优化MATLAB中quiver函数绘制箭头图或矢量图（2）-MATLAB开发

quiver3_Rendering

之前利用MATLAB绘制更好看的箭头自建函数quiver_Refine可以输入箭头的位置（a,b,c）与朝向（alpha,beta,gamma），在坐标区中返回三维箭头；现进一步加强其可调节功能以及进一步打包至最终函数quiver3_Rendering。

更新内容

对quiver_Refine函数进行了一些功能拓展，除了标准的控制箭头位置与朝向功能，增加了如下几点新功能：

1. 可选择箭头的旋转中心；控制箭头在旋转时以整个箭头的中点为旋转点或者以箭头的圆柱的中点为旋转点。
2. 以HSL方式渲染箭头时色环可顺逆时针旋转且旋转的角度可输入。
3. 增加了箭头渲染模式可选功能，可以选择不同的箭头渲染模式甚至可自定义箭头渲染模式。
4. 全新的箭头参数输入功能；箭头中圆锥的半径/高，圆柱的半径/高可作为参数输入。
5. 增加了箭头透明度作为参数输入。
6. 将quiver_Refine函数打包至quiver3_Rendering函数中，将位置矩阵，方向矩阵，以及色环角度/颜色渲染模式作为输入，与MATLAB内部函数quiver3类似。

新的quiver_Refine函数

function[s1,s2,s3,s4]=quiver_Refine(s,x,V,theta,color,r1,h1,r2,h2,al)%quiver_Refine(rotation_center,position,direction,color,Cone_r,Cone_h,...%Cylinder_r,Cylinder_h,alpha)%s=1rotate along the arrow center%s=0rotate along the cylinder center%color control the colormap%1~HSL%2~RWB%3~Customized%read data a=x(1,1);b=x(1,2);c=x(1,3);alpha=V(1,1);beta=V(1,2);gamma=V(1,3);r1=0:0.01:r1;%Cone%The cone top position a1=a;b1=b;%Generate cone data[u,v,w]=cylinder(r1,50);u=u+a1;v=v+b1;w=-w*h1+c+(h1+h2)/2+h1/2-h1/2*s;%Cone botton t1=(0:0.04:2)*pi;r=max(r1(:));xc=a1;yc=b1;zc=-h1+c+(h1+h2)/2+h1/2-h1/2*s;%Generate cone botton data x1=xc+cos(t1)*r;y1=yc+sin(t1)*r;[m,n]=size(x1);z1=repmat(zc,m,n);%Cylinder%The cylinder top position a2=a;b2=b;c2=c-h1;%Generate cylinder data[x,y,z]=cylinder(r2,50);x=x+a2;y=y+b2;z=-z*h2+c2+(h1+h2)/2+h1/2-h1/2*s;%Cylinder botton t2=(0:0.04:2)*pi;r=r2;xc=a2;yc=b2;zc=c2-h2+(h1+h2)/2+h1/2-h1/2*s;%Generate cylinder botton data x2=xc+cos(t2)*r;y2=yc+sin(t2)*r;[m,n]=size(x2);z2=repmat(zc,m,n);%Rotate arrow hold on origin=[a b c];theta2=acos(gamma./sqrt(alpha.^2+beta.^2+gamma.^2));ifbeta^2+alpha^2==0direct=[010];elsedirect=[-beta,alpha,0];endswitchcolorcase1%control vector color using HSL%Hue:in-plane magnetization%Lightness:out-of-plane magnetization H=atan2(-beta,alpha);%-beta due to the y direction reverse%Get the atan2 space in0~2*piifH<0H=2*pi+H;end%rotate clockwisely H=H+theta/180*pi;ifH<0H=H+2*pi;elseif H>2*pi H=H-2*pi;end S=sqrt(alpha.^2+beta.^2);I=(gamma+1)/2;%contrast=1;%S=min(1,contrast*(1-gamma));%I=min(1,contrast*(1+gamma));%change HSL to RGB idx=find((0<=H)&(H<2*pi/3));B(idx)=I(idx).*(1-S(idx));R(idx)=I(idx).*(1+S(idx).*cos(H(idx))./cos(pi/3-H(idx)));G(idx)=3*I(idx)-(B(idx)+R(idx));idx=find((2*pi/3<=H)&(H<4*pi/3));R(idx)=I(idx).*(1-S(idx));G(idx)=I(idx).*(1+S(idx).*cos(H(idx)-2*pi/3)./cos(pi-H(idx)));B(idx)=3*I(idx)-(G(idx)+R(idx));idx=find((4*pi/3<=H)&(H<=2*pi));G(idx)=I(idx).*(1-S(idx));B(idx)=I(idx).*(1+S(idx).*cos(H(idx)-4*pi/3)./cos(5*pi/3-H(idx)));R(idx)=3*I(idx)-(G(idx)+B(idx));case2%control vector color using RWB%White:in-plane magnetization%Red or blue:out-of-plane magnetizationifgamma<0R=1;elseR=1-gamma;endifgamma>0B=1;elseB=1+gamma;end G=1-abs(gamma);case3%control vector color using shades of green color R=0;B=0;G=1;otherwise R=0;B=0;G=0;end c=[R G B];c(isnan(c))=0;%Get c in the right sectionfori=1:3c(i)=max(min(c(i),1),0);end%plot s1=surf(u,v,w,'Facecolor',c,'Edgecolor','none','FaceAlpha',al);s2=surf(x,y,z,'Facecolor',c,'Edgecolor','none','FaceAlpha',al);s3=fill3(x1,y1,z1,c,'Edgecolor','none','FaceAlpha',al);s4=fill3(x2,y2,z2,c,'Edgecolor','none','FaceAlpha',al);iftheta2~=0rotate(s1,direct,rad2deg(theta2),origin);rotate(s2,direct,rad2deg(theta2),origin);rotate(s3,direct,rad2deg(theta2),origin);rotate(s4,direct,rad2deg(theta2),origin);end%must be enabled to get right axis axis equal end

quiver3_Rendering函数

function[]=quiver3_Rendering(X,Y,Z,U,V,W,theta,color)[N1,N2]=size(X);fori=1:N1forj=1:N2 a0=X(i,j);b0=Y(i,j);c0=Z(i,j);p=[a0,b0,c0];alpha0=U(i,j);beta0=V(i,j);gamma0=W(i,j);d=[alpha0,beta0,gamma0];%0.2,0.65,0.08,0.35quiver_Refine(1,p,d,theta,color,0.2,0.65,0.08,0.35,1);hold on end end end

使用方法

quiver3_Rendering(X,Y,Z,U,V,W,theta,color)
与MATLAB内部函数quiver3类似，（X,Y,Z）为输入的位置矩阵；（U,V,W）为相应的方向矩阵，theta为色环的旋转角度，color为箭头渲染的模式，1为经典的HSL渲染，2为经典的RWB三色渲染，3提供了可自定义的渲染方式。
quiver_Refine(s,x,V,theta,color,r1,h1,r2,h2,al)
s选择旋转中心，r1,h1,r2,h2控制箭头的具体形状，al控制箭头透明度

结果展示