Matlab绘制动态 .gif 图

2019年7月6日 221次阅读来源: 木子识时务

有的时候，gif 有助于对问题的理解，下面就介绍一下如何利用Matlab来绘制gif图。主要是源代码及结果展示，代码里面有注释，根据自己的需求，进行修改即可。

注：

以下程序均需另存为 m 文件运行，运行后在Matlab的当前路径下，可以看到相应的 gif 文件。
有的 gif 图片是由多个 gif 图片拼接而成的，拼接时所用的软件是 ulead gif animator，可自行搜索下载。
所测试的 Matlab版本是 R2016b，太低的版本可能没法运行

参考内容：
MATLAB getframe用法
 matlab制作GIF之hello world

1. 表现绘图过程，即图形的增长过程

%适用于在一幅图中表现给图过程，即图形的增长过程

%主要用来绘制三维的欧拉公式
clc;clear;clf;close all;

%获得数据
tmax = 4*pi;
t = 0:0.01:tmax;
tmp = exp(1i*t);
x = real(tmp);
y = imag(tmp);
[a,b] = size(x);
y1 = zeros(a,b) ;
x1 = zeros(a,b);

%确定首幅图的样式，并指定标题，坐标轴标题等样式
plot3(x(1,1),t(1,1),y(1,1),'black');
hold on
plot3(x(1,1),t(1,1),y1(1,1),'blue');
plot3(x1(1,1),t(1,1),y(1,1),'r');
axis([-1,1,0,tmax,-1,1])
str = ['$${e^{it}} = \cos t + i\sin t $$',char(13,10)','created by Lijunjie!'];
title({str},'interpreter','latex')
xlabel('实轴');
ylabel('时间轴');
zlabel('虚轴');
grid on;
set(gcf,'Position',[0,0,600,600], 'color','w');
set(gca,'ydir','reverse')   %反转坐标轴

%确保图像在采集的过程中包括坐标轴及标题
ax = gca;
ax.Units = 'pixels';
pos = ax.Position;
ti = ax.TightInset;
rect = [-ti(1), -ti(2), pos(3)+ti(1)+ti(3), pos(4)+ti(2)+ti(4)];

%在指定的范围内获得图像文件
frame = getframe(ax,rect);
im=frame2im(frame);

%创建gif文件，指定其样式，写入首帧图像
k = 1;
%用胞元存储采集到的图像，方便后面反转图像用
[I{k},map{k}]=rgb2ind(im,256);
imwrite(I{k},map{k,1},'mygif.gif','gif','Loopcount',Inf,'DelayTime',0.2);
 k = k + 1;
 
 %画图并采集到gif中
steptmp = 20;   %每幅图要画的点数
i = steptmp;
while i < (b-1)
    x_1 = x(1,(i-steptmp+1):i+1);
    t_1 = t(1,(i-steptmp+1):i+1);
    y_1 = y(1,(i-steptmp+1):i+1);
    y1_1 = y1(1,(i-steptmp+1):i+1);
    x1_1 = x1(1,(i-steptmp+1):i+1);
    plot3(x_1,t_1,y_1,'black');
    hold on
    plot3(x_1,t_1,y1_1,'blue');
    plot3(x1_1,t_1,y_1,'r');
    
    %下面是制作gif的主要代码，除了调节间隔时间外，一般不需要改动 
    ax = gca;
    ax.Units = 'pixels';
    pos = ax.Position;
    ti = ax.TightInset;
    rect = [-ti(1), -ti(2), pos(3)+ti(1)+ti(3), pos(4)+ti(2)+ti(4)];
    frame = getframe(ax,rect);
    im=frame2im(frame);
    [I{k},map{k}]=rgb2ind(im,256);
    %写入模式为“追加”模式
    imwrite(I{k},map{k},'mygif.gif','gif','WriteMode','append','DelayTime',0.1);  
    k = k + 1;
    
    i = i + steptmp;
end

%将图像按相反的顺序再写入到gif中
for i = (k-1):-1:1
imwrite(I{i},map{i},'mygif.gif','gif','WriteMode','append','DelayTime',0.1);  
end

结果图：

《Matlab绘制动态 .gif 图》图1

2. 表示一个参数对图形的影响

代码如下：

function second_order_system_gif_1()
    %此种情况用来表示某个参数变化时，对相关图形的影响
    %此函数用来表示当二阶系统的共轭极点的虚部变化时对系统的
    %频率响应和阶跃响应的影响
    %后期可以通过Ulead GIF Animator软件将这4张gif合并在一起
    %问题：图像大小设置为某些值时，可能会出错，需要重新调整
    
    clc;clear;close all;
    %初始化数据
    b = 2;
    a = 0:0.5:20;
    [~,size_a] = size(a);
    num = b.^2 + a.^2;
    for i = 1:size_a
        den{i} = conv([1 b + a(i) * 1i],[1  b - a(i) * 1i]);
    end
    w = 0:0.01:30;
    k = 1;
    %有多幅图，用胞元数组来指定文件名，从而方便在循环中使用
    fieldnames = {'1.gif','2.gif','3.gif','4.gif'};

    %画图，并制作gif
    %由于每次画图都要擦掉上一次画的图，所以图形不能一直用hold on
     for i = 1:1:size_a
        %完成图像的绘制，为了保证效果，要保证图像大小以及
        %坐标轴的范围不变
        figure(1);
         set(gcf,'Position',[0,0,300,400], 'color','w'); 
         
         [hz,hp,ht] = zplane(num(i),den{i});
         hold on;
         x_data = [0 hp.XData 0];
         y_data = [0 hp.YData 0];
         plot(x_data,y_data,'--');
         ylim([-22,22]);
         xlim([-6,6]);
         title(['二阶系统的极点',char(10,13)',...
             'Created by Lijunjie']);
         set(gca,'XTick',[-6:2:6]);
         hold off
        
        %采集绘制频率响应的数据
        h = freqs(num(i), den{i},w);
        mag = abs(h);
        phase = angle(h);
        phasedeg = phase*180/pi;

        figure(2)
        picture_positon;
        plot(w,mag);
        grid on;
        xlabel 'Frequency (rad/s)', ylabel Magnitude
        ylim([0 5.5]);
        xlim([0 30]);
        title(['二阶系统的幅频特性',char(10,13)',...
             'Created by Lijunjie']);
        figure(3);
        picture_positon;
        plot(w,phasedeg);
        xlabel 'Frequency (rad/s)', ylabel 'Phase (degrees)';
        ylim([-200,0]);
        xlim([0 30]);
        title(['二阶系统的相频特性',char(10,13)',...
             'Created by Lijunjie']); 
         
         sys = tf(num(i),den{i});
         figure(4)
         [y_tmp,t_tmp] = step(sys,3.5);
         plot(t_tmp,y_tmp);
         picture_positon;
         title(['二阶系统的阶跃响应',char(10,13)',...
             'Created by Lijunjie']); 
         xlabel('Time(seconds)');
         ylabel('Amplitude');
         axis([0 3.5 0 2]);
         
        %制作pdf
        if  i == 1
            %采集到首帧，需要设置gif的样式，以及确定图像的大小
            for j = 1:4
                figure(j)
                frame = getframe(gcf); % 获取整个窗口内容的图像
                im=frame2im(frame);
                [I{j,k},map{j,k}]=rgb2ind(im,256);
                imwrite(I{j,k},map{j,k},fieldnames{j},'gif','Loopcount',Inf,'DelayTime',0.2);
            end
        else
            for j = 1:4
                figure(j)
                frame = getframe(gcf);% 获取整个窗口内容的图像
                im=frame2im(frame);
                [I{j,k},map{j,k}]=rgb2ind(im,256);
                %追加模式
                imwrite(I{j,k},map{j,k},fieldnames{j},'gif','WriteMode','append','DelayTime',0.1);  
            end
        end
        k = k + 1;
     end
     
     %将采集到的图像以相反的顺序写入
     for i = (k-1):-1:1
         for j = 1:4
             imwrite(I{j,i},map{j,i},fieldnames{j},'gif','WriteMode','append','DelayTime',0.1); 
         end
     end
 
    function picture_positon
        %设置图像的大小
       set(gcf,'Position',[0,0,600,400], 'color','w'); 
    end
 end

结果是四幅图，如下：

《Matlab绘制动态 .gif 图》图2