万圣节快到了，一起用MATLAB绘制一个可爱的南瓜灯叭

Posted 2021-11-23 slandarer

效果及原理

效果如下：

调一下数据还能改成三角眼：

原理
南瓜主体函数从知友 [九章算法] 的一张图而来，大体是瓜身瓜柄分段函数，然后绕着z轴旋转一周得到曲面，我对数值做了微调，原图及原始数据：

这里我故意保留了网格让南瓜看起来有一点布娃娃的感觉，(大家也可以根据自己喜好改写，例如将’EdgeColor’设置为’none’并打个光啥的)

% 构造网格
[t,p]=meshgrid(linspace(0,2*pi,200),linspace(0,pi-.05,200));
% 二元分段函数
foutline=@(t,p)(p<=.14).*90.*cos(7.*p)+(p>.14).*(cos(20.*t)+70).*(p.*(pi-p+.1)).^.2;

% 球面坐标转化为X,Y,Z
h=cos(p).*foutline(t,p);
R=sin(p).*foutline(t,p);
R=R;
X=cos(t).*R;
Y=sin(t).*R;

% 颜色矩阵构造
CMap=ones([size(t),3]);
tMap=ones(size(t));
c1=[253,158,3]./255;
c2=[76,103,86]./255;
for i=1:3
    tMap(:,:)=c1(i);
    tMap(p<=.14)=c2(i);
    CMap(:,:,i)=tMap;
end

figure()
surf(X,Y,h,'CData',CMap,'EdgeColor',[0,0,0],'EdgeAlpha',.2)

眼睛嘴巴部分：
这部分我就将一部分曲面上的点设置为nan，绘制出来的图像相对应地方就是空缺：

% 画个嘴巴
mask(maskX>50&maskX<100&maskY>130&maskY<140)=nan;
% 矩形眼睛
mask(maskX>45&maskX<65&maskY>90&maskY<100)=nan;
mask(maskX>85&maskX<105&maskY>90&maskY<100)=nan;

% 三角形眼睛
% mask(maskX>45&maskX<70&maskY>90&maskY<100)=nan;
% mask(maskX>80&maskX<105&maskY>90&maskY<100)=nan;
% mask(maskX>45&maskX<70&maskY>90&maskY<100&(maskX-maskY>-35))=1;
% mask(maskX>45&maskX<70&maskY>90&maskY<100&(maskX-maskY(end:-1:1,:)<-55))=1;
% mask(maskX>80&maskX<105&maskY>90&maskY<100&(maskX-maskY>5))=1;
% mask(maskX>80&maskX<105&maskY>90&maskY<100&(maskX-maskY(end:-1:1,:)<-15))=1;


% 球面坐标转化为X,Y,Z
h=cos(p).*foutline(t,p);
R=sin(p).*foutline(t,p);
R=R.*mask;
X=cos(t).*R;
Y=sin(t).*R;

发光：
为了模拟发光，我在南瓜内部绘制了一个小一圈的南瓜并设置为灯光的颜色：

% 绘制一个小一圈的南瓜头假装光源
h=cos(p).*foutline(t,p).*0.95;
R=sin(p).*foutline(t,p).*0.95;
X=cos(t).*R;
Y=sin(t).*R;
surf(X,Y,h,'FaceColor',[248,240,186]./255,'EdgeColor','none')

完整代码

function pumpkin
clc;clear;

% 构造网格
[t,p]=meshgrid(linspace(0,2*pi,200),linspace(0,pi-.05,200));
% 二元分段函数
foutline=@(t,p)(p<=.14).*90.*cos(7.*p)+(p>.14).*(cos(20.*t)+70).*(p.*(pi-p+.1)).^.2;


mask=ones(size(t));
[maskX,maskY]=meshgrid(1:size(t,1),1:size(t,2));

% 画个嘴巴
mask(maskX>50&maskX<100&maskY>130&maskY<140)=nan;
% 矩形眼睛
mask(maskX>45&maskX<65&maskY>90&maskY<100)=nan;
mask(maskX>85&maskX<105&maskY>90&maskY<100)=nan;

% 三角形眼睛
% mask(maskX>45&maskX<70&maskY>90&maskY<100)=nan;
% mask(maskX>80&maskX<105&maskY>90&maskY<100)=nan;
% mask(maskX>45&maskX<70&maskY>90&maskY<100&(maskX-maskY>-35))=1;
% mask(maskX>45&maskX<70&maskY>90&maskY<100&(maskX-maskY(end:-1:1,:)<-55))=1;
% mask(maskX>80&maskX<105&maskY>90&maskY<100&(maskX-maskY>5))=1;
% mask(maskX>80&maskX<105&maskY>90&maskY<100&(maskX-maskY(end:-1:1,:)<-15))=1;


% 球面坐标转化为X,Y,Z
h=cos(p).*foutline(t,p);
R=sin(p).*foutline(t,p);
R=R.*mask;
X=cos(t).*R;
Y=sin(t).*R;


% 颜色矩阵构造
CMap=ones([size(t),3]);
tMap=ones(size(t));
c1=[253,158,3]./255;
c2=[76,103,86]./255;
for i=1:3
    tMap(:,:)=c1(i);
    tMap(p<=.14)=c2(i);
    CMap(:,:,i)=tMap;
end

figure()
surf(X,Y,h,'CData',CMap,'EdgeColor',[0,0,0],'EdgeAlpha',.2)
ax=gca;
hold(ax,'on')
% ax.Color=[0 0 0];

% 绘制一个小一圈的南瓜头假装光源
h=cos(p).*foutline(t,p).*0.95;
R=sin(p).*foutline(t,p).*0.95;
X=cos(t).*R;
Y=sin(t).*R;
surf(X,Y,h,'FaceColor',[248,240,186]./255,'EdgeColor','none')

ax.View=[-137.3000 13.9844];

end