文章目录
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- 一、三维绘图前期准备：数据生成与基础工具
- 二、plot3()：绘制三维线图
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- [1. 基本语法](#1. 基本语法)
- [2. 实战实例：绘制三维螺旋线](#2. 实战实例：绘制三维螺旋线)
- 三、mesh()：绘制三维网格图
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- [1. 基本语法](#1. 基本语法)
- [2. mesh与plot3的区别](#2. mesh与plot3的区别)
- [3. 实战实例：绘制peaks函数网格图](#3. 实战实例：绘制peaks函数网格图)
- 四、surf()：绘制三维曲面图
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- [1. 基本语法](#1. 基本语法)
- [2. surf与mesh的区别](#2. surf与mesh的区别)
- [3. 实战实例：绘制peaks函数彩色曲面图](#3. 实战实例：绘制peaks函数彩色曲面图)
- 五、contour()：绘制等高线图
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- [1. 基本语法](#1. 基本语法)
- [2. 实战实例：peaks函数等高线图](#2. 实战实例：peaks函数等高线图)
- 六、三维绘图进阶技巧
在科学计算、工程仿真和数据可视化领域，MATLAB凭借强大的绘图功能成为从业者的首选工具之一。三维绘图能够直观展现数据在三维空间中的分布规律和几何特征，而 plot3()、 mesh()、 surf()和 contour()是MATLAB中最核心的三维绘图函数，分别适用于三维线图、网格图、曲面图和等高线图的绘制。
一、三维绘图前期准备：数据生成与基础工具
1.MATLAB下载安装教程
MATLAB下载安装教程（附安装包）: https://blog.csdn.net/tyatyatya/article/details/147879353
2.MATLAB三维绘图函
在使用三维绘图函数前，首先需要生成三维空间的坐标数据。MATLAB中常用linspace()生成等间距向量，用meshgrid()将一维向量转换为二维网格矩阵，这是绘制三维图形的基础步骤。
linspace(a, b, n)：在区间[a,b]生成n个等间距的数值；meshgrid(x, y)：将一维向量x、y转换为二维网格矩阵X、Y，其中X的每行都是x，Y的每列都是y。
示例代码：
matlab
% 生成x轴和y轴的等间距向量
x = linspace(-2*pi, 2*pi, 100);
y = linspace(-pi, pi, 100);
% 转换为二维网格矩阵
[X, Y] = meshgrid(x, y);二、plot3()：绘制三维线图
plot3()是MATLAB中绘制三维折线/曲线的基础函数，适用于展示三维空间中数据点的连续变化趋势，比如运动轨迹、时间序列的三维关联等。
1. 基本语法
matlab
plot3(X, Y, Z)
plot3(X, Y, Z, LineSpec)
plot3(X, Y, Z, 'PropertyName', PropertyValue)X、Y、Z：可以是长度相同的一维向量（绘制单条曲线），也可以是同维度的矩阵（绘制多条曲线）；LineSpec：可选参数，用于指定线条样式、标记符号和颜色，如'r--o'表示红色虚线+圆形标记；PropertyName：可选属性，如LineWidth（线宽）、MarkerSize（标记大小）等。
2. 实战实例：绘制三维螺旋线
三维螺旋线是典型的三维曲线案例，其数学表达式为x=cos(t)、y=sin(t)、z=t，具体实现代码如下：
matlab
% 生成参数t的取值
t = 0:0.1:10*pi;
% 计算三维坐标
x = cos(t);
y = sin(t);
z = t;
% 绘制三维螺旋线
plot3(x, y, z, 'b-', 'LineWidth', 2);
% 添加坐标轴标签和标题
xlabel('X轴');
ylabel('Y轴');
zlabel('Z轴');
title('三维螺旋线');
% 显示网格
grid on;
% 开启坐标轴等比例
axis equal;代码说明：
grid on：显示网格线，增强图形的空间感；axis equal：设置三个坐标轴的刻度比例一致，避免图形变形；xlabel/ylabel/zlabel：为坐标轴添加标签，提升图形可读性。
运行后将得到沿Z轴上升的螺旋曲线，清晰展现三维空间中曲线的连续变化。
三、mesh()：绘制三维网格图
mesh()函数用于绘制三维网格图，通过线条的交叉构成网格面，侧重展示三维曲面的拓扑结构，适合观察数据的整体分布趋势，而不强调曲面的填充效果。
1. 基本语法
matlab
mesh(X, Y, Z)
mesh(X, Y, Z, C)
mesh(..., 'PropertyName', PropertyValue)X、Y、Z：必须是同维度的二维矩阵，Z表示网格点的高度值；C：可选参数，用于指定网格的颜色映射，默认与Z的数值关联；- 常用属性：
EdgeColor（网格线颜色）、FaceAlpha（透明度，仅对后续版本有效）等。
2. mesh与plot3的区别
plot3()绘制的是线，数据维度为一维向量或按列/行的矩阵；mesh()绘制的是网格面，数据必须是二维矩阵，展现的是整个曲面的轮廓。
3. 实战实例：绘制peaks函数网格图
MATLAB内置的peaks()函数是一个经典的三维测试函数，其表达式包含多个高斯分布的叠加，适合用于三维绘图演示。
matlab
% 生成网格数据
[x, y] = meshgrid(-3:0.1:3, -3:0.1:3);
% 计算peaks函数的z值
z = peaks(x, y);
% 绘制三维网格图
mesh(x, y, z);
% 添加标签和标题
xlabel('X轴');
ylabel('Y轴');
zlabel('Z轴');
title('peaks函数三维网格图');
% 开启颜色条
colorbar;代码说明：colorbar会显示颜色与Z值的对应关系，帮助直观判断曲面的高度变化。
四、surf()：绘制三维曲面图
surf()函数与mesh()语法类似，但它会对网格之间的区域进行颜色填充，更适合展示三维曲面的细节和连续的颜色渐变，视觉效果比网格图更丰富。
1. 基本语法
matlab
surf(X, Y, Z)
surf(X, Y, Z, C)
surf(..., 'PropertyName', PropertyValue)参数含义与mesh()一致，核心区别在于surf()会填充网格的面，而mesh()仅绘制网格线。
2. surf与mesh的区别
mesh()：仅显示网格线，无面填充，突出曲面的框架结构；surf()：填充网格面，颜色可随高度或自定义参数变化，更适合展示曲面的连续特征。
3. 实战实例：绘制peaks函数彩色曲面图
在surf()中可通过shading函数调整颜色渲染方式，shading interp表示插值着色，使颜色过渡更平滑。
matlab
% 生成网格数据
[x, y] = meshgrid(-3:0.1:3, -3:0.1:3);
% 计算peaks函数的z值
z = peaks(x, y);
% 绘制三维曲面图
surf(x, y, z);
% 设置插值着色
shading interp;
% 添加标签、标题和颜色条
xlabel('X轴');
ylabel('Y轴');
zlabel('Z轴');
title('peaks函数三维曲面图');
colorbar;
% 设置视角（方位角30°，仰角45°）
view(30, 45);代码说明：view(az, el)用于调整图形的观察视角，az是方位角（绕Z轴的旋转角度），el是仰角（与XY平面的夹角）。
五、contour()：绘制等高线图
contour()函数用于绘制二维等高线图，而contour3()可绘制三维等高线图，二者均通过等高线的疏密和数值，反映三维曲面在XY平面上的高度分布特征，广泛应用于地形分析、气压分布等场景。
1. 基本语法
（1）二维等高线contour()
matlab
contour(X, Y, Z)
contour(X, Y, Z, n)
contour(X, Y, Z, v)n：指定等高线的条数；v：一维向量，指定等高线的高度值，如v=[-2, 0, 2]仅绘制高度为-2、0、2的等高线。
（2）三维等高线contour3()
matlab
contour3(X, Y, Z, n)参数与contour()一致，只是将等高线绘制在三维空间中对应的高度位置。
2. 实战实例：peaks函数等高线图
分别绘制二维和三维等高线，对比展示高度分布：
matlab
% 生成网格数据
[x, y] = meshgrid(-3:0.1:3, -3:0.1:3);
z = peaks(x, y);
% 绘制二维等高线图（子图1）
subplot(1,2,1);
contour(x, y, z, 15); % 绘制15条等高线
xlabel('X轴');
ylabel('Y轴');
title('peaks函数二维等高线');
colorbar;
grid on;
% 绘制三维等高线图（子图2）
subplot(1,2,2);
contour3(x, y, z, 15);
xlabel('X轴');
ylabel('Y轴');
zlabel('Z轴');
title('peaks函数三维等高线');
colorbar;
grid on;代码说明：subplot(m,n,p)用于将绘图窗口分为m行n列，并在第p个位置绘制图形，方便对比不同绘图效果。
六、三维绘图进阶技巧
- 视角调整 ：除了
view(az, el)，还可以使用rotate3d on开启交互式视角旋转，用鼠标拖动即可调整观察角度； - 颜色映射 ：通过
colormap函数设置颜色方案，如colormap jet（彩虹色）、colormap gray（灰度）、colormap cool（冷色调）； - 透明度设置 ：对
surf()绘制的曲面，可通过alpha(0.5)设置透明度（0为完全透明，1为不透明）； - 图形标注 ：使用
text(x, y, z, '标注内容')在三维空间指定位置添加文本标注，用legend()添加图例。