))^2+(y(2)-y(4))^2);
end

由于笔者使用的是实时脚本（听说是MATLAB 2016a之后才有），其可以使用局部函数，只需写在实时脚本最后即可。

而若使用普通脚本，则需在当前工作路径下新建函数文件，将其放入其中即可。

方便起见，使用普通脚本也可用下列代码代替
clear;clc
x=1:200;
y1=0.01*x;
y2=x-100;
y=[x;y1;x;y2]';
choose=100;

作动态图
方法一
有了数据之后便可以开始作图了，以下便是作图代码
for i = 1 : choose
    plot(y(i:i+1,1),y(i:i+1,2),'b','MarkerSize',1)
    plot(y(i:i+1,3),y(i:i+1,4),'r','MarkerSize',1)
    hold on 
    axis([min(y(:,3)),max(y(:,3)),min(y(:,4)),max(y(:,4))]);
    pause(0.1)
end

可以看到，这段代码先是逐段画线，然后用hold on保持图像，用pause控制画线速度，用choose控制画线的终点，这里取的是两条线的交点。

Fig 1.这是原代码画出来的线

Fig 2.这是替代代码画出来的线
方法二
实际上，在MATLAB 2016 及之后的版本，其新增了一个画动态线图的函数，使用起来比方法一要方便




函数方法
说明
输入参数




animatedline
创建动态线图的函数句柄
(无输入参数)


addpoints(h,x,y)
往动态线图新增点
(动态线图的句柄，点的x坐标，点的y坐标)


getpoints(h)
获取动态线图的所有点
(动态线图的句柄）


clearpoints(h)
清除动态线图的所有点
(动态线图的句柄）


h=animatedline;
axis([0 4*pi -1 1])
x=linspace(0,4*pi,1000);
y=sin(x);
for k = 1:length(x)
    addpoints(h,x(k),y(k));
    pause(0.01)
end

动态点图
确定参数
先确定几个参数
n = 10; % 粒子数量
K = 10;  % 迭代的次数
vmax = [6 6]; % 粒子的最大速度
x_lb = [-15 -15]; % x的下界
x_ub = [15 15]; % x的上界

生成数据并创建函数句柄
然后笔者给出了一个实例函数，作出二维网格后计算出各点的值然后绘制出网格

其中 view([-39 45]) 是笔者认为可以较好展示此网格的角度
x1=x_lb(1):x_ub(1);
x2=x_lb(2):x_ub(2);
[x1,x2]=meshgrid(x1,x2);
y = x1.^2 + x2.^2 - x1.*x2 - 10*x1 - 4*x2 + 60;
mesh(x1,x2,y)
view([-39 45])
hold on

迭代以形成动态效果
然后迭代K次，给予一个随机数让点动起来，然后用一个for循环将点限制在绘图所在区域

然后利用函数句柄绘制散点图，即可动态展示散点

此处为了方便，用了一个函数（在实时脚本中放在最后即可，无需新建函数文件），也可用上一段代码的y来代替，其输出效果放在了实际应用后面
for d = 1:K
    x=x-vmax+2*vmax.*rand(n,narvs);
    for i = 1:narvs
        x(x(:,i)<x_lb(i),i)=x_lb(i);
        x(x(:,i)>x_ub(i),i)=x_ub(i);
    end

    pause(0.5);
    h.XData=x(:,1);
    h.YData=x(:,2);
    h.ZData=Obj_fun1(x);
end

hold off

function y=Obj_fun1(x)
    y=x(:,1).^2+x(:,2).^2-x(:,1).*x(:,2)-10*x(:,1)-4*x(:,2)+60;
end

实际应用
这其实是笔者在写粒子群算法时想到的一种动态展示散点图的方式，以下是全部代码
%% 粒子群算法（最小值）
%% 设置粒子群算法的参数
n = 10; % 粒子数量
narvs = 2; % 变量个数
c1 = 2;  % 每个粒子的个体学习因子，也称为个体加速常数
c2 = 2;  % 每个粒子的社会学习因子，也称为社会加速常数
w = 0.9;  % 惯性权重
K = 10;  % 迭代的次数
vmax = [6 6]; % 粒子的最大速度
x_lb = [-15 -15]; % x的下界
x_ub = [15 15]; % x的上界

%% 初始化粒子的位置和速度
x=x_lb+(x_ub-x_lb).*rand(n,narvs);
v=-vmax+2*vmax.*rand(n,narvs);

%% 计算适应度
fit=Obj_fun1(x);
pbest=x;
ind=find(fit==min(fit));
gbest=x(ind,:); 

%% 画图
x1=x_lb(1):x_ub(1);
x2=x_lb(2):x_ub(2);
[x1,x2]=meshgrid(x1,x2);
y = x1.^2 + x2.^2 - x1.*x2 - 10*x1 - 4*x2 + 60;
mesh(x1,x2,y)
view([-39 45])
hold on
h=scatter3(x(:,1),x(:,2),fit,'*r');

%% 更新粒子速度和位置
gbest_val_list=zeros(1,K);
for d = 1:K
    v=w*v+c1*rand(n,narvs).*(pbest-x) ...
        +c2*rand(n,narvs).*(gbest-x);
    for i = 1:narvs
        v(v(:,i)<-vmax(i),i)=-vmax(i);
        v(v(:,i)>vmax(i),i)=vmax(i);
    end
    x=x+v;
    for i = 1:narvs
        x(x(:,i)<x_lb(i),i)=x_lb(i);
        x(x(:,i)>x_ub(i),i)=x_ub(i);
    end
    fit=Obj_fun1(x);
    pbest(fit<Obj_fun1(pbest),:)=x(fit<Obj_fun1(pbest),:);
    if sum(Obj_fun1(pbest)<Obj_fun1(gbest)) > 0
        gbest=pbest(Obj_fun1(pbest) == min(Obj_fun1(pbest)),:);
    end
    gbest_val_list(d)=Obj_fun1(gbest);
    
    pause(0.5);
    h.XData=x(:,1);
    h.YData=x(:,2);
    h.ZData=fit;
end

%% 输出
hold off 
plot(1:K,gbest_val_list)
disp('最优解坐标为:')
disp(gbest)
disp('最优解值为:')
disp(Obj_fun1(gbest))

function y=Obj_fun1(x)
    y=x(:,1).^2+x(:,2).^2-x(:,1).*x(:,2)-10*x(:,1)-4*x(:,2)+60;
end

输出效果

Fig 3.起始点的分布情况

Fig 4.粒子群算法运行完毕时各点的分布情况
可以看到，这样的展示方式可以直观地看出粒子群算法寻找函数最小值的过程
本文到此结束，如有啥问题，可以留言告诉我哦

MATLAB 制作gif动态图的基本思想就是，将一张张的静态图组合成一张能动的gif图片，并保存到相应的位置。 

那么，要想制作一张动态图，首先要有若干个静态图，并且他们的索引值是连续的。下面先说一下matlab关于静态图的绘制及其保存。

1、MATLAB静态图绘制及保存

下面以一个sin函数为例进行说明。实例是这样的：有一个运动轨迹sin(t),t=0:30。现在有一个小球去跟踪这个sin曲线。 

（1）首先画出y=sin(t)的图像： 

m语言：



t=1:0.1:30;
y=sin(t);
plot(t,y);
grid on


得到如下图像：



接下来要定义一个小球去跟踪上面的曲线，并将跟踪过程中生成的图片保存到当前工作路径下的image文件夹下：



%迭代值
i=0;
%设置小球属性，横坐标数据为'xdata',纵坐标数据为'ydata',红色，大小为30
h = line('xdata',[],'ydata',[],'color','r','marker','.','markersize',30);
for ii=1:length(y)
    %跟踪上述曲线
    set(h,'xdata',t(ii),'ydata',y(ii));
    %建立新图像
    figure();
    %绘制
    drawnow 
    %可认为是小球一定速度
    pause(0.1)
    hold on
    i=i+1;
    %保存图片，位置为:/image，名称为i.bmp
    print(1,'-dbmp',sprintf('image/%d',i))
    %关闭figure()
    close;
end

由此变生成了0.bmp~291.bmp共291张图片，并保存在当前工作路径下的image文件夹下，如下图所示。 




2、生成gif图片

根据上述操作，我们得到了名为0-291.bmp的图片。接下来要根据这291张图片制作一张gif图片。



%依次读取生成的所有图片
for j=1:length(y)
    %获取当前图片
    A=imread(sprintf('image/%d.bmp',j));
    [I,map]=rgb2ind(A,256);
    %生成gif，并保存
    if(j==1)
        imwrite(I,map,'movefig.gif','DelayTime',0.1,'LoopCount',Inf)
    else
        imwrite(I,map,'movefig.gif','WriteMode','append','DelayTime',0.1)    
    end
end

最后生成的gif图片如下： 

GIF动态图制作制作



/**使用这个程序只需将循环中的i=3374:3379改成自己的图像的编号即可，还有str=sprintf()中的图片的类型也要修改**/
clc
clear
close all
filename='D:\\matlab_program\\Mycode\\fish1.gif';          %输出路径+保存的文件名.gif
for i=3374:3379  
    str = sprintf('D:\\matlab_program\\Mycode\\%d.png',i); %图片绝对位置和类型，注意这里的图片类型不能是bmp格式
    img = imread(str);     %读取图像
    figure(i)
    imshow(img)
    set(gcf,'color','w');  %设置背景为白色
    set(gca,'units','pixels','Visible','off');
    frame = getframe(gcf); 
    im = frame2im(frame);     %将影片动画转换为编址图像,因为图像必须是index索引图像
    imshow(im);
    [I,map] = rgb2ind(im,20); %将真彩色图像转化为索引图像
    if i==3374;
        imwrite(I,map,filename,'gif','Loopcount',inf,'DelayTime',0.3);     %Loopcount只是在i==1的时候才有用
    else
        imwrite(I,map,filename,'gif','WriteMode','append','DelayTime',0.3);%DelayTime:帧与帧之间的时间间隔
    end
end
close all



　　　　　　　　　　　　　　　＝＝＝＝一条快乐的分割线＝＝＝＝




代码帮助

set(gca,'units','pixels','Visible','off');
 /**
 Units：有效值为pixels/normalized/inches /centimeters/points/characters
 决定各种位置属性的度量单位，相对于窗口左下角为基准。当设置为Pixels时，以像素为单位；
 当设置为normalized时，以坐标为单位，屏幕的左下角为[0，0]，右上角为[1.0，1.0]。
 Visible:决定坐标轴是否可见
 **/

[X,map] = rgb2ind(RGB,n) 
/**
使用最小方差量化和抖动将RGB图像转换为索引图像X。map最多包含n个颜色。
**/

MATLAB getframe用法

F = getframe(H,Rect) 

H：图像句柄
Rect：一个四元素向量，Rect=[a b c d]，其中a表示截取区域到图像左端的像素数，b表示截取区域到图像底端的像素数，c表示截取区域水平像素数，d表示截取区域垂直向像素数。
F：是一个结构体,包含两个元素：cdata和colormap 

cdata：Rect中参数选择的区域的数据，一个三维数组，其中第三维的长度是3，即截取到的是区域中RGB的值。
colormap：调色板数据


效果图对比


当[X,map] = rgb2ind(RGB,n) %n=256时 由于图像是以8位存储的，n最大等于256。 

 

 

　　　　　　
当[X,map] = rgb2ind(RGB,n) %n=20时，可以看到n=20时，图片明显的模糊了很多　　　　　　　 

 


当[X,map] = rgb2ind(RGB,n) %n=0时，可以看到n=0时，图片丢失了更多的信息 

　　　　　　　　　 

 

 

　　　　　　　　　

动图一般有两种格式.gif以及.avi，都能拥有更好的展示效果
%% avi
close all; clear all;

aviobj = VideoWriter('test.avi','Uncompressed AVI');
open(aviobj) 

t = linspace(0,2.5*pi,40);
fact = 10*sin(t);
fig=figure;
[x,y,z] = peaks;
for k=1:length(fact)
    h = surf(x,y,fact(k)*z);
    axis([-3 3 -3 3 -80 80])
    axis off
    caxis([-90 90])
    F = getframe(fig);
    writeVideo(aviobj,F); 
    im = frame2im(F);
    [I,map] = rgb2ind(im,256); 
    if k == 1
        imwrite(I,map,'test1.gif','GIF', 'Loopcount',inf,'DelayTime',0.1);
    else
        imwrite(I,map,'test1.gif','GIF','WriteMode','append','DelayTime',0.1);
    end    
end
close(fig);
close(aviobj);

%% gif
clear all
h = animatedline;%动画线
axis([0 4*pi -1 1])
box on
x = linspace(0,4*pi,200);
 
for k = 1:length(x)
    y = sin(x(k));
    addpoints(h,x(k),y);%将数据添加到动画线中
    drawnow%画出动画线
    f=getframe(gcf);  
    imind=frame2im(f);
    [imind,cm] = rgb2ind(imind,256);
    if k == 1
        imwrite(imind,cm,'test.gif','GIF', 'Loopcount',inf,'DelayTime',1);
    else
        imwrite(imind,cm,'test.gif','GIF','WriteMode','append','DelayTime',1);
    end  
end
甚至也可以将.tif文件用这种方法做成动图