今天的推文，我們主要來介紹matlab中幾種繪制動态圖像的方法。首先，以之前介紹過的心形圖為例，來說明在matlab中如何将繪圖過程儲存為gif動态圖像。
1. Matlab繪制GIF圖像
Step1：生成三維心形線坐标 ，三維空間下的心形線方程為：
為了求解滿足該方程所有點坐标，首先定義了在xyz坐标軸上[-3,3]範圍内分别取101個點，用meshgrid得到101*101*101的三維網格點資料，計算每個網格點上函數
的取值 val ，所有 val 為 0 的點即為心形線坐标點。 Step2：在YOZ平行平面上繪制心形線 ，令X取定值，提取該平面上所有val取值為0的網格點(Y,Z)坐标，繪制心形線。在這裡，提取val為0的點，通過提取等值線來實作，(Y,Z)=contourc(val(:,X,:),[0,0])，具體這部分matlab代碼為：
for X = 35:67 %提取不同X取值下，與YOZ平行的平面上，f(y,z)取值 plane = reshape(val(:,X,:),101,101); %提取val為0的等值線，即滿足f(y,z)=0的坐标點 c_data = contourc(plane,[0,0]); x_data = X*ones(1,c_data(2,1)); %繪制在YOZ平行平面上的心形線 plot3(x_data,c_data(2,2:end),c_data(1,2:end),'r'); axis([30,80,30,80,30,80])axis offEnd
Step3：将圖像儲存為gif檔案 ，在matlab可以使用imwrite将圖像儲存為gif，但需要将圖像資料儲存為索引圖像。其中，儲存第一張圖像時，需要建立gif檔案，之後的圖像全部采用append的方式進行添加即可。儲存gif檔案的基本架構為： 其中，getframe是為了抓取目前繪制的圖像，frame2im函數将目前圖形儲存為rgb圖像，rgb2ind函數将rgb圖像儲存為索引圖像。 所謂索引圖像是指一個資料矩陣A，一個顔色映像矩陣Map。其中Map是一個包含三列、若幹行的資料陣列，其中每個元素的值均為[0, 1]之間的雙精度浮點型資料。Map矩陣的每一行分别表示紅色、綠色和藍色的顔色值。 在MATLAB中，索引圖像是從像素值到顔色映射表值的“直接映射”。像素顔色由資料矩陣X作為索引指向矩陣Map進行索引，例如，值1指向矩陣Map中的第一行，值2指向第二行，以此類推。 索引圖像的使用解決了圖像資料矩陣消耗記憶體過大的問題，rgb圖像需要一個三維資料矩陣才可以表示，索引圖像隻需要一維資料矩陣和一個map就可以表示了。 Setp4：同理，繪制XOY平行平面和XOZ平面的心形線，并繼續儲存到gif檔案中即可。 完整代碼在公衆号背景回複“ 動态心形線 ”即可擷取。
2. Matlab建立動畫線條
我們在繪制動态圖像的目的一般是為了展示圖像的繪制過程，或者是為了在串行擷取資料時，實時展示圖像。
為了實作實時繪圖的動畫，我們需要借助于matlab中的animatedline函數(注意：這是matlab在2014a版本之後才才更新的一個函數，2014a包括2014a之前版本的matlab都不能實作這個功能)。
- an = animatedline 建立一根沒有任何資料的動畫線條并将其添加到目前坐标區中；
- an = animatedline(x,y) 建立一根包含由 x 和 y 定義的初始資料點的動畫線條；
- an = animatedline(x,y,z) 建立一根包含由 x、y 和 z 定義的初始資料點的三維動畫線條；
- an = animatedline(___,Name,Value) 使用一個或多個名稱-值對組參數指定動畫線條屬性。例如，'Color','r' 将線條顔色設定為紅色。
當然，animatedline建立了一個動畫線條，為了讓這個線條動起來，我們需要給它繼續添加坐标點，這裡就需要用到addpoints函數。
- addpoints(an,x,y) 向動畫線條an中，添加二維點；
- addpoints(an,x,y,z) 向動畫線條an中，添加三維點。
由此，我們寫一下，實作動态線條的基本架構：
h = animatedline('Color','r','LineWidth',3);for k = 1:length(x) addpoints(h,x(k),y(k)); end
基于這兩個函數，就可以完成上圖的動态繪圖效果了，結合第一節中介紹的gif檔案儲存方式，我們還可以将繪圖過程輸出為gif檔案。
t = 0:0.1:2*pi;x = 16*(sin(t)).^3;y = 13*cos(t)-5*cos(2*t)-2*cos(3*t)-cos(4*t);axis off;set(gcf,'color',[1 1 1]);[A,map] = rgb2ind(frame2im(getframe),256);imwrite(A,map,'xin2.gif','LoopCount',65535,'DelayTime',0.1);h = animatedline('Color','r','LineWidth',3);for k = 1:length(x) addpoints(h,x(k),y(k)); axis([-20,20,-20,20]) [A,map] = rgb2ind(frame2im(getframe),256); imwrite(A,map,'xin2.gif','WriteMode','append','DelayTime',0.1);end
3. Matlab動畫循環播放
Movie函數可以實作電影動畫，一次運作結果可以儲存起來進行多次播放，同時可以生成avi視訊檔案，獨立于matlab進行使用。 在進行movie函數建立動畫之前，需要用moviein函數儲存繪制的圖形資料，建立一個足夠大的矩陣，使之能夠容納基于目前繪制的圖形(此處稱為幀)。 當建立了一系列的動畫幀後，可以利用movie函數按照指定的速度和次數運作該電影動畫。 m ovie函數的調用格式為：
- movie(M) 将矩陣M中的動畫幀播放一次；
- movie(M,n) 将矩陣M中的動畫幀播放n次；
- movie(M,n,fps) 将矩陣M中的動畫幀以每秒fps幀的速度播放n次。
接下來，我們以三維曲面的動态變化為例，展示一下movie函數效果。
本文介紹了幾種關于matlab繪制動畫的基本函數，在這些基本的函數基礎上，可以結合圖像處理技術還可以做出更多豐富的動畫特效，這些内容可以在之後的推文中慢慢了解。