matlab-note-8

MATLAB图形用户界面设计

图形窗口与坐标轴

图形对象的句柄

句柄的概念

在MATLAB中，每一个具体的图形都是由若干个不同的图形对象组成的。在MATLAB中，用句柄来标识对象，通过句柄来访问相应对象的属性。

访问图形对象

访问图形对象是指获取或设置图形对象的属性。不同图形对象所具有的属性不同，但访问的方法是一样的。

x = 0:pi / 10:2 * pi;
y = sin(x);
h0 = plot(x, y);
h0.Color
h0.LineWidth = 2;
h0.LineStyle = '-.';

获取特定图形对象句柄的函数

• gcf：获取当前图形窗口的句柄。
• gca：获取当前坐标轴的句柄。
• gco：获取最近被选中的图形对象的句柄。
• findobj：按照指定的属性来获取图形对象的句柄。

图形对象的属性

图形对象的常用公共属性

• Children属性：该对象的所有子对象的句柄组成的一个向量。
• Parent属性：该对象的父对象的句柄。
• Type属性：对象的类型，这是一个只读属性。
• Tag属性：用于给对象定义一个标识符。

图形对象的常用动态属性

• KeyPressFcn属性：定义按下键盘按键事件的响应。
• CreateFcn属性：定义创建图形对象时做出的响应。
• DeleteFcn属性：定义取消图形对象时做出的响应。
• WindowButtonDownFcn或ButtonDownFcn属性：定义鼠标键按下事件的响应。

图形窗口的操作

建立图形窗口对象

MATLAB通过figure函数来创建窗口对象，其调用格式为：

• 句柄变量=figure(属性1,属性值1,属性2,属性值2,…)其中，属性用于设置图形窗口的特征。
• 句柄变量=figure按MATLAB默认的属性值建立图形窗口。
• figure(窗口句柄)设定该句柄对应的窗口为当前窗口。

图形窗口属性

• MenuBar属性：控制图形窗口是否具有菜单条，其取值为’none’或’figure’。
• Name属性：指定图形窗口的标题。
• NumberTitle属性：决定着在图形窗口的标题中是否以“Figure n：”为标题前缀。
• Color属性：设定图形窗口背景的颜色。

图形窗口的属性

• Position属性：定义图形窗口对象在屏幕上的位置和大小，值是一个4元行向量：[x，y，w，h]
• Units属性：定义图形窗口使用的度量单位，将影响一切定义大小的属性项。
• • ‘pixels’：指定度量单位为像素（默认值）。
  • ‘inches’：指定度量单位为英寸。厘米、磅。
  • ‘centimeters’：指定度量单位为厘米。
  • ‘points’：指定度量单位为磅。
  • ‘normalized’：指定用相对单位。

坐标轴的操作

建立坐标轴对象

使用axes函数，其调用格式为：

• 句柄变量=axes(属性1,属性值1,属性2,属性值2,…)其中，属性用于设置坐标轴的外观和行为。
• 句柄变量=axes按MATLAB默认的属性值在当前图形窗口创建坐标轴。
• axes(坐标轴句柄)设定该句柄代表的坐标轴为当前坐标轴。

坐标轴对象的属性

• Position属性：定义坐标轴在图形窗口中的位置和大小。
• Units属性：定义坐标轴使用的度量单位，默认值是’normalized’。
• Box属性：决定坐标轴是否带有边框，可取值是’on’或’off’（默认值）。
• GridLineStyle属性：用于定义网格线的类型，可取值是’:’（默认值）、’-’、’-.’、’–’、‘none’。
• Title属性：用于对坐标轴标题对象进行操作，取值是通过title函数建立的标题对象的句柄。
• XLabel、YLabel、ZLabel属性：取值分别是通过xlabel、ylabel、zlabel函数建立的标签对象的句柄。
• XLim、YLim、ZLim属性：分别定义各坐标轴的下限和上限，取值是2元向量[Lmin,Lmax]，默认值为[0，1]。
• XScale、YScale、ZScale属性：定义各坐标轴的刻度类型。可取值是’linear’、‘log’。
• View属性：定义视点，取值是2元向量[az,el]，az定义视点的方位角，el定义视点的仰角。坐标轴默认视点的方位角为0°，仰角为90°。

曲线与曲面对象

曲线对象

建立曲线对象

line函数的调用格式为：句柄变量=line(x, y, z,属性1,属性值1,属性2,属性值2,…)其中，x、y、z存储数据点的坐标，与plot、plot3函数含义相同。

曲线对象常用属性

• Color属性：定义曲线的颜色，默认值为[0 0 0]。
• LineStyle属性：定义线型，默认值为’-’。
• LineWidth属性：定义线宽，默认值为0.5磅。
• Marker属性：定义数据点标记符号，默认值为’none’。
• MarkerSize属性：定义数据点标记符号的大小，默认值为6磅。
• XData、YData、ZData属性：用于设置3个坐标轴的数据源。

曲面对象

建立曲面对象

建立曲面对象使用surface函数，其调用格式为：句柄变量=surface(x,y,z,c,属性1,属性值1,属性2,属性值2,…)

其中，x、y、z存储数据点的坐标，与mesh、surf函数含义相同；c用于指定在不同高度下的曲面颜色。

surf函数每调用一次，就会刷新坐标轴，清空原有图形，再绘制新的图形。而surface函数生成的曲面则在已有图形上叠加显示。

利用surface函数建立的曲面对象，默认视点在图形正上方，即方位角为0°，仰角为90°。

与曲面形态有关的属性

• FaceColor属性：定义曲面网格片的颜色，可取值：
  • ‘flat’：每一个网格片用单一颜色填充。
  • ‘interp’：用渐变方式填充网格片。
  • ‘none’：网格片无颜色。
  • ‘texturemap’：用Cdata属性定义的颜色填充网格片。
  • RGB向量或代表颜色的字符
• EdgeColor属性：定义曲面网格线的颜色。

光照处理

创建光源对象

light函数的调用格式为：对象句柄=light(属性1,属性值1,属性2,属性值2,…)其中，属性指定光源的特性。

光源对象的属性

• Color属性：设置光的颜色。
• Style属性：设置光源类型，其取值为‘infinite’（默认值）或’local’。
• Position属性：指定光源位置，值是一个3元向量。

设置光照模式

利用lighting命令可以设置光照模式，lighting命令格式为：lighting选项

其中，选项可取值为

• flat：使得入射光均匀洒落在图形对象的每个面上（默认值）。
• gouraud：先对顶点颜色插补，再对顶点勾画的面上颜色进行插补。
• phong：对顶点处的法线插值，再计算各个像素的反光。
• none：关闭所有光源。

图形对象的反射特性

• SpecularStrength属性：控制对象表面镜面反射的强度，属性值取0~1之间的数，默认为0.9。
• DiffuseStrength属性：控制对象表面漫反射的强度，属性值取0~1之间的数，默认为0.6。
• AmbientStrength属性：确定环境光的强度，属性值取0~1之间的数，默认为0.3。
• SpecularExponent属性：控制镜面反射指数，值大于等于1，大多设置在[5 20]之间，默认为10。
• BackFaceLighting属性：控制对象内表面和外表面的差别，取值为
  • ‘unlit’
  • ‘lit’
  • ‘reverselit’（默认值）

图形用户界面设计方法

图形用户界面的组成

• 图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）：用户与计算机进行信息交流的窗口。
• 设计图形用户界面的方法
  • 用建立用户界面控件的函数
  • 使用MATLAB提供的GUIDE工具进行可视化设计

控件对象及其操作

常用控件

• 输入和输出类控件：编辑框、静态文本、列表框、滑动条等。
• 实施确认、选择操作类控件：按钮、双位按钮、单选按钮、复选框等。

建立控件对象

函数uicontrol用于建立控件对象，其调用格式为：句柄变量=uicontrol(图形窗口句柄,属性1,属性值1,属性2,属性值2,…)

其中，属性及其取值决定了控件的特征。若省略图形窗口句柄，默认在当前图形窗口建立控件对象。

控件对象的基本控制属性

• Style属性：定义控件对象的类型，例如‘pushbutton’表示按钮对象，'edit’表示编辑框，等等。
• String属性：定义控件对象的说明文字。
• Tag属性：标识控件对象。
• Enable属性：控制控件对象是否可用。
• Position属性：定义控件对象的位置，其取值形式为[x，y，w，h]。
• Callback属性：其属性值是描述命令的字符串或函数句柄，当选中控件时，系统将自动执行字符串描述的命令或调用句柄所代表的函数，实施相关操作。

菜单对象及其操作

建立菜单对象

uimenu函数用于创建、设置、修改菜单。

• 建立一级菜单项的函数调用格式为：一级菜单项句柄=uimenu(图形窗口句柄,属性,属性值1,属性2,属性值2,…)
• 建立子菜单项的函数调用格式为：子菜单项句柄=uimenu(上级菜单项句柄,属性1,属性值1,属性2,属性值2,…)

菜单属性

• Label属性：定义菜单项的名字。
• Accelerator属性：定义菜单项的快捷键。
• Checked属性：指示菜单项是否已选中。
• Enable属性：控制菜单项的可选择性。
• Separator属性：在菜单项上方添加一条分隔线。

用户界面设计工具

图形界面设计窗口

打开GUIDE

• 在MATLAB命令行窗口输入guide命令。
• 在MATLAB主窗口中选择“主页”选项卡，单击工具栏的“新建”命令按钮，再选择“应用程序”下的GUIDE命令。

图形用户界面设计模板

• Blank GUI (Default)
• GUI with Uicontrols
• GUI with Axes and Menu
• Modal Question Dialog

图形用户界面设计窗口

图形用户界面设计窗口由菜单栏、工具栏、组件选项板、界面设计区、状态栏等部分组成。

图形用户界面设计工具

• 对齐对象工具
• 菜单编辑器
• Tab键顺序编辑器
• 工具栏编辑器
• 代码编辑器
• 对象属性检查器
• 对象浏览器

定义回调函数

回调属性

• Callback属性：按钮类控件和菜单项的单击事件的默认回调属性。
• CreateFcn属性：定义创建图形对象的响应。
• DeleteFcn属性：定义取消图形对象的响应。
• ButtonDownFcn属性：定义单击鼠标键按下的响应。
• KeyPressFcn属性：定义键盘键按下的响应。
• SelectionChangeFcn属性：定义改变选项的响应。

回调函数框架

function对象标识_Callback(hObject, eventdata, handles)

其中，hObject为发生事件的源控件，eventdata为事件数据，handles保存图形界面中所有对象的句柄。

APP设计工具

AppDesigner的使用

App Designer是一个可视化的集成开发环境，提供了仪表、旋钮等组件，采用面向对象的设计方法。利用App Designer可以快速开发出应用程序。

App组件

• 常用组件
• 容器组件
• 仪器组件

App程序

App程序采用面向对象设计模式，声明对象、定义函数、设置属性和共享数据都封装在一个类中，一个MLAPP文件就是一个类的定义。