Đồ họa với matlab

Đồ họa với matlab

ĐĂNG MINH HOÀNG

NHÀ XUẤT BẢN THỐNG KÊ

DANG MINH HOANG

Lời giới thiệu MATLAB là một ngôn ngữ lập trình cấp cao được dùng trong lãnh vực thuật toán Ngôn ngữ được kết hợp với sự tính toán, sự thực tiễn và lập trình trong môi trường đễ sử dụng khi mà những

vấn đề và các giải pháp được diễn đạt tương tự như cách giải toán

Chương trình bao gồm:

e - Toán học và các phép tính

e Triển khai thuật giải

« - Phân tích dữ liệu, khám phá và hiển thị

e Triển khai các đồ hình, sóng hiệu chấn động

e Triển khai chương trình bao gồm việc thiết kế các chương

trình giao diện đồ họa

MATLAB là một hệ thống tương tác với những thành phần

dữ liệu cơ bản là một mảng mà không cần một chiều hướng (dimension) bat ky Diéu nay cho phép ban gidi quyết được rất

nhiều vấn để trong kỹ thuật tính toán; đặc biệt là đối với các ma trận và các công thức tính các vector, rút ngắn được rất nhiều thời gian lập trình theo ngôn ngữ C hoặc FORTRAN

MATLAB là một thuật ngữ đườc viết tắt từ Matrix

Laboratory, thoạt tiền được viết với mục đích làm cho việc truy cập các phần mềm ma trận triển khai từ các đề án LINKPACK

và EISPACK ~ các chương trình tạo ảnh nghệ thuật được tính toán theo ma trận được đễ dàng và nhanh chóng

Theo thời gian, MATLAB đã được rất nhiều người chấp

nhận Trong các học đường, MATLAB được xem như là một công

cụ giảng dạy chuẩn trong lãnh vực khoa học, kỹ thuật và toán

học Trong công nghiệp, MATLAB là một công cụ được dùng để

phân tích, triển khai và nghiên cứu

MATLAB đưa ra những đặc tính quen thuộc đối với các giải

pháp ứng dụng đặc biệt gọi là các hộp công cụ (tool box) Rất quan trọng đối với hầu hết những người sủ dụng, những hộp công

cụ này cho phép bạn tìm hiểu và ứng dụng những kỹ thuật đặc

biệt Những hộp công cụ là các sự tuyển chọn bao hàm của các

chức năng MATLAB (các tập tin M - M-fies) được triển khai trong môi trường MATLAB để giải quyết từng hạng mục của các vấn để Lãnh vực mà các hộp công cụ được sử dụng bao gồm việc

xử lý các tin hiệu, kiểm soát hệ thống, các mạng trung tính MATLAB gồm 5 thành phần chính:

cao để điều khiến các câu lệnh, các hàm, cấu trúc dữ liệu,

nhập/xuất và các đặc tỉnh lập trình hướng đối tượng Nó cho

phép cả hai “lập trình nhỏ“ để nhanh chóng tạo và đưa ra các chương trình, và “lập trình theo lớn” để tạo các chương

trình ứng dụng phức tạp và bao quát

và những thành phần tiện ích để bạn sử dụng như những

người sử dụng hoặc các lập trình viên MATLAB Chúng bao

gồm những đối tượng tiện ích được dùng để quản lý các thay đổi trong môi trường làm việc cũng như nhập và xuất các đữ liệu Ngoài ra, chúng cũng bao gồm những công dùng vào việc khai phá, quan lý, gỡ rối, và tạo các tập tin nén M-files,

các trình ứng dụng của MATLAB

* Đồ hình Đây là một hệ thống đổ họa của MATLAB Chúng bao gồm các lệnh cấp cao cho các đữ liệu hiện hữu hai chiều hoặc ba chiều, xử lý hình ảnh, chuyến động và những đối tượng hình ảnh giới thiệu Ngoài ra, chúng cũng bao gồ:n các lệnh cấp thấp cho phép bạn hoàn toàn sở thích hóa tính hiến thị của các đối tượng hình ảnh cũng như thiết kế những đối tượng giao dién hinh anh (GUI) trong các chương trình:

MATLAB.

Thư viện hàm toán học MATLAB Đây là một sự lựa chọn của các chương trình thuật toán từ những công thức cơ

bản như sin, cosin, số phức cho đến các hàm toán học phức

tạp hơn như ma trận đảo, các hàm số Đessel

Trình giao diện ứng dụng MATLAB (APJ) Đây là một chương trình giao điện cho phép bạn lập các chương trình

ứng dụng theo ngôn ngữ C hoặc FORTRAN để tương tác với MATLAB Chúng bao gồm những thành phần tiện ích để gọi

các đại lượng từ MATLAB (liên kết động), triển khai MATLAB khi tính toán kỹ thuật cũng như lập và đọc các tập tin MAT

Do chủ trương của tác giả mong muốn các bạn nắm được

các nguyên lý cơ bản về cách sử dụng chương trình MATLAB nên

quyển Đồ họa với MATLAB 5.3 chỉ đề cập đến cách dùng các chương trình thuật giải để vẽ các dé thị, hình ảnh từ đơn giản đến phức tạp mà không đi sâu về cách dùng ngồn ngữ lập trình

để tạo các tập —M hoặc MAT hoặc dùng chương trình Simulink

và các ma trận phức để tạo các mô hình trong lãnh vực công

nghệ, kiến trúc Mong các bạn thông cảm

Trân trọng

Chương Í

Cài đặt MATLAB

Cài đặt chương trình

Quy trình cài đặt MATLAB 5.3 cũng tương tự như tác vụ cài

đặt các chương trình phần mềm khác, chỉ cần theo các hướng dẫn trong khung thoại và nếu cần thiết, bổ sung thêm các thông

nên sau khi gắn

đĩa CD vào ổ đĩa

3 Khung màn hình thứ hai chỉ hiện những thông tin về bản quyển của chương trình Kích Yes để sang khung màn hình

cài đặt kế tiếp

4 Trong khung màn hình Customer Information, nếu cần thiết, đánh tên họ, công ty Nhập mã khóa của chương trình vào khung Personal License Password Kích tiếp Next

Trong khung man hinh Select MATLAB Components, kich

xóa những thành phân cảm thấy không cân thiết sử dụng

trong chương trình để dành thêm dung lượng trống Muốn

kiểm tra dung lượng của chương trình, kích thước lệnh Disk Space để quan sát

Sau khi kích panes pool

Seuz hen rbledrdolog yeự MATUAÑ comgsnertz

gmarctacetae orale were ATLAS AP sheer HN ae

chương trình; [satan Topics | Other Products

kế tiếp hiện tte |

Windows

Khởi động và thoát khỏi chương trình

To get started, type one of these: helpwin, helpdesk, or demo

For product information, type tour or visit ww.mathworks.con i

Cũng như các chương trình chạy trong môi trường Windows

khác, MATLAB cũng có những thành phần giao diện của riêng

chương trình

>

`

Dòng trên cùng là thanh tiêu đề gồm:

Tan trai là biểu tượng chương trình

Khi kích vào biểu tượng này,

MATLAB hiện menu xổ chứa các

lệnh liên quan đến việc xử lý khung

cửa sổ chương trình cũng như thoát

khỏi chương trình

Kế biểu tượng là tên chương trình

cùng với tên cửa sổ chương trình Tận phải là ba biểu tượng

có chức năng phóng to, thu nhỏ khung màn hình cũng như

thoát khỏi chương trình

Dòng thứ hai là thanh trình đơn gồm các menu chính chứa các lệnh liên quan đến việc tạo, xử lý, gán thuộc tính vào đồ

thị

Dòng thứ ba là thanh công cụ chứa các hộp công cụ dùng để

điều hoạt lệnh nhanh thay cho việc kích chọn tên lệnh trong

thanh trình đơn

Phần chiếm gần trọn màn hình là nơi nhập các lệnh liên quan đến việc vẽ đồ thị, gán thuộc tính cho đối tượng

Cuối cùng là thanh tác vụ hiện thông tin về tình-trạng đang

xử lý, thực hiện trên đối tượng hiện hành

“Thoát khỏi MATLAB

Từ khung màn hình MATLAB Command Window, đánh lệnh quit hoặc kích biểu tượng Close (X) nằm ngay góc phải thanh

tiéu dé MATLAB

15

Chương 2

Môi trường

MATLAB

To get started, tựp#`one 9£ these: helpain, helpdesk, or deno

For product infornation, tụpe tour or visit www.nathworks.com

đend|

Dấu mời lệnh

Cac phim mii tén va phim khién

Cũng như các chương trình phần mềm hoạt động trong môi trường Windows, ngoài việc dùng mouse để khiển lệnh, MATLAB cũng dùng các phím mũi tên và phím khiển để di chuyển con trỏ đến vị trí hoặc đối tượng muốn xử lý

17

Home Ctrl +.a Về đầu dòng

End Gtl+e Về cuối dòng

Esc 0trl+n Xóa một dòng

Del Gtrl + d Xóa ký tự ngay vị trí con trỏ

Backspace Ctrl + h Xóa ký tự trước con trỏ

Ctrl +k Xóa đến cuối dòng

Xóa khung cửa sổ

Dùng lệnh cle để xóa khung cửa sổ dòng lệnh Lệnh này không xóa trang màn hình lập trình mà chỉ xóa khung cửa sổ Sau khi ding lénh ele, ban vẫn có thể cùng phím mũi tên để

quan sát từng dòng chương trình

"Thí dụ, từ dấu mời lệnh >> trong khung cửa sổ nhập lệnh

MATLAB Command, đánh lệnh ele, những dòng hướng dẫn sẽ bị xóa sạch

Định trang

Dùng lệnh more để kiểm soát số lượng trang trong khung

cửa sổ nhập lệnh

Theo mac định, lệnh more được gán ở trạng thái off Khi

lệnh được gán về trạng thái on, từng trang chương trình một (chế độ đầy màn hình) sẽ hiện lên màn hình Sau đó dùng phím:

« Enter (Return) : Nhẩy xuống dòng dưới

* Space : Sang trang ké

* P : Kết thúc thể hiện trang

Ngắt lệnh

Nếu ngắt dòng lệnh bằng cấu chấm phẩy (;) MATLAB sé

thực hiện việc tính toán nhưng không hiện kết quả Tuy nhiên,

nếu như dòng thứ hai, con số đầu tiên không gán toán tử,

MATLAB sé hién thông tin báo lỗi

ngay tức thì

Định dạng số

Dùng lệnh format để định dạng những giá trị thuộc dạng

số đang thể hiện trong trang lập trình

Lệnh chỉ ảnh hưởng đến cách thể hiện của những con số, chứ không ảnh hưởng đến việc MATLAB lưu lại hoặc tính toán

Để có thể định dạng chung cho cả những con số đang thể hiện

hoặc của MATLAB, dùng lệnh sprintf hoặc fprintf

Đối với hệ điều hành Windows, bạn có thể thay đổi dạng

mặc định bằng cách thay đổi các thông số trong khung thoại Preferences tii menu File và chọn thể loại từ thước lệnh General

Trang lập trình MATLAB

Trang lập trình MATLAB chứa các tập hợp biến (được gọi là các mảng) để bạn có thể điều hoạt từ dòng nhập lệnh

Màn hình MATLAB

Dùng lệnh who hoặc whos để quan sát những gì đang thể

hiện trong trang lập trình

© Who chỉ hiện tên

e Whos hién tên, kích thước và loại thông tin dữ liệu

rand total is 1 elements using 8 bytes:

soali pillanì MO) #3 aFÌR 4Ø 08/4:£M'WDI 21

21

Xóa màn hình lập trình MATLAB

Ding lénh clear để xóa tất cả các tham biến còn đang tổn

tại trong khung màn hình lập trình

Tải và lưu trang lập trình

trong quá trình aon [Por 1/44) 2) Ø 0 ở đi —i A0 8 & 9W Ạ (8 *Ï

đang thiết lập

và sau đó tải lại dữ liệu trong trang lập trình MATLAB để sửa

đổi Lệnh save và load cũng có thể du nhập hoặc xuất các tập

tin dữ liệu thuộc dạng văn tự

Trong môi trường Windows, lệnh save cũng cũng được gọi bằng cách từ menu File, chọn Save Workspace As và lệnh load cũng được gọi từ menu Eile/Load Workspace

Tìm đường dẫn

MATLAB dùng lệnh path để truy tìm các tập tin M- Những tập tin M- này được kết hợp trong các thư mục thuộc hệ thống Rất nhiều thư mục của tập tin M- này được cung cấp theo chương

trình MATLAB, trong khi một số tập tin khác lại được dùng riêng như các khung lệnh

* Tim foo nhu là một tham biến

e _ Kiểm tra foo như một hàm được lập sẵn

e Tim trong thu mục hiện hành với tên tập tin foo.m

e Truy tìm các thư mục theo đường dẫn với foo.m

Nếu như

bạn có hơn một

hàm mang cùng To get started, type ne oF these: heÖpdia, BaÖỹ$exk, or sens

tên, thivcht e6 Fer pcedoet inernation, type tour or visit wmwrastaserks-com tên hàm đầu

Các tham số với lệnh path

Dùng lệnh path với các tham số :

e path không mang một tham số bất kỳ, MATLAB sẽ hiện toàn bộ thư mục trong chương trình hiện hành

« - path (s), với s là một chuỗi, MATLAB cài đường dẫn và s

e addpath /hom/lib va (path, /home/lib’) cd ha lénh sé néi

thư mục mới vào đường dẫn

« rmpath /homeilib loại bỏ đường dẫn /home/Hb

"Thí dụ, ngay dòng mời lệnh, đánh lệnh addpath /home/lib, néu

có lỗi, MATLAB sẽ hiện đường dẫn thư mục cừng thông tin chỉ

tiết về lỗi xảy ra

To get started, type one of these: helpuin, helpdesk, or đeno

For praduct information, type tour or visit ww.nathuorks con

adapath /home/1ib

larni/ 9: Directory access failure: \hone\1ib

\HATLABR11\toolbox\natlab\generai\path.n at line 117

ITLABR14\tøe#®s@ cnatlab\general\addpath.n at line 67

1 HATLAB path warning occurred

P TLABRTf%cop1box\nat1ab\genera1\path.m at line 117

Ấn E?\RATLABR11\toe1box\mat13b\generaJ\addpaEh.n at 1ine 67

Đường dẫn mặc định

Đường dẫn mặc định được ghi nhớ giữa các thành phần tiện

ích đã được xác lập trong tập tin pathdef thuộc thư mục mang

tên local trong hệ thống Lệnh này tự động điều hoạt mỗi lần

khởi động MATLAB

24

Hy vàn cay

pathoe£

ns =

s\MATLAGR11\ toolbox\ matlab \geperal ;C:\MATCABR11\ toolbox\matlap\ ops ;C!\ RR

demos C : \HATLAGR11\ tool box\contro) 5C=\HATLABR1 1\toatbox\concrol\ctriguis;

\

Suef ONION 2 — SS

lesugiÌ)eidt

fia 2

Hạn có thể nhập lệnh pathdef ngay dòng mời lệnh để quan

sát tập tin pathdef (Tập tin này có dạng tương tự như

Conñg.sys của DOS) Ngoài ra, người sử dụng có thể dùng lệnh

pathtool mở khung màn hình Path Browser để sửa đối nội dung tập tin pathdef

I\BATLASBL1\conlbor\metiabielaar

, XATLkRLL\Eooe1hbox \ mat Lah \ xpax fan

+ NHATLIXBE))\Eoolbox\aec+Lab\ r epnzd

graph3đ

: NEATTXBĐBI)\Co©1bon vec14B\ pecdgr aoh

XRÀTLÀBBI1\too1bax\ mắc Lab\ graphalcE

dhst ack.m đhucarus, đ®b:c«p.n

25

Các tập tin nằm trong đường dẫn

Dùng các lệnh sau để quan sát và dùng các tập tin trong

e _ Dùng lệnh ed thuần túy để hiện thư mục hiện hành

« Dùng lệnh cđ với đường dẫn để thay đổi thư mục hiện hành

To get started, type one of these: helpwin, helpdes

For product information, type tour or visit www.mat =)

Mở các tập tin trong MATLAB

Dùng lệnh open để mở cdc tap tin trong MATLAB dua theo các phần mở rộng như sau:

Tập tin hình ảnh (°.fig) Mở hình ảnh trong khung màn hình đồ họa

Tap tin M- (.m) Mở tập tin tên M- trong màn hình Editor

Tập tin Model (”.mdl) Mở các lập tin kiểu dáng trong màn hình

Simulink

Tham biến (Variable) Mở các tên tập tin mảng trong màn hình Array

Editor (mảng phải thuộc dạng số)

Các tập tin P- Mở các tập tin M- tương ứng (.m) trong khung

SP TH, iu)

‘Show Graphic Propary Et

Là 6n a

Hiện menu xổ chứa các lệnh Sa Pah

liên quan đến việc tạo mới, quần lý, mea :

gán thuộc tính cho những đối tượng Bint

môi trường bạn tạo

cũng như sửa đổi, gỡ

rối các tập tin

chương trình như

M-ñle hoặc MEX-

fñle hoặc các đối 4 ==———= =

tượng lệnh nào đó X«lIst4lR I2 89 asherne WEB

để thực hiện cho

một tác vụ nào đó Để có thể tạo các tập tin này, bạn phải dùng

ngôn ngữ lập trình C hoặc FORTRAN

Khi khung màn hình Figure hiện ra, nó nằm chồng lên

khung cửa sổ nhập lệnh của MATLAB Để tạm thời đóng lại khung màn hình Figure và trở về khung cửa sổ nhập lệnh

MATLAB, kích lệnh File cia khung man hinh Figure va chon

Close tif menu xé

Để dành toàn bộ không gian trống trong khung màn hình

nhập lệnh, ngay dấu mời lệnh >>, đánh lệnh ele Dòng thông tin

hướng dẫn biến mất và dấu mời lệnh nhẩy lên góc trái trên cùng

31

khung màn hình nhập liệu; đồng thời, cũng để phóng to khung

màn hình nhập lệnh cho trọn màn hình, kích biểu tượng maximum ÊÍ nằm trên thanh tiêu để

Fou) Olen | FOSV*AOMATAMIK SA “(DR wi

Sau khi trở về khung màn hình nhập lệnh MATLAB, bạn

nhập dữ liệu để vẽ đô thị Thí dụ, để vẽ đồ thị của hàm số y = øx + b với x biến thiên từ 0 đến 4Pi, ø có giá trị bằng sin biến thiên theo x va ö có giá trị bằng cos(x) Để nhập những số liệu này vào khung màn hình nhập lệnh và để MATLAB vẽ đồ thị, bạn thực

hiện theo trình tự sau:

1, - Khai báo độ biến thiên của x từ 0 đến 4Pi

9 Thay thế giá trị của hàm số y = ax + b

3 Dùng lệnh plot để MATLAB vẽ đường biểu diễn của hàm số

4 In hoặc lưu lại đồ thị để sử dụng sau này

Và màn hình nhập lệnh của bạn có đạng như sau:

(~2 MATLAB Command Window [jo

Ele Ect View Window Hep

Sau khi ấn Enter ở dòng lệnh cuối cùng, MATLAB sẽ hiện khung màn hình đồ thị với màu sắc mặc định

Dùng lệnh Save As từ menu File ở khung màn hình đồ thị

để lưu theo một tên mới

bên phải cũng như

khung cửa sổ thư

thanh công cụ để hiện khung thoại Open

"Từ khung thoại, kích chọn nguồn chứa, tên tập tin cùng thể

loại tập tin (nếu cần thiết) đồ thị muốn mở và kích OK Thí

3 Sau khi tập tin hiện trong khung màn hình Figure, ban có

thể gán thuộc tính, thêm tiêu để hoặc gán nhãn cho các trục tọa độ

Thêm khung lươi vào đồ thị

Nhắc lại là khí khung màn hình Figure hiện ra, nó nằm chồng lên khung cửa sổ nhập lệnh MATLAB Để có thể quan sát khung màn hình Figure trong khi đang nhập lệnh, ấn chìm

mnouse vào thanh tiêu đề của khung màn hình Figure và kéo sao

cho chỉ cần thấy được một phần của thanh tiêu đề khung cửa sổ

nhập MATLAB và kích vào thanh tiêu để nhập lệnh này để nó

hiện ra nằm chồng lên khung man hinh Figure

Để thêm khung lưới vào đồ thị, từ khung cửa sổ nhập lệnh

MATLAB, đánh lệnh grid on và ấn Enter Một khung lưới sẽ

hiện ra theo đúng giá trị đã gán từ hàm số

sasz|| £|4| z|| 8 9 Ø 9 ø AC) BA 6 R8 $M 4 PÍEBR 65A

Kích vào thanh tiêu đề của khung màn hình Figure để hiện

35

ra nên trước và dùng lệnh Save từ menu File của màn hình

Eigure để lưu các thay đổi

Gán nhãn cho trục tọa độ

1 Mở lại tập tin ham so trong man hinh Figure Kích vào

thanh tiêu đề của khung cửa sổ nhập lệnh MATLAB để hiện

2 Từ khung mà hình nhập lệnh MATLAB, đánh lệnh title(tên tiêu đề)

3 Sau khi dn Enter, tiêu để sẽ được gán ngay giữa, trên cùng

1 Mở lại tập tin ham so trong khung màn hình Figure va kich

vào thanh tiêu để của khung cửa sổ nhập lệnh để hiện ra nên trước

2 Từ khung màn hình nhập lệnh MATLAB, đánh lệnh gtext(‘\loai thuộc tính mũi tên,tên hàm số)

3 Sau khi ấn Enter, lệnh chưa điều hoạt và mũi tên cũng như

tên hàm chưa được gán Để gán, kích vào thanh tiêu đề của

Figure để khung màn hình Figure hiện ra nền trước Để ý

lúc này con trổ mouse đổi thành hình chữ thập lớn Dùng mouse kéo hình chữ thập về vị trí muốn gán và kích mouse

"Tên đường biểu diễn cùng với mũi tên sẽ được gán ngay vị trí đã chọn

4 Dùng lệnh File/Save để lưu lại các thay đổi

Man hinh hién khung thoai Run Script

Đánh tén tap tin m4u muốn mở trong khung nhập lệnh Run

và kích OK Nếu chọn các tập tin mẫu mặc định trong chương trình trình duyệt, kích thước lệnh Browse Màn hình

hiện khung thoai Browse

Seript với toàn Fiesolupe [Wiles = Corel

bộ đường dẫn

cùng tên tập tin muốn mở Kích OK

39

tìn từ những nguồn chứa khác bằng cách cũng trong khung thoại

Load mat file, kích vào mũi tên của Look in để tìm nguồn chứa, chọn tên tập tin muốn du nhập

Ghi chú : Để có thể du nhập các tập tin khác uào MATLAB, điều

bắt buộc là tập tin đó phải được soạn theo hệ mã ASCII, Save Workspace As

Lưu các nội dung trong khung màn hình nhập lệnh của

MATLAB theo Workspace

1 Nhập các lệnh giải trình đồ họa trong khung cửa sổ

MATLAB như bình thường

2 Ti menu File, chon Save Workspace As Man hinh hién khung thoai Save Workspace As

được lưu theo đạng mat và cũng là tập tin chương trình gốc

để sau này bạn có thể điều hoạt

lưu

Show Graphics Property Editor

Hiện khung màn hình thay đổi thuộc tính mặc định của

hình ảnh để áp dụng co tất cả đối tượng hình ảnh sẽ được thiết

kế sau này hoặc chỉ riêng đối tượng theo tác vụ

Man hinh hién

khung thông tin

2 Chọn thuộc tính muốn thay đổi và kích Close Thí dụ, thay

đổi thuộc tính Echo từ mặc định on và off

đối tượng, từ menu

Tools trong khung

chọn Alignment Tool Màn hình hiện khung thông tin Alignment

Tool Tir day, ban chọn một trong các công cụ điểu chỉnh đối

tượng và kích Apply

Show GU! Layout Tool

Hiện danh mục các biểu tượng công cụ trong khung màn hình Guide Control Panel

Từ khung màn

hình này, bạn có thể

thêm các biểu tượng

công cụ tự tạo mới

gán biểu tượng công B La | BH

cụ vào đối tượng để Em | ee | ee

điều hoạt nhanh bằng foul ea HAO Sa AMAA Dw

cách kích chọn biểu

tượng trong khung biểu tượng

Guide Tools để hiện khung

thông tin và từ đây gán nhãn

cũng như các thuộc tính khác

cho công cụ vừa chọn và kích

Apply

43