平面与五角柱相交曲线求解与三维图绘制: 1、构建根据输入参数改变位置和角度的平面函数的MATLAB代码 2、构建求解判断五角柱面n边与平面相交曲线的函数 3、绘制其中5种平面与五角柱面相交的曲线

时间: 2023-06-20 08:08:24 浏览: 77
以下是实现上述需求的MATLAB代码: 1、构建根据输入参数改变位置和角度的平面函数的MATLAB代码: ```matlab function [x,y,z] = plane_function(a, b, c, d, alpha, beta, gamma, x0, y0, z0, n) % a,b,c,d为平面方程ax+by+cz+d=0中的系数 % alpha,beta,gamma为平面的欧拉角(旋转角度) % x0,y0,z0为平面的平移距离 % n为平面上离散点的个数,用于绘制曲线 x = linspace(-1, 1, n); y = linspace(-1, 1, n); [X, Y] = meshgrid(x, y); Z = (-a*X - b*Y - d)/c; R = [cos(beta)*cos(gamma), -cos(alpha)*sin(gamma)+sin(alpha)*sin(beta)*cos(gamma), sin(alpha)*sin(gamma)+cos(alpha)*sin(beta)*cos(gamma); cos(beta)*sin(gamma), cos(alpha)*cos(gamma)+sin(alpha)*sin(beta)*sin(gamma), -sin(alpha)*cos(gamma)+cos(alpha)*sin(beta)*sin(gamma); -sin(beta), sin(alpha)*cos(beta), cos(alpha)*cos(beta)]; P = [X(:) Y(:) Z(:)]'; P = R*P + repmat([x0; y0; z0], 1, n*n); x = reshape(P(1,:), n, n); y = reshape(P(2,:), n, n); z = reshape(P(3,:), n, n); end ``` 2、构建求解判断五角柱面n边与平面相交曲线的函数: ```matlab function [x,y,z] = intersect_function(n, h, r, a, b, c, d) % n为五角柱的边数 % h为五角柱的高度 % r为五角柱底面半径 % a,b,c,d为平面方程ax+by+cz+d=0中的系数 X = []; Y = []; Z = []; for i = 1:n x1 = r*cos(2*pi/n*(i-1)); y1 = r*sin(2*pi/n*(i-1)); x2 = r*cos(2*pi/n*i); y2 = r*sin(2*pi/n*i); % 底面五边形的顶点 X1 = [x1, x2, 0, -x2, -x1]; Y1 = [y1, y2, r, y2, y1]; Z1 = [0, 0, 0, 0, 0]; % 顶面五边形的顶点 X2 = [x1, x2, 0, -x2, -x1]; Y2 = [y1, y2, -r, y2, y1]; Z2 = [h, h, h, h, h]; % 连接底面五边形和顶面五边形的侧面上的四边形的顶点 X3 = [x1, x2, x2, x1]; Y3 = [y1, y2, y2, y1]; Z3 = [0, 0, h, h]; X = [X, X1, X2, X3]; Y = [Y, Y1, Y2, Y3]; Z = [Z, Z1, Z2, Z3]; end % 将五角柱变换成与平面在同一坐标系下的位置和角度 [X, Y, Z] = transform_function(X, Y, Z, a, b, c, d); % 计算五角柱与平面相交的曲线 [x, y, z] = intersect_plane(X, Y, Z, n); end function [X, Y, Z] = transform_function(X, Y, Z, a, b, c, d) % 将五角柱变换成与平面在同一坐标系下的位置和角度 % a,b,c,d为平面方程ax+by+cz+d=0中的系数 X = X - mean(X(:)); Y = Y - mean(Y(:)); Z = Z - mean(Z(:)); % 先绕z轴旋转beta角度,再绕y轴旋转gamma角度,最后绕x轴旋转alpha角度 beta = atan2(-a, b); gamma = atan2(c, sqrt(a^2 + b^2)); alpha = atan2(-b*sin(beta)+a*cos(beta), c); R = [cos(beta)*cos(gamma), -cos(alpha)*sin(gamma)+sin(alpha)*sin(beta)*cos(gamma), sin(alpha)*sin(gamma)+cos(alpha)*sin(beta)*cos(gamma); cos(beta)*sin(gamma), cos(alpha)*cos(gamma)+sin(alpha)*sin(beta)*sin(gamma), -sin(alpha)*cos(gamma)+cos(alpha)*sin(beta)*sin(gamma); -sin(beta), sin(alpha)*cos(beta), cos(alpha)*cos(beta)]; P = [X(:) Y(:) Z(:)]'; P = R*P; X = reshape(P(1,:), size(X)); Y = reshape(P(2,:), size(Y)); Z = reshape(P(3,:), size(Z)); % 平移 t = [0; 0; -d/c]; X = X + t(1); Y = Y + t(2); Z = Z + t(3); end function [x, y, z] = intersect_plane(X, Y, Z, n) % 计算五角柱与平面相交的曲线 x = []; y = []; z = []; for i = 1:(5*n) % 计算平面与当前四边形的交点 [x1, y1, z1] = intersect_triangle(X(:,i), Y(:,i), Z(:,i)); [x2, y2, z2] = intersect_triangle(X(:,mod(i,5*n)+1), Y(:,mod(i,5*n)+1), Z(:,mod(i,5*n)+1)); % 将曲线分段,每段为一个三角形 if ~isempty(x1) && ~isempty(x2) x3 = [x1, x2]; y3 = [y1, y2]; z3 = [z1, z2]; for j = 1:(n-2) [x4, y4, z4] = intersect_triangle(X(:,i), Y(:,i), Z(:,i),... X(:,i+1+mod(j,n)), Y(:,i+1+mod(j,n)), Z(:,i+1+mod(j,n)),... X(:,i+2+mod(j,n)), Y(:,i+2+mod(j,n)), Z(:,i+2+mod(j,n))); if ~isempty(x4) x3 = [x3, x4]; y3 = [y3, y4]; z3 = [z3, z4]; else break; end end x = [x, x3]; y = [y, y3]; z = [z, z3]; end end end function [x, y, z] = intersect_triangle(x1, y1, z1, x2, y2, z2, x3, y3, z3) % 计算平面与当前三角形的交点 % 如果交点在三角形内,则返回交点 % 否则返回空 if nargin==3 x2 = x1([2 3 1]); y2 = y1([2 3 1]); z2 = z1([2 3 1]); x3 = x1([3 1 2]); y3 = y1([3 1 2]); z3 = z1([3 1 2]); end a = (y2-y1).*(z3-z1) - (z2-z1).*(y3-y1); b = (z2-z1).*(x3-x1) - (x2-x1).*(z3-z1); c = (x2-x1).*(y3-y1) - (y2-y1).*(x3-x1); d = -a*x1 - b*y1 - c*z1; if c==0 x = []; y = []; z = []; return; end x = (-d - b*y1 - c*z1)/a; y = (-d - a*x1 - c*z1)/b; z = (-d - a*x1 - b*y1)/c; if (0<=x)&&(x<=1)&&(0<=y)&&(y<=1)&&(0<=z)&&(z<=1)&&(x+y+z<=1) return; else x = []; y = []; z = []; return; end end ``` 3、绘制其中5种平面与五角柱面相交的曲线: ```matlab % 绘制平面1 [a, b, c, d] = deal(0, 0, 1, 0); [x, y, z] = plane_function(a, b, c, d, pi/4, pi/3, pi/6, 0, 0, 0, 50); [x1, y1, z1] = intersect_function(5, 2, 1, a, b, c, d); figure; surf(x, y, z, 'FaceColor', 'red', 'FaceAlpha', 0.3, 'EdgeColor', 'none'); hold on; plot3(x1, y1, z1, 'LineWidth', 3); axis equal; xlabel('x'); ylabel('y'); zlabel('z'); title('平面1与五角柱的相交曲线'); % 绘制平面2 [a, b, c, d] = deal(1, 0, 1, 0); [x, y, z] = plane_function(a, b, c, d, pi/3, pi/4, pi/6, 0, 0, 0, 50); [x1, y1, z1] = intersect_function(5, 2, 1, a, b, c, d); figure; surf(x, y, z, 'FaceColor', 'blue', 'FaceAlpha', 0.3, 'EdgeColor', 'none'); hold on; plot3(x1, y1, z1, 'LineWidth', 3); axis equal; xlabel('x'); ylabel('y'); zlabel('z'); title('平面2与五角柱的相交曲线'); % 绘制平面3 [a, b, c, d] = deal(1, 1, 1, 0); [x, y, z] = plane_function(a, b, c, d, pi/6, pi/3, pi/4, 0, 0, 0, 50); [x1, y1, z1] = intersect_function(5, 2, 1, a, b, c, d); figure; surf(x, y, z, 'FaceColor', 'green', 'FaceAlpha', 0.3, 'EdgeColor', 'none'); hold on; plot3(x1, y1, z1, 'LineWidth', 3); axis equal; xlabel('x'); ylabel('y'); zlabel('z'); title('平面3与五角柱的相交曲线'); % 绘制平面4 [a, b, c, d] = deal(1, -1, 0, 0); [x, y, z] = plane_function(a, b, c, d, pi/4, pi/6, pi/3, 0, 0, 0, 50); [x1, y1, z1] = intersect_function(5, 2, 1, a, b, c, d); figure; surf(x, y, z, 'FaceColor', 'yellow', 'FaceAlpha', 0.3, 'EdgeColor', 'none'); hold on; plot3(x1, y1, z1, 'LineWidth', 3); axis equal; xlabel('x'); ylabel('y'); zlabel('z'); title('平面4与五角柱的相交曲线'); % 绘制平面5 [a, b, c, d] = deal(1, -1, -1, 0); [x, y, z] = plane_function(a, b, c, d, pi/3, pi/6, pi/4, 0, 0, 0, 50); [x1, y1, z1] = intersect_function(5, 2, 1, a, b, c, d); figure; surf(x, y, z, 'FaceColor', 'magenta', 'FaceAlpha', 0.3, 'EdgeColor', 'none'); hold on; plot3(x1, y1, z1, 'LineWidth', 3); axis equal; xlabel('x'); ylabel('y'); zlabel('z'); title('平面5与五角柱的相交曲线'); ```
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