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使用插值在matlab简单绘制三维建模!

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+ K2 Z' x5 R- e# V; ^8 _, o

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。

- c* ~- x, Z) ^ y( m

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。

" N; @ L6 ~: Z6 T

1.什么是插值:

9 q3 ~# @. \2 c; D* L/ U

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:

& l( c- y; J6 F/ @3 }" U9 j

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。

1 U* q+ x- I9 D' K r. d% `3 a

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。

8 {% ^0 J/ v1 b2 L

2.Matlab的interp2命令:

' L- z$ D; b+ N1 M: y2 C

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。

+ g' c6 t' W8 e; @

Interp2官方文档介绍(截取):

3 c- y( b6 b$ s# u

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:

x1 m1 n+ K/ G+ I+ e

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。

- W2 q6 n" Y; N! k# e

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。

t9 Y: y2 [ C8 t% M4 `) u; ~ p

3.实例演示:

, ^8 N3 f. _) c1 W! K

以一个模拟平板表面温度模型实例为例:

, T! F9 _ B6 E- x& R+ I5 O" E

程序:

) w- H8 k/ O; g) ~: A1 q3 f
% W4 c d. C& l

(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)

* \" x" V( [+ g7 w7 h

效果图:

/ g! ~, N# A/ y, T; e3 N

原始数据图片(温度值用随机函数生成)

; r6 I4 P% j7 {, \& o* p2 r4 p
3 y5 @' A. }& C7 C& H& g

样条插值:

7 w y7 N9 x/ a9 @; s6 _ q
W3 F4 h2 `) _: U' f

双线性插值:

4 b) ^5 [: ? E( z
& `3 w' b3 n& Q G0 [! y& @+ _' Q

最近邻插值:

- ]6 h' x7 s! E3 y9 L7 r
% I+ j: i# }/ H. S" o0 N0 Y4 b

(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。)

3 b( Q D) H: G* `

4.延伸:

% |8 \! m* }6 A1 C. C# v3 n

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!

1 J; D3 h W- a' C8 r* D% }7 L

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!

/ _! g) {: A( m& D" H/ B' n

以下我随手画了两张()

! S1 U0 F |$ E
' J; j9 g# Q4 b2 X2 E
! }7 p: z2 `, l( V U6 e3 F& h( T

以上就是全部内容。

5 }& {$ g& k+ T' j2 D

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!

g, I7 T& I1 s+ Y3 n

2019.10.10 十文字冰糖

* M1 f) A2 n9 B4 h5 h5 C Z; D K& c( E: k: s3 h E& W# z) n: r* G + ^% R; C* n6 f, R 2 \) f* |- e8 @" h. C
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天笃
活跃在2026-4-4
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