与幅度对应的 quiver3 箭头颜色

Posted 2023-02-16

【中文标题】与幅度对应的 quiver3 箭头颜色

【英文标题】：quiver3 arrow color corresponding to magnitude

【发布时间】：2015-06-20 08:43:21

【问题描述】：

我希望 MATLAB 的 quiver3 图中每个箭头的颜色与每个箭头的大小相对应。有没有办法做到这一点？

我在网上看到了一些可以为 2D quiver 执行此操作的示例，但是它们都不适用于 3D 变体 quiver3。

我有以下情节，想用与其大小对应的颜色替换蓝色箭头。

【问题讨论】：

恐怕你最好的办法是修改this提交到文件交换来管理3D案例......

【参考方案1】：

在旧的图形系统（R2014a 和更早版本）中，使用内置的quiver 对象是不可能的。您可以轻松获取用于构成quiver 绘图的所有绘图对象

q = quiver(1:5, 1:5, 1:5, 1:5);
handles = findall(q, 'type', 'line');

但尾巴都由一个绘图对象表示，箭头由另一个表示。因此，您不能单独更改每个头/尾的颜色。

set(handles(1), 'Color', 'r')
set(handles(2), 'Color', 'g')

但是，随着 HG2（R2014b 及更高版本）的引入，您实际上可以访问 两个（未记录）LineStrip 对象 (matlab.graphics.primitive.world.LineStrip)（一个代表头部，一个代表尾巴）。这些可以通过隐藏属性Tail 和Head 访问。

q = quiver(1, 1, 1, 1);
headLineStrip = q.Head;
tailLineStrip = q.Tail;

然后您可以更改这些对象的颜色属性，使每个箭头具有不同的颜色。

基本理念

为此，我首先计算所有箭袋的大小（这适用于quiver 和quiver3）

mags = sqrt(sum(cat(2, q.UData(:), q.VData(:), ...
            reshape(q.WData, numel(q.UData), [])).^2, 2));

然后我使用当前颜色图将每个幅度映射到一个 RGB 值。最短的箭头被分配颜色图上的最低颜色，最长的箭头被分配颜色图上的最高颜色。 histcounts 非常适合为每个幅度分配一个索引，该索引可以与颜色图本身一起传递给ind2rgb。我们必须乘以 255，因为我们需要颜色为 RGB 作为 8 位整数。

% Get the current colormap
currentColormap = colormap(gca);

% Now determine the color to make each arrow using a colormap
[~, ~, ind] = histcounts(mags, size(currentColormap, 1));

% Now map this to a colormap
cmap = uint8(ind2rgb(ind(:), currentColormap) * 255);

LineStripColorData 属性（当指定为 truecolor 时）还需要有一个 Alpha 通道（我们将其设置为 255 表示不透明）。

cmap(:,:,4) = 255;

此时，我们可以将ColorBinding 属性设置为interpolated 而不是object（将其与quiver 对象分离）并设置q.Head 和@987654352 的ColorData 属性@ 为我们在上面创建的颜色赋予每个箭头它自己的颜色。

完整解决方案

注意：此解决方案都适用于quiver 和quiver3，代码根本不需要修改。

%// Create a quiver3 as we normally would (could also be 2D quiver)

x = 1:10;
y = 1:10;
[X,Y] = meshgrid(x, y);
Z = zeros(size(X));
U = zeros(size(X));
V = zeros(size(X));
W = sqrt(X.^2 + Y.^2);

q = quiver3(X, Y, Z, U, V, W);

%// Compute the magnitude of the vectors
mags = sqrt(sum(cat(2, q.UData(:), q.VData(:), ...
            reshape(q.WData, numel(q.UData), [])).^2, 2));

%// Get the current colormap
currentColormap = colormap(gca);

%// Now determine the color to make each arrow using a colormap
[~, ~, ind] = histcounts(mags, size(currentColormap, 1));

%// Now map this to a colormap to get RGB
cmap = uint8(ind2rgb(ind(:), currentColormap) * 255);
cmap(:,:,4) = 255;
cmap = permute(repmat(cmap, [1 3 1]), [2 1 3]);

%// We repeat each color 3 times (using 1:3 below) because each arrow has 3 vertices
set(q.Head, ...
    'ColorBinding', 'interpolated', ...
    'ColorData', reshape(cmap(1:3,:,:), [], 4).');   %'

%// We repeat each color 2 times (using 1:2 below) because each tail has 2 vertices
set(q.Tail, ...
    'ColorBinding', 'interpolated', ...
    'ColorData', reshape(cmap(1:2,:,:), [], 4).');

并应用于 2D quiver 对象

如果您不一定要将箭头缩放到颜色图的整个范围，您可以使用以下对histcounts 的调用（而不是上面的行）来使用轴的颜色限制来映射幅度。

clims = num2cell(get(gca, 'clim'));
[~, ~, ind] = histcounts(mags, linspace(clims:, size(currentColormap, 1)));

【讨论】：

太棒了！然而，当U、V 或 W 中有 NaN 时，它会失败。这可以通过在调用 quiver/quiver3 之前将所有 NaNs 替换为零来简单地纠正。

【参考方案2】：

如果您使用的是 r2014b 后版本，您可以使用未记录的功能来更改每行和头部的颜色：

figure
[x,y] = meshgrid(-2:.5:2,-1:.5:1);
z = x .* exp(-x.^2 - y.^2);
[u,v,w] = surfnorm(x,y,z);
h=quiver3(x,y,z,u,v,w); 

s = size(x);
nPoints = s(1)*s(2);
% create a colour map
cmap = parula(nPoints);
% x2 because each point has 2 points, a start and an end.
cd = uint8(repmat([255 0 0 255]', 1, nPoints*2));
count = 0;
% we need to assign a colour per point
for ii=1:nPoints
  % and we need to assign a colour to the start and end of the 
  %   line.
  for jj=1:2
    count = count + 1;
    cd(1:3,count) = uint8(255*cmap(ii,:)');
  end
end
% set the colour binding method and the colour data of the tail
set(h.Tail, 'ColorBinding','interpolated', 'ColorData',cd)

% create a color matrix for the heads
cd = uint8(repmat([255 0 0 255]', 1, nPoints*3));
count = 0;
% we need to assign a colour per point
for ii=1:nPoints
  % and we need to assign a colour to the all the points 
  %   at the head of the arrow
  for jj=1:3
    count = count + 1;
    cd(1:3,count) = uint8(255*cmap(ii,:)');
  end
end
% set the colour binding method and the colour data of the head
set(h.Head, 'ColorBinding','interpolated', 'ColorData',cd)

注意：我没有对幅度做任何聪明的事情，只是根据原始矩阵中的顺序更改每个箭袋的颜色 - 但您应该能够了解如何使用此“功能”

【参考方案3】：

请注意，如果您使用 Suevers 解决方案并且数据中有 NaN，则应在调用 histcounts 之前包含此行：

mags(isnan(mags)) = [];

否则您将收到有关错误输入大小的错误，因为 matlab 不会为您的 U/V/W 数据中的 NaN 创建顶点。