8.4.Дескрипторная графика (графика низкого уровня)

Этот и следующие разделы будут посвящены графике низкого уровня, которую на русском языке принято называть дескрипторной. В них будут описаны средства решения целого ряда задач, которые не могут быть решены с помощью описанных в разделах 8.1- 8.3 функций высокого уровня.

8.4.1.Графические объекты и их иерархия

Прежде всего познакомимся с понятием графический объект. Графические объекты - это те базисные объекты, из которых на экране возникает изображение. Даже самый элементарный график состоит из нескольких графических объектов. Это окно, в котором выводится график, линии, оси, метки на осях и т.д. Все графические функции высокого уровня, описанные ранее, создавали такие графические объекты как линии (line), оси (axes) и др. Все эти объекты являются строительными блоками, из которых MATLAB создает различные изображения.

Существуют графические команды низкого уровня, которые создают 10 типов графических объектов в дополнение к корневому объекту, который создается автоматически при входе в MATLAB. Эти команды и создаваемые ими объекты перечислены в таблице.

Переменные x,y и z, используемые в качестве аргументов команды line, являются векторами или матрицами одинаковой длины, и они задают последователь-

148

ность координат кривой (или кривых - если переменные матрицы). В случае матриц каждая кривая определяется столбцами соответствующих матриц.

Переменные x,y и z, используемые в качестве аргументов команды patch, являются координатами вершин соответствующего многоугольника (заплатки). Переменная c используется для задания цвета заливки многоугольника.

При создании поверхности (команда surf) X,Y и Z являются матрицами, описывающими координаты четырехугольников, которыми аппроксимируется поверхность. Переменная C определяет цвет.

Размещение текстового объекта (строка text_str) определяется переменными x,y и z. По умолчанию первая буква строки прижимается левым краем и центрируется по вертикали к точке x,y или x,y,z.

Команда light сама не создает какого-либо нового изображения, а только определяет освещение объектов patch и/или surf. Объекты (и соответствующие команды) взаимодействия с пользователем будут описаны в соответствующем месте.

Графические объекты системы MATLAB являются не только физическими объектами, но и объектами в смысле объектно-ориентированного программирования. В связи с этим они связаны иерархической структурой типа родители-дети. Каждый объект-наследник не может появиться без появления соответствующего предка. Например, линия (line) не может быть нарисована перед тем, как будут созданы оси (axes) и рисунок (figure). К счастью, вы не должны сами с помощью команд низкого уровня создавать всю последовательность объектов. Как только вы создадите кривую, например с помощью команды plot(1:10), соответствующие рисунок и оси будут созданы автоматически. С другой стороны, вам не возбраняется написать последовательность низкоуровневых команд типа

figure;

axes;

plot(1:10);

Если после создания рисунка вы закроете его, например с помощью команды close, то при этом исчезнут и дети, т.е. оси и линии. То же самое происходит при использовании команды delete (удалить). Иерархическая структура объектов показана на рис. 7. Основным или корневым объектом root является экран. Он генерируется автоматически при вхождении в систему MATLAB. Рисунок (figure) является следующим в иерархии объектом, и он либо создается специально одноименной командой, либо генерируется при вызове высокоуровневых команд, описанных ранее. При необходимости можно создавать много рисунков, ограничением является только количество памяти у вашего компьютера. Все последующие (после figure)

149

Рис. 7. Иерархическая структура графических объектов

команды осуществляют вывод в текущее окно. Простейшим способом сделать тот или иной рисунок текущим используется команда figure(num), где num - это номер рисунка, который выводится вверху соответствующего окна.

Рисунок (figure) имеет четыре наследника. Три из них - uicontrol, uimenu и Uicontextmenu являются объектами, предназначенными для создания интерфейса пользователя, и о них мы поговорим позже. Объект оси (axes) определяет область вывода детей данного объекта на рисунке. Таких областей может быть несколько, каждая со своими наследниками (т.е. линиями, текстами, поверхностями и т.д.). Это аналогично использованию команды высокого уровня subplot, но обладает более гибкими возможностями.

8.4.2. Дескрипторы и работа с ними

Для того чтобы манипулировать упомянутыми выше, а также другими объектами в системе MATLAB, используются дескрипторы графических объектов (graphics object handles). Эти дескрипторы можно воспринимать как метки, ярлычки соответствующих объектов. Их нельзя изменять. Они создаются и уничтожаются вместе с объектами, но каждый объект однозначно определяется своим дескриптором. Дескриптор экрана (root) и дескриптор рисунка (figure) имеют целые значения, все остальные дескрипторы имеют значения вещественные.

Все функции низкого уровня и большинство функций высокого уровня возвращают значение дескриптора, если они вызываются с выходным аргументом, т.е. в виде graph_handl=function_name.

Например, мы можем создать такие объекты, как рисунок, оси и линию, и сохранить значения их дескрипторов в переменных fig_han, axes_han и line_han с помощью последовательности операторов

fig_han = figure;

150

axes_han = axes;

line_han = plot(exp(-([-3:3].^2)))

Если при вызове, например, функции высокого уровня plot создается несколько однотипных объектов (несколько линий), то возвращаемый дескриптор является вектор-столбцом. Хотя, как мы знаем, объекты-предки, не созданные явно заранее, создаются в процессе создания объекта-наследника, тем не менее, используя только третью строку вышеприведенного примера, мы создадим рисунок и оси, но их дескрипторы не узнаем во время создания самих объектов. Как узнать дескриптор объекта после его создания, будет описано далее.

Не все функции высокого уровня при обращении к ним в виде h=f() возвращают дескрипторы соответствующих объектов. Не возвращают дескрипторы следующие функции:

Если вы не сохранили дескриптор рисунка, осей или других созданных объектов, их дескриптор можно получить с помощью ряда команд. Например, дескриптор текущего рисунка можно получить с помощью команды gcf(get current figure), дескриптор текущих осей (т.е. тех осей, в которых сейчас будет происходить рисование) можно получить с помощью команды gca(get current axes). Если на рисунке несколько осей, то мы получим дескриптор той области рисования, которая была создана последней или внутри которой последним создавался какой-либо объект. Существует на рисунке еще объект, который называется текущим. Это такой объект, который был последним создан, с которым последним производили манипуляции или на котором последним щелкали мышкой. Дескриптор такого объекта можно получить с помощью команды gco(get current object).

Если тем или иным способом вы сохранили дескрипторы объектов, то вы можете делать текущим тот или иной объект (т.е. переходить от объекта к объекту) с помощью команд figure(fig_handl) и/или axes(axes_handl).

Дескрипторы, или функции, возвращающие дескрипторы (gcf, gca и др.), могут использоваться в качестве аргументов функций, которые изменяют или устанавливают те или иные свойства объектов. Это прежде всего описанные далее функции get и set.

Одним из самых популярных способов узнать и/или использовать дескриптор объекта является обращение к функции findobj. Если эту функцию использовать без параметров, то в результате она выдаст список всех дескрипторов объекта Root

151