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使用插值在matlab简单绘制三维建模!

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, u2 d* x" ]4 x! W& @5 \

Matlab是一门功能强大的语言,不过一直地位尴尬,不冷不热。尽管很多学生都跟它打过交道,但大多浅尝辄止,用完完事。

4 x: o, d D0 [" V1 p4 M3 C5 {

写这篇文章缘于我昨天接了一张matlab的三维模型的外包,出图的时候用了插值算法。在与同学朋友交流的过程中,我发现身边的很多大佬都不了解matlab里的这个很实用的插值命令。关于这方面,网络上也没有讲的很详细的文章,这才斗胆来置喙。

2 e# R5 v) ]3 \( f& w

1.什么是插值:

' w' [- @3 c' ?* ~

学过离散数学的人应该都知道插值的定义。这里简单地介绍一下插值的概念:

在离散数据的基础上补插连续函数,使得这条连续曲线通过全部给定的离散数据点。(百 度百科定义)

· 用一个简单的方式讲:

& b: Z2 Z; R( U5 p

插值方法可以将给定的一些孤立数据点拟合成一个完整的函数。

- E9 G) o+ o8 v/ A& g* i

插值实现的方法很多,例如多项式(牛顿插值),埃尔米特,样条插值,高斯三角插值,分段插值等。如果对插值有兴趣又不想太深入了解,可以仅搜索一下牛顿插值的推理。

: _$ k8 Q2 {- R( z

2.Matlab的interp2命令:

% n j! P H) W8 E* W

interp是matlab自带的插值函数,我们将用这个函数来画我们的三维模型。使用时候可以自己定义想要以实现插值的方式。interp1是对一维数据的插值,本文只讲述针对二维数据的插值命令interp2。

* _" \0 Q, j# b. ]

Interp2官方文档介绍(截取):

2 U8 o9 G" Z8 Q4 T r

Vq = interp2(X,Y,V,Xq,Yq) interpolates to find Vq, the values of theunderlying 2-D function V at the query points in matrices Xq and Yq.

Matrices X and Y specify the points at which the data V is given.Xq can be a row vector, in which case it specifies a matrix with constant columns. Similarly, Yq can be a column vector and it specifies a matrix with constant rows.

百度翻译:

/ {8 g0 S& T$ \% l& ~

vq=interp2(x,y,v,xq,yq)插值以查找vq,即矩阵xq和yq中查询点处底层二维函数v的值。

矩阵x和y指定给数据v的点。xq可以是行向量,在这种情况下,它指定一个具有常量列的矩阵。类似地,yq可以是列向量,它指定一个具有常量行的矩阵。

简单地加以解释一下,interp2函数中的五个参数,前两个参数分别存储已知插值点的两个坐标,第三个参数是插值点的数据。后两个参数是预测点,返回的是预测点在拟合插值函数上的数据。

: X% b" t# i, _3 F4 C; ?

Interp2被重载过多次,调用方法也很多,有兴趣者可自行搜索官方文档。上述仅为较常用一例,下文实例演示时也是使用的这个范式。

6 |4 F% H2 z/ |. j' N. c" j

3.实例演示:

" R9 S% u! D; }6 _* _6 i

以一个模拟平板表面温度模型实例为例:

7 \, c" @, T* d! p

程序:

# I3 x1 @ h7 E: B2 N
% ~' j+ Q) `! G" A( V; V8 R

(截图中interp2函数的第六个参数是对插值方法的选择,interp2提供了最近邻插值(nearest),双线性插值(linear),样条曲线插值(spline),双三次插值(cubic)五种插值方法以供选择)

( U8 M7 f* e1 ?. q

效果图:

. [* M) Y. A# Z5 l

原始数据图片(温度值用随机函数生成)

p( s6 g/ P% H0 _: d/ ?2 D
; ^& L7 ]: q, y% q3 b# e5 a W9 I

样条插值:

$ j' B& j3 X& C' z
) O m/ X- ~: n% f$ U

双线性插值:

1 p- n* T0 }% y# W( X' [
: K, C+ U7 H5 p" I

最近邻插值:

) s" j) H4 F: a g% j
( b9 }: K: S* [# d, ^0 Q

(由于每次程序运行都会随机生成一次新的温度初始值,所以插值图案起伏规律有所不同。)

5 \; W; a i" Y. I K

4.延伸:

( a, \% w' q6 i u4 L

有了这个插值的方法,我们就可以使用同一个程序模板。只需要改变插值点的数值就能在matlab中简单地画出三维模型!

/ R: k# n2 K: } p

也许有时候插值点太少精度会不够,或是插值点过多,图像变得粗糙不平。但如果你需要根据某图绘制出一个相似的形状时,这仍然不失为一个好用的画三维模型图的方法!

$ }# B$ G* S+ b$ O

以下我随手画了两张()

+ Y: F$ p8 O0 i3 P
% q2 R4 s# x: v& z9 j1 |4 N& ?
8 J8 {) l E' I8 [$ J4 \

以上就是全部内容。

1 C: l4 B C7 X* k

每次都是在社区中看大佬的文章(),第一次写文章回馈社区,多有疏漏欢迎指正!

1 Y* {! Q! G0 d7 F$ N$ w

2019.10.10 十文字冰糖

3 _* n7 i! |0 a f3 X - Z5 ]" h3 C! C! ~: J, Z ) U: T% u0 B7 \5 g+ R5 ]& S: n0 _* X6 B2 o 1 ?; K. J% }/ R p3 C+ Z' D* m
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天笃
活跃在昨天 20:12
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