MATLAB三维曲面高级技巧：掌握自定义照明和阴影，提升可视化效果

# 1. MATLAB三维曲面绘制基础**

MATLAB提供了一系列强大的函数来绘制三维曲面，包括`surf`、`mesh`和`patch`。这些函数允许用户指定曲面的顶点、面和法线，从而创建逼真的三维表示。

`surf`函数使用三角形网格绘制曲面，而`mesh`函数使用线框网格。`patch`函数提供更大的灵活性，允许用户指定自定义曲面属性，例如颜色、纹理和透明度。

通过指定曲面的数据点和连接性，用户可以创建各种形状和大小的曲面。MATLAB还提供了一系列工具来操作曲面，例如平滑、分割和变形，从而实现更复杂的曲面可视化效果。

# 2. 自定义照明和阴影

### 2.1 光源类型和参数

MATLAB提供了多种光源类型，每种类型都有其独特的参数和效果。

#### 2.1.1 点光源

点光源从一个点发出光线，就像一个灯泡。其参数包括：

- `Position`: 光源在三维空间中的位置，[x, y, z]。
- `Color`: 光源发出的光的颜色，[r, g, b]。
- `Intensity`: 光源的亮度。

% 创建一个点光源
light('Position', [0, 0, 1], 'Color', [1, 0, 0], 'Intensity', 100);

#### 2.1.2 聚光灯

聚光灯从一个点发出光线，但光线集中在一个锥形区域内。其参数包括：

- `Position`: 聚光灯的位置，[x, y, z]。
- `Direction`: 聚光灯照射的方向，[x, y, z]。
- `SpotAngle`: 聚光灯锥形区域的张角，单位为度。
- `Color`: 聚光灯发出的光的颜色，[r, g, b]。
- `Intensity`: 聚光灯的亮度。

% 创建一个聚光灯
light('Position', [0, 0, 1], 'Direction', [0, 0, -1], 'SpotAngle', 30, 'Color', [0, 1, 0], 'Intensity', 100);

#### 2.1.3 平行光

平行光从无限远处照射过来，就像太阳光。其参数包括：

- `Direction`: 平行光照射的方向，[x, y, z]。
- `Color`: 平行光发出的光的颜色，[r, g, b]。
- `Intensity`: 平行光的亮度。

% 创建一个平行光
light('Position', [0, 0, 1], 'Style', 'infinite', 'Color', [1, 1, 1], 'Intensity', 100);

### 2.2 阴影生成

阴影是物体阻挡光线时形成的暗区。MATLAB支持两种阴影类型：

#### 2.2.1 硬阴影

硬阴影是物体完全阻挡光线时形成的。其特点是边缘清晰，没有渐变。

% 创建硬阴影
light('Position', [0, 0, 1], 'Color', [1, 0, 0], 'Intensity', 100);

#### 2.2.2 软阴影

软阴影是物体部分阻挡光线时形成的。其特点是边缘模糊，有渐变。

% 创建软阴影
light('Position', [0, 0, 1], 'Color', [1, 0, 0], 'Intensity', 100, 'SoftShadows', true);

### 2.3 阴影优化

阴影计算可能会消耗大量资源，尤其是对于复杂场景。MATLAB提供了两种优化技术：

#### 2.3.1 阴影贴图

阴影贴图是一种预计算技术，它将阴影信息存储在纹理贴图中。这可以大大提高阴影渲染速度。

% 创建阴影贴图
light('Position', [0, 0, 1], 'Color', [1, 0, 0