4MATLAB圖形界面制作(GUI)與句柄圖形教學課件

圖形用戶界面的作用假如進行數據分析、解方程等計算結果比較單一的工作，那么一般不會考慮GUI的制作。但是如果想向別人提供應用程序，想進行某種技術、方法的演示，想制作一個供反復使用且操作簡單的專用工具，那么圖形用戶界面也許是最好的選擇之一。

7/22/20231設計原則

由于要求不同，設計出來的界面也就千差萬別。但是，自從人們開始設計圖形界面以來，界面設計的評判標準卻沒有太大的變化。簡單來說，一個好的界面應遵循以下三個原則：（1）簡單性：設計界面時，力求簡潔、直觀、清晰地體現(xiàn)出界面的功能和特征。（2）一致性:所謂一致性有兩層含義：一是讀者自己開發(fā)的界面風格要盡量一致；二是新設計的界面要與其他已有的界面風格不要截然相左。這是因為用戶在初次使用新界面時，總習慣于憑經驗進行試探。比方說，圖形顯示區(qū)常安排在界面左半邊，而按鍵等控制區(qū)被排在右側。（3）其他考慮因素:除了以上對界面的靜態(tài)要求外，還應注意界面的動態(tài)性能。如界面對用戶操作的響應要迅速、連續(xù)；對持續(xù)時間較長的運算，要給出等待時間提示，并允許用戶中斷運算。

7/22/20232一般制作步驟

界面制作包括界面設計和程序實現(xiàn)。具體制作步驟如下：(1)分析界面所要求實現(xiàn)的主要功能，明確設計任務。(2)構建界面草圖，并站在使用者的角度來審查草圖。(3)按構思的草圖．制作(靜態(tài))界面并檢查。(4)編寫界面動態(tài)功能的程序，對功能進行逐項檢查。[說明]以上過程，僅是一般原則。在設計中，步驟之間也許要交叉執(zhí)行或復合執(zhí)行。設計和實現(xiàn)過程往往需要反復修改才能獲得滿意的界面。建議先進行界面布局編碼，后進行動態(tài)交互功能的編碼。

7/22/20233界面編程需要注意的事項用戶界面適合軟件的功能（合適性）。是指用戶界面與軟件功能相融洽的程度。要避免用戶的誤解、費解等。另外，不能為適應某種體系結構的優(yōu)勢而導致界面的不合適性。容易理解。如果通過界面難以理解界面的意圖，使用起來一定費力。容易理解是容易應用的前提。要做到這一點：（1）界面中不能有錯字。（2）圖標按鈕含義直觀明了。（3）界面元素提供充分而必要的提示。（4）界面結構能夠清晰的反映工作流程，以便用戶操作。及時反饋信息。防錯處理。風格一致和必要的個性化。風格一致的好處是可以減少用戶的記憶量，減少出錯幾率，并迅速積累操作經驗。必要個性化是使用戶對軟件留下深刻印象。合理布局。合理色彩。難，不同的人對顏色的喜好不同。另外不可過分依靠色彩，因為用戶有可能是色盲或色弱。適應用戶群體和國際化。最少的操作步驟?？梢詮陀?。不同的界面效果直接影響相關感受，所以精心設計很有必要。請看示例7/22/20234設計過程是否滿足要求添加動態(tài)功能制作靜態(tài)界面構建界面草圖，并審查明確設計任務7/22/20235示例好的界面方便功能色彩簡潔7/22/20236設計工具（GUIDE）

為了能夠簡單、方便地進行GUI的設計與開發(fā)工作，MATLAB提供了一套方便、實用的GUI設計工具。MATLAB中的GUI設計工具包括以下幾個：對象設計編輯器(LayoutEditor)（有的書上成為布局編輯器）：

在圖形窗口內創(chuàng)建、安排各種對象。菜單編輯器(MenuEditor)：創(chuàng)建、設置、修改下拉式菜單和內容式菜單；對象屬性查看器(PropertyInspector)：可查看每個對象的屬性值，也可修改、設置對象的屬性值；7/22/20237對象設計編輯器(LayoutEditor)在MATLAB命令窗口內，選擇File主菜單的New子菜單，會看到一個GUI的二級子菜單，單擊它，就會顯示對象設計編輯器(LayoutEditor)；也可以在MATLAB命令窗口的命令行上輸入guide，顯示對象設計編輯器。啟動窗口如右圖所示。

7/22/20238對象設計編輯器(LayoutEditor)7/22/20239菜單編輯器

利用菜單編輯器，可以創(chuàng)建、設置、修改下拉式菜單和內容式菜單。從對象設計編輯器界面的工具條上或從菜單欄中Tools的下拉菜單中選擇MenuEditor，就可以看到菜單編輯器(MenuEditor)的界面，如右圖所示。

7/22/202310菜單編輯器（2）圖中左上角第一個按鈕用于創(chuàng)建下拉式菜單。用戶可以通過點擊它，來創(chuàng)建下拉式主菜單。第二個按鈕用于創(chuàng)建下拉式主菜單的子菜單，在選中已經創(chuàng)建的下拉式主菜單后，可以單擊這個按鈕來創(chuàng)建選中的下拉式主菜單的子菜單。選中創(chuàng)建的某個下拉式菜單，菜單編輯器的右邊就會顯示該菜單的有關屬性，可以在這里設置、修改菜單的屬性。

菜單編輯器界面的左下角有兩個按鈕，選擇第一個按鈕，可以創(chuàng)建下拉式菜單，選擇第二個按鈕，可以創(chuàng)建contextMenu菜單(類似于彈出式菜單)。選擇它后，圖中左上角的第三個按鈕就會變成可用，單擊它可以創(chuàng)建ContextMenu主菜單。在選中已經創(chuàng)建的ContextMenu主菜單后，可以單擊第二個按鈕創(chuàng)建選中的ContextMenu主菜單的子菜單。與下拉式菜單一樣，選中創(chuàng)建的某個ContextMenu菜單，菜單編輯器的右邊就會顯示該菜單的有關屬性，可以在這里設置、修改菜單的屬性。

7/22/202311對象屬性查看器

利用對象屬性查看器，可以查看每個對象的屬性值，也可以修改、設置對象的屬性值，從對象設計編輯器界面工具條，或者選擇view菜單下的InspectProperty子菜單，就可以看到對象屬性查看器的界面。另外，在MATLAB命令窗口的命令行上輸入inspect，也可以看到對象屬性查看器。如右圖所示。

7/22/202312圖形界面制作－菜單在絕大多數的圖形用戶界面下，都包含有菜單。通過選擇各級菜單，可以執(zhí)行相應的命令，實現(xiàn)相應的功能。一般地，從菜單的標題或名字可以大概了解該菜單的功能。在Windows系統(tǒng)中，菜單一般位于用戶圖形界而的頂端。例如，MATLAB的主窗口中，就有一個主菜單欄，包括File、Edit、View、Help等主菜單。在各級主菜單下，還有相應的子菜單。在MATLAB圖形用戶界面(GUI)設計中，有兩種菜單類型，分別是下拉式菜單類型Uimenu和內容式菜單類型Uicontextmenu。

7/22/202313圖形界面制作－菜單（2）菜單的建立：

在MATLAB中，可以通過命令行方式和GUI設計工具中的菜單編輯器兩種方式建立菜單：（1）命令行方式：在命令行方式下，可以通過函數uimenu建立下拉式菜單對象。（2）GUI設計工具－菜單編輯器方式。菜單的屬性：

利用函數uimenu建立菜單時，可以定義菜單屬性的屬性值；利用函數set，可以設置、改變屬性的屬性值；利用get函數，可以獲得菜單屬性的屬性值，也可以通過PropertyInspectorGUI設計工具來設置、修改菜單屬性值。7/22/202314圖形界面制作－控件在絕大多數的圖形用戶界面下，都包含有控件?？丶菆D形對象，它與菜單一起用于建立圖形用戶界面。通過使用各種類型的控件，可以建立起操作簡便，功能強大的圖形用戶界面。MATLAB也提供了多種控件，可以把它們放置在圖形窗口的任何位置，并用鼠標激活它們。MATLAB支持的控件對象有10種。

7/22/202315控件對象類型

MATLAB支持復選框Checkboxes、可編輯文本框Edittext，框架Frames、列表框Listboxes、彈出式菜單Pop－upmenus、命令按鈕Pushbuttons、單選按鈕Radiobuttons、滑標Sliders、靜態(tài)文本框Statictext、開關按鈕Togglebuttons等十種類型的控件對象

7/22/202316控件對象類型（1）（1）復選框（Checkboxes）復選框有一個標志文本，在標志文本的左邊有一個小方框。它對于用戶進行大量的獨立選擇很有用。為了激活復選框，可以使用鼠標單擊復選框對象，使復選框在選中與不選中狀態(tài)間進行切換。當選中時，復選框的value屬性值是1；當沒有選中時，復選框的小方框內為空，此時復選框的value屬性值為0。復選框的Sytle屬性值是checkbox。

（2）可編輯文本框（Edittext）當需要輸入文本時，可以使用可編輯文本框。通過可編輯文本框，用戶可以方便地輸入或修改已經存在的文本串，這與文本編輯器的功能是一樣的?？删庉嬑谋究虻腟tring屬性中存儲輸入的文本串?？删庉嬑谋究蚩梢允菃涡谢蚨嘈形谋灸Ｊ健．斂删庉嬑谋究蚴菃涡心Ｊ綍r，只允許輸入單行文本串；當可編輯文本框是多行模式時，可以輸入多行文本?？删庉嬑谋究虻腟tyle屬性值是edit。7/22/202317控件對象類型（2）（3）框架（Frames）

框架對象是在圖形窗口內，視覺上封閉起來的一個區(qū)域，只有控件可以在框架中使用。一般把作用相關的一組控件用框架框起來，這樣的用戶界面很容易被用戶理解?？蚣軟]有Callback例程?？蚣苁遣煌该鞯模栽O置框架與框架中控件的順序很重要。如果框架內控件先于框架被設置，那么框架設置后就會覆蓋原先設置的控件?！愕?，應在定義框架后再定義框架中的控件?？蚣艿膕tyle屬件值是frame。

（4）列表框（Listboxes）

列表框中列出其String屬性的字符串項。用戶可以方便的選擇一個或多個列表項。列表框的Max和Min屬性控制選擇模式；Value屬性標明選擇的列表項的索引值。當列表框上的鼠標松開后，MATLAB會調用Callback例程。一般地，單擊與雙擊列表框的效果是不一樣的。列表框的Style屬性值是listbox。

7/22/202318控件對象類型（3）（5）彈出式菜單（Pop－upmenus）彈出式菜單是一個顯示信息的框，框的右邊有一個下拉式箭頭。單擊下拉式箭頭，就會顯示一個列表，里面包含String屬性定義的屬性值。當沒有打開列表時，信息框內顯示的是當前選擇的表項。當打開列表，從中選揮一個表項并單擊后，該表項就會出現(xiàn)在信息顯示框內。彈出式菜單對于用戶進行大量的互相不同的選擇是很有用的。如果不用彈出式菜單，那么就必須設置大量互不相同的單選按鈕。彈出式菜單的Style屬性值是popupmenu。

（6）命令按鈕（Pushbuttons）命令按鈕是一個矩形的凸出對象。在命令按鈕對象上標有一個字符串，用于標識該命令按鈕。單擊命令按鈕，會產生相應的動作。用鼠標單擊命令按鈕后，命令按鈕會凹下，但當松開鼠標后，命令按鈕又會彈起，這與下面的開關按鈕不同。命令按鈕的Style屬性值是Pushbunton。

7/22/202319控件對象類型（4）（7）單選按鈕（Radiobuttons）與復選框相似，單選按鈕有一個標志文本，在標志文本的左邊有一個小圓圈，它對于用戶進行功能互斥的選擇很有用。在一組單選按鈕中，一次只能有一個單選按鈕被選中，這與可以同時選中多個的復選框不同。為了激活單選按鈕，可以使用鼠標單擊單選按鈕對象，使單選按鈕在選中與不選中狀態(tài)間進行切換。當選中時，復選框的小圓圈內有一個點，此時單選按鈕的value屬性值是1；當沒有選中時，單選按鈕的小圓圈內為空，此時單選按鈕的value屬性值為0。單選按鈕的style屬性值是radiobutton。（8）滑標（Sliders）其功能類似于滾動條，它由三個部分組成，分別是滾動槽、滾動槽內的指示條和滾動槽兩端的箭頭。其中，滾動槽表明滑標的有效值范圍，指示條表明滑標的當前值，通過箭頭可以左右移動指示條。用戶在選中指示條后通過鼠標拖動指示條，可以改變滑標的值，也可以通過單擊兩端的箭頭來改變滑標的值?？梢酝ㄟ^函數設置滑標的最小值、最大值與當前值?；瑯说腟tyle屬性值是slider。7/22/202320控件對象類型（5）（9）靜態(tài)文本框（Statictext）靜態(tài)文本框靜態(tài)顯示文本字符申。靜態(tài)文本框通常用于顯示別的控件的有義信息。例如，如果與滑標相連，可以在靜態(tài)文本框中顯示滑標的當前值。與可編輯文本框不同，用戶不能交量地改變靜態(tài)文本框中的內容。靜態(tài)文本框沒有Callback例程。靜態(tài)文本框的Style屬性值是text。（10）開關按鈕（Togglebuttons）

開關按鈕的外觀與命令按鈕類似，是一個矩形的凸出對象，同時在開關按鈕對象上也標有一個字符串，用于標識該開關按鈕。與命令按鈕不同的是，當用鼠標單擊開關按鈕并松開后，開關按鈕不會彈起。再單擊一次，它才會彈起，這可以表明開關按鈕的狀態(tài)。單擊開關按鈕，會產生相應的動作，執(zhí)行相應的Callback例程。在進行工具條的設計時，開關按鈕時非常有用的。開關按鈕的Style屬性值是togglebutton。7/22/202321控件的建立

與菜單對象一樣，可以通過命令行方式與GUI設計工具兩種方式來建立控件。

（1）命令行方式：在命令行方式下，可以通過函數uicontrol來建立控件對象。（2）GUI設計工具：利用GUI設計工具中的對象設計編輯器(LayoutEditor)，可以容易地創(chuàng)建MATLAB支持的各種控件，而且通過對象屬性查看器(ObjectInspector)，可以方便地修改、設置創(chuàng)建的控件的屬性值。

注意：命令行方式常常用于動態(tài)修改界面外觀，比如執(zhí)行到某種功能出現(xiàn)某個按鈕，GUI設計工具常常用于最初的界面設計。7/22/202322控件的屬性

在命令行的方式下或者GUI設計方式下，可以方便的設置、修改控件屬性的屬性值。在命令行方式下，利用uicontrol建立控件時，可以定義控件屬性的屬性值；利用函數set可以設置、改變屬性的屬性值；利用函數get可以獲得屬性的屬性值。在GUI設計方式下，也可以通過PropertyInspectorGUI設計工具來設置控件的屬性值。

7/22/202323編寫GUI代碼（1）

當我們利用GUIDE完成一個應用程序界面布局設計后，保存設計結果時，MATLAB將其保存為后綴為.fig的一個文件，并自動生成的一個與之同名的M文件。這個M文件是控制GUI的一個程序框架，正是這個程序框架，促進了一種高效穩(wěn)健的編程風格。應用M文件包含了callback函數在內的所有代碼，每一個回調函數在M文件中用子程序的形式出現(xiàn)。

GUIDE自動為其添加到M文件中的callback子程序命名，它還將回調屬性的值設置為一個字符串，保證用戶在激活控件時運行這一子程序。我們已經看到，在GUI布局中添加元件時，GUIDE先為該元件的Tag屬性分配一個數值，再以此命名回調函數。比方說，在布局中添加的第一個pushbutton被稱為pushbutton1，GUIDE在M文件中添加的callback子程序被命名為pushbutton1_Callback；我們如果想要實現(xiàn)按下該按鈕進行某種操作，就可以在應用M文件中找到pushbutton1_Callback的位置，對該子程序進行編碼，以實現(xiàn)我們需要的操作即可。

7/22/202324GUI編程舉例功能：（1）在點擊【Gridon】或【Gridoff】按鈕時，在軸上畫出或刪除“分格線”；缺省時，無分格線。（2）在菜單【Options】下，有2個下拉菜單項【Boxon】和【Boxoff】；其功能和兩個按鈕的一樣。7/22/202325第一步打開GUIDE工具，編輯初始界面。7/22/202326第二步設置各控件的屬性7/22/202327第三步調整各控件的位置7/22/202328第四步制作菜單（利用MenuEditor）7/22/202329第五步M文件編程運行結果7/22/202330句柄圖形圖形細致處理和界面編程的基礎7/22/202331句柄圖形對象MATLAB圖形繪制系統(tǒng)是由兩個層次組成的：用于提供用戶友好的繪圖功能的高級層次和用于創(chuàng)建及操作線、面、文字、投影等基本圖形對象的低級函數。高級功能是建立在低級函數的基礎之上的，它為用戶的圖形繪制提供了極大的方便，因為它不要求用戶去操作線、面等的細節(jié)。但是使用低級的繪圖函數也有其優(yōu)越性，它能提供對圖形的各個基本對象的更細致的控制，不僅可以產生更加復雜的圖形，也為動態(tài)的繪制圖形提供了基礎。MATLAB的這個低級函數系統(tǒng)稱為句柄圖形(HandleGraphics)。7/22/202332圖形對象和對象句柄圖形對象

MATLAB把用于數據可視和界面制作的基本繪圖要素稱為句柄圖形對象（HandleGraphicobject）。構成MATLAB句柄圖形體系的共有11個圖形對象，每個圖形對象都可以被獨立操作。句柄

每個具體對象都有一個“與生俱來、終生不變”的獨特標志，即句柄（Handle）。句柄是存取操作圖形對象的唯一規(guī)范標識符。不同對象的句柄不可能重復和混淆。7/22/202333句柄圖形對象的層次結構圖形對象包括：根屏幕（RootScreen）、圖（Figure）、軸（Axes）、線（Line）、塊（Pathes）、面（Surface）、圖像（Image）、文字（Text）、用戶界面控制（UserInterfaceControl）和用戶界面菜單（UserInterfaceMesnus）。這些對象的層次結構為下圖樹狀結構所示：

7/22/202334句柄圖形對象的層次結構（2）處于樹結構最高層的圖形對象是根屏幕。是所有其他圖形對象的“父（parent）”。圖形窗有三個不同的“子”：軸、界面控制和界面菜單。后兩類用于制作用戶圖形界面，實現(xiàn)對人機交互操作。軸有7種不同類型的“子”：線、面、方、塊、圖像、字和光。7/22/202335圖形對象的屬性屬性

所有的圖形對象都有一組定義和刻畫其外貌特征的屬性（Properties）。屬性又由兩部分組成：屬性名和屬性值，即屬性二元對（Property_Name，Property_Value）在操作屬性的指令中，屬性名和屬性值總是成對出現(xiàn)。屬性名是英文字符串。該英文詞組每個單詞首字母大寫且單詞間沒有空格。例如：’LineStyle’。這樣書寫便于閱讀。但在指令中引用屬性名時，為用戶書寫方便，MATLAB采取了兩個措施：第一，不分字母大小寫，都同樣識別，第二，只要不引起歧義，屬性名不用寫全。如：用‘LineStyle’時只輸入‘line’就可以識別。缺省屬性

在創(chuàng)建圖形對象時，MATLAB并不需要用戶對每個屬性加以定義。因為只要用戶沒有特別指定，MATLAB會自動給每個圖形對象的每個屬性賦予“廠家定義（Factory-defined）”的屬性值。如果用戶對MATLAB默認的屬性不滿意，可以通過指令對相應的屬性進行修改，或在創(chuàng)建圖形對象的時候就直接指定。7/22/202336圖形對象的操作圖形對象的創(chuàng)建指令除根屏幕外，所有圖形對象都由與之同名的指令創(chuàng)建。這些指令均為MATLAB內建函數，每個指令在創(chuàng)建對象的同時，還可返回該對象的句柄。每個底層函數只能創(chuàng)建這11個圖形對象中的一個，并將它們置于適當的父輩對象之中。例如：line指令的操作是在當前畫軸上利用缺省屬性畫“線”。如果調用此指令前圖形窗口和畫軸不存在，，則MATLAB會自動創(chuàng)建它們，如果已經存在，則這條“線”將畫在當前軸上，且不影響該軸上的已有的其他對象。（這與高層繪圖指令不同）。這個特點非常重要，特別是當圖形僅有一部分需要改變時。7/22/202337圖形對象創(chuàng)建指令一覽表指令名功能調用格式figure創(chuàng)建圖形窗H=figure(n)n為正整數。打開或創(chuàng)建第n號圖形窗口axes創(chuàng)建畫軸H=axes(‘position’,[left,width,height])定義畫軸坐標的位置和尺寸line創(chuàng)建線H=line(x,y,z)繪制向量x、y、z確定的直線，如果不指定z，則在x-y平面上畫線surface創(chuàng)建面H=surface(x,y,z,c)x、y、z定義的三維曲面，c為色彩矩陣rectangle創(chuàng)建方H=rectangle(‘position’,[x,y,w,h],’curvature’,[xc,yc])xy左下頂點坐標，w、h為寬和高，xc和yc為曲率patch創(chuàng)建塊H=patch(‘faces’,fac,’vertices’,vert)ver為頂點矩陣，fac定義多邊形的頂點序號矩陣image創(chuàng)建圖像H=image(x)x為圖像數據矩陣text創(chuàng)建字H=text(x,y,’string’)x、y指定字符串‘string’的標注位置light創(chuàng)建光H＝light(‘position’,[100])設置入射光的方向。它影響面、塊等對象的色彩渲染uicontrol創(chuàng)建控件H=uicontrol(‘property’,value)指定界面控件的類型等屬性uimenu創(chuàng)建菜單H=uimenu(‘property’,value)指定界面菜單的形式等屬性7/22/202338圖形對象的句柄獲得方法從圖形創(chuàng)建指令獲取句柄

H=GraphicCommand(…)如：H＝figure（n）追溯法獲取句柄

如果一個對象的句柄已知，可以用如下格式獲得其父或子對象的句柄。H_pa=get(H_known,’Parent’)H_ch=get(H_known,’Children’)當前對象句柄的獲取

MATLAB有如下三個專用獲取圖形句柄的指令：前兩個是直接指令，后一個是和鼠標配合使用。(1)gcf：獲得當前圖形窗口的句柄(2)gca：獲得當前軸的句柄；(3)gco：獲得當前對象的句柄（被鼠標最近點擊的圖形對象）：根據對象的特性獲取句柄H=findobj(H_ori,PN,PV)在H_ori指定的對象上，尋找與屬性對（PN,PV）匹配的對象句柄。7/22/202339句柄獲取示例例1:創(chuàng)建時獲得句柄

t=0:0.01:2*pi;h=plot(t,sin(t),’b’);例2：追溯法獲得句柄H_pa=get(h,’Parent’)