5.5.3 句柄图形——控制绘图的每一个细节
MATLAB绘图功能的强大，不仅是因为能绘制上述那么多种图形，更因为其可以用程序精细地控制绘图的各个细节。在一些情况下，对一些人来说，这样的控制是非常舒服的。因此，MATLAB与那些只靠鼠标单击按钮绘图的工具，如Tecplot、Surfer、Origin等，在绘图方面还是有区别的。
MATLAB在绘图细节上的控制，依靠的就是句柄。
（1）什么是句柄？
句柄的英文名是Handle[6]，通俗地讲，就是把手的意思。上文说过，MATLAB可以用程序控制[7]绘图的各个细节，如改变一条曲线的线型、颜色、标记、粗细等，改变坐标轴标注文字的大小、颜色、字体等。线条、字体等在MATLAB绘图中都是对象（Object），编程的人都知道，要控制和操作对象，就需要有一个变量代表这个对象。这个变量在编程中就叫Handle。用Handle可以对该Handle代表的绘图元素（图5-36）[8]进行各种操作。
图5-36是MATLAB的绘图元素结构图。
图5-36 MATLAB绘图元素
1）Figure
前文说过，MATLAB所有图形都是绘制在Figure上的。Figure是最基本的绘图元素，可以将其想象为要在上面画图的“白纸”。从图5-36中看出，在Figure之上还有一个Root层。Root层是虚的，只是用来保存一些基本的绘图设置，是给MATLAB绘图系统服务的，用户并不能在其上绘图，也不能更改Root层的参数。
2）坐标系Axes
Figure的下一层是“UI Objects”和“Axes”。“UI Objects”是用户界面对象（UI Objects）。在每一个绘图的Figure上，都有一个菜单和工具条，菜单、工具条及其上所有细节都隶属于“UI Objects”。菜单项和工具条上的按钮是可以添加和改动的（不是所有的都可以改动），要改动就要用到“UI Objects”。在用MATLAB做GUI（图形用户界面）[9]时，肯定要用到“UI Objects”。如果暂时不做GUI，可以暂停使用“UI Objects ”。
“Axes”是MATLAB绘图的坐标系，MATLAB的所有图形都是绘在坐标系上的。一个Figure上可以放置多个Axes。图5-7中的subplot就是在一个Figure上放置了两个Axes。
一个“Axes”有三个“axis”（坐标轴）。二维图形也有三个坐标轴，但MATLAB在绘制二维图形时，将坐标系的视角放置在垂直于xOy面的方向上，相当于从xOy面正上方往下看，就看不到z轴了。读者可以做这样一个试验：单击一个二维图形（最简单的如用plot（1∶10）画一条直线）；单击Figure工具条上的旋转按钮，用鼠标旋转曲线，可以发现z轴出现了。
画图时常需要对坐标轴进行设置，MATLAB专门设置了一些简单的函数调用形式来完成这些功能。查阅axis的“Help”可以发现axis命令的许多简单调用形式。下面介绍几种常用的调用形式。
axis ij与axis xy
MATLAB默认坐标系的原点在左下角。但一般数字图像处理领域中图像坐标系的原点在左上角，即y轴向下。axis ij用于将从标系设置成图像坐标系，而axis xy用于将坐标系设置成默认坐标系。
axis equal
MATLAB的坐标系在默认情况下所占区域为正方形（对于二维来说），因此，当x数据和y数据的值域不同时，x轴和y轴的比例是不同的。
在绘制三维数据时，经常会遇到一些问题。例如，原来长方形的区域也画成了方形，使区域失真。此时可用axis equal命令设置各坐标轴的比例，使之保持同样的比例，就解决这个问题了。
axis tight
将坐标轴的范围设置为与数据范围一致，这样，在矩形区域，即使用axis equal将坐标轴比例设成一样，也不会在图形边界出现空白区。
3）MATLAB的主要绘图元素
在坐标系下面，就是MATLAB所有重要的绘图元素了。其中“Annotation Objects”是标注用绘图元素（如文字、箭头等）。“Group Objects”用于将一些绘图元素成组，如将若干条线成组，然后统一设置属性。“Plot Objects”是由若干特定的绘图函数生成的绘图元素，如等值线函数生成的若干条等值线就是一个“Plot Objects”。从这个意义上讲，“Plot Objects”与“Group Objects”有些类似。
Axes下面最核心的是“Core Objects”，其下包括了7种MATLAB的基本绘图元素（图5-37），MATLAB所有的图形都是由这7种绘图元素构成的。如例3中绘制的曲线属于“Line”；图5-26中的填充等值线属于“Patch”等。具体的细节请读者通过“Help”自行学习。
图5-37 MATLAB的核心绘图元素
（2）句柄有什么用？
有了句柄就可以查看，最主要的是可以修改绘图对象的属性，也就完成了对绘图对象的控制和操作。
每个对象都有若干个属性（property），属性的取值决定了图形中各对象的表现。用get函数可以查看对象的属性值。
例17：绘制曲线并查看其属性。
有了前面的知识，读者可以明白上面的程序是用红色的细实线（数据点用圆圈表示）画了一条正弦曲线和一条余弦曲线，如图5-4所示。与前面例子不同的是，plot函数返回了一个参数h。
h是一个lineseries对象，是一个2×1的向量，h（1）代表y1曲线，h（2）代表y2曲线。
用get函数可以查看两个Handle的属性。get（h（1））和get（h（2））可以列出两个曲线的所有属性，两者的对比见表5-4。从表中属性可以看出两条曲线的相同和不同之处。
表5-4 两条曲线属性的对比
续表
如果只想查看或者获得某一个属性，可以用get函数的另一种形式，即
例18：查看曲线属性。
而
则从曲线中重新获得数据点。可以用此数据重新绘制曲线，以测试上面得到的数据的正确性：
结果会生成和图5-4完全相同的两条曲线。
用set函数可以设置对象的属性值，其格式为
需要注意的是，在设置时一定要注意该属性的数据类型。有些是字符串（如线型、符号等），要包括在引号中；有些是数据（如线宽等），要写成数或变量，不能括在引号中；有些是向量（如颜色）或矩阵（如绘图数据等），也要按照规定的写法书写。
下面用例子来说明如何设置图形的细节。接着例18的程序：
其结果如图5-38所示。
图5-38 经过更改的曲线
可见，如果有绘图元素的句柄，又掌握了get和set函数的应用，控制绘图细节是很容易的。
（3）如何获得句柄？
获得一个绘图对象的句柄是控制和操作这个对象的第一步，也是最重要的一步。有两种方法可以获得句柄：
1）返回法
如果仔细查看MATLAB的“Help”，会发现几乎所有的绘图函数都提供了返回所绘对象句柄的调用形式，如果想获得句柄，在绘图时采用这些调用形式就可以了。上面的例子就是这样做的。
2）追踪法
用户有时可能事先不能确定要对哪个对象进行操作，而要在运行过程中才确定要操作的对象（如交互操作中，用鼠标单击选择要操作的对象，或者前面忘了在程序中返回句柄了），那么就要用追踪的方法寻找该对象的句柄。
例19：查找绘图元素的句柄。
其输出也会得到两条曲线的句柄。
有两个函数在获取句柄时非常有帮助，分别为gcf与gca。gcf获得当前图形的句柄，gca获得当前坐标系的句柄。事实上，这两个函数也很好记：gcf=get current figure，而gca=get current axes 。
（4）不用句柄行吗？
大部分情况下不用句柄是可以的。
MATLAB的Figure上提供了菜单和工具条，用其中的命令及相应的对话框可以完成绝大部分图形的控制。这一点完全类似于其他绘图软件。如果不习惯用编程的方式画图，可以用这种方法。但作者还是坚持建议读者用编程调用句柄的方法画图。