MATLAB图形界面制作(GUI)与句柄图形.ppt

2019/4/26,1,MATLAB图形界面制作(GUI),2019/4/26,2,图形用户界面的作用,假如进行数据分析、解方程等计算结果比较单一的工作，那么一般不会考虑GUI的制作。但是如果想向别人提供应用程序，想进行某种技术、方法的演示，想制作一个供反复使用且操作简单的专用工具，那么图形用户界面也许是最好的选择之一。,2019/4/26,3,设计原则,由于要求不同，设计出来的界面也就千差万别。但是，自从人们开始设计图形界面以来，界面设计的评判标准却没有太大的变化。简单来说，一个好的界面应遵循以下三个原则 ： （1）简单性 ： 设计界面时，力求简洁、直观、清晰地体现出界面的功能和特征。 （2）一致性: 所谓一致性有两层含义：一是读者自己开发的界面风格要尽量一致；二是新设计的界面要与其他已有的界面风格不要截然相左。这是因为用户在初次使用新界面时，总习惯于凭经验进行试探。比方说，图形显示区常安排在界面左半边，而按键等控制区被排在右侧。 （3）其他考虑因素: 除了以上对界面的静态要求外，还应注意界面的动态性能。如界面对用户操作的响应要迅速、连续；对持续时间较长的运算，要给出等待时间提示，并允许用户中断运算。,2019/4/26,4,一般制作步骤,界面制作包括界面设计和程序实现。具体制作步骤如下： (1)分析界面所要求实现的主要功能，明确设计任务。 (2)构建界面草图，并站在使用者的角度来审查草图。 (3)按构思的草图制作(静态)界面并检查。 (4)编写界面动态功能的程序，对功能进行逐项检查。 说明 以上过程，仅是一般原则。在设计中，步骤之间也许要交叉执行或复合执行。 设计和实现过程往往需要反复修改才能获得满意的界面。 建议先进行界面布局编码，后进行动态交互功能的编码。,2019/4/26,5,界面编程需要注意的事项,用户界面适合软件的功能（合适性）。是指用户界面与软件功能相融洽的程度。要避免用户的误解、费解等。另外，不能为适应某种体系结构的优势而导致界面的不合适性。 容易理解。如果通过界面难以理解界面的意图，使用起来一定费力。容易理解是容易应用的前提。要做到这一点：（1）界面中不能有错字。（2）图标按钮含义直观明了。（3）界面元素提供充分而必要的提示。（4）界面结构能够清晰的反映工作流程，以便用户操作。 及时反馈信息。 防错处理。,风格一致和必要的个性化。风格一致的好处是可以减少用户的记忆量，减少出错几率，并迅速积累操作经验。必要个性化是使用户对软件留下深刻印象。合理布局。 合理色彩。难，不同的人对颜色的喜好不同。另外不可过分依靠色彩，因为用户有可能是色盲或色弱。 适应用户群体和国际化。 最少的操作步骤。 可以复用。,不同的界面效果直接影响相关感受，所以精心设计很有必要。请看示例,2019/4/26,6,设计过程,是否满足要求,添加动态功能,制作静态界面,构建界面草图，并审查,明确设计任务,2019/4/26,7,示例,好的界面,2019/4/26,8,设计工具（GUIDE）,为了能够简单、方便地进行GUI的设计与开发工作，MATLAB提供了一套方便、实用的GUI设计工具。MATLAB中的GUI设计工具包括以下几个： 对象设计编辑器(Layout Editor)（有的书上成为布局编辑器）： 在图形窗口内创建、安排各种对象 。 菜单编辑器(Menu Editor) ：创建、设置、修改下拉式菜单和内容式菜单； 对象属性查看器(Property Inspector)：可查看每个对象的属性值，也可修改、设置对象的属性值；,2019/4/26,9,对象设计编辑器 (Layout Editor),在MATLAB命令窗口内，选择File主菜单的New子菜单，会看到一个GUI的二级子菜单，单击它，就会显示对象设计编辑器(Layout Editor)；也可以在MATLAB命令窗口的命令行上输入guide，显示对象设计编辑器。启动窗口如右图所示。,2019/4/26,10,对象设计编辑器 (Layout Editor),2019/4/26,11,菜单编辑器,利用菜单编辑器，可以创建、设置、修改下拉式菜单和内容式菜单。从对象设计编辑器界面的工具条上或从菜单栏中Tools的下拉菜单中选择Menu Editor ，就可以看到菜单编辑器(Menu Editor)的界面，如右图所示。,2019/4/26,12,菜单编辑器（2）,图中左上角第一个按钮用于创建下拉式菜单。用户可以通过点击它，来创建下拉式主菜单。第二个按钮用于创建下拉式主菜单的子菜单，在选中已经创建的下拉式主菜单后，可以单击这个按钮来创建选中的下拉式主菜单的子菜单。选中创建的某个下拉式菜单，菜单编辑器的右边就会显示该菜单的有关属性，可以在这里设置、修改菜单的属性。 菜单编辑器界面的左下角有两个按钮，选择第一个按钮，可以创建下拉式菜单，选择第二个按钮，可以创建context Menu菜单(类似于弹出式菜单)。选择它后，图中左上角的第三个按钮就会变成可用，单击它可以创建Context Menu主菜单。在选中已经创建的Context Menu主菜单后，可以单击第二个按钮创建选中的Context Menu主菜单的子菜单。与下拉式菜单一样，选中创建的某个Context Menu菜单，菜单编辑器的右边就会显示该菜单的有关属性，可以在这里设置、修改菜单的属性。,2019/4/26,13,对象属性查看器,利用对象属性查看器，可以查看每个对象的属性值，也可以修改、设置对象的属性值，从对象设计编辑器界面工具条，或者选择view菜单下的Inspect Property子菜单，就可以看到对象属性查看器的界面。另外，在MATLAB命令窗口的命令行上输入inspect，也可以看到对象属性查看器。如右图所示。,2019/4/26,14,图形界面制作菜单,在绝大多数的图形用户界面下，都包含有菜单。通过选择各级菜单，可以执行相应的命令，实现相应的功能。一般地，从菜单的标题或名字可以大概了解该菜单的功能。在Windows系统中，菜单一般位于用户图形界而的顶端。例如，MATLAB的主窗口中，就有一个主菜单栏，包括File、Edit、View、Help等主菜单。在各级主菜单下，还有相应的子菜单。 在MATLAB图形用户界面(GUI)设计中，有两种菜单类型，分别是下拉式菜单类型Uimenu和内容式菜单类型Uicontextmenu。,2019/4/26,15,图形界面制作菜单（2）,菜单的建立： 在MATLAB中，可以通过命令行方式和GUI设计工具中的菜单 编辑器两种方式建立菜单： （1）命令行方式 ：在命令行方式下，可以通过函数uimenu建 立下拉式菜单对象。 （2）GUI设计工具菜单编辑器方式。 菜单的属性： 利用函数uimenu建立菜单时，可以定义菜单属性的属性值；利用函数set，可以设置、改变属性的属性值；利用get函数，可以获得菜单属性的属性值，也可以通过Property Inspector GUI设计工具来设置、修改菜单属性值。,2019/4/26,16,图形界面制作控件,在绝大多数的图形用户界面下，都包含有控件。控件是图形对象，它与菜单一起用于建立图形用户界面。通过使用各种类型的控件，可以建立起操作简便，功能强大的图形用户界面。MATLAB也提供了多种控件，可以把它们放置在图形窗口的任何位置，并用鼠标激活它们。MATLAB支持的控件对象有10种。,2019/4/26,17,控件对象类型,MATLAB支持复选框Check boxes、可编辑文本框Edit text，框架Frames、列表框List boxes、弹出式菜单Popup menus、命令按钮Push buttons、单选按钮Radio buttons、滑标Sliders、静态文本框Static text、开关按钮Toggle buttons等十种类型的控件对象,2019/4/26,18,控件对象类型（1）,（1）复选框（Check boxes） 复选框有一个标志文本，在标志文本的左边有一个小方框。它对于用户进行大量的独立选择很有用。为了激活复选框，可以使用鼠标单击复选框对象，使复选框在选中与不选中状态间进行切换。当选中时，复选框的value属性值是1；当没有选中时，复选框的小方框内为空，此时复选框的value属性值为0。复选框的Sytle属性值是checkbox。 （2）可编辑文本框（Edit text） 当需要输入文本时，可以使用可编辑文本框。通过可编辑文本框，用户可以方便地输入或修改已经存在的文本串，这与文本编辑器的功能是一样的。可编辑文本框的String属性中存储输入的文本串。 可编辑文本框可以是单行或多行文本模式。当可编辑文本框是单行模式时，只允许输入单行文本串；当可编辑文本框是多行模式时，可以输入多行文本。可编辑文本框的Style属性值是edit。,2019/4/26,19,控件对象类型（2）,（3）框架（Frames） 框架对象是在图形窗口内，视觉上封闭起来的一个区域，只有控件可以在框架中使用。一般把作用相关的一组控件用框架框起来，这样的用户界面很容易被用户理解。框架没有Callback例程。框架是不透明的，所以设置框架与框架中控件的顺序很重要。如果框架内控件先于框架被设置，那么框架设置后就会覆盖原先设置的控件。般地，应在定义框架后再定义框架中的控件。框架的style属件值是frame。 （4）列表框（List boxes） 列表框中列出其String属性的字符串项。用户可以方便的选择一个或多个列表项。列表框的Max和Min属性控制选择模式；Value属性标明选择的列表项的索引值。当列表框上的鼠标松开后，MATLAB会调用Callback例程。一般地，单击与双击列表框的效果是不一样的。列表框的Style属性值是listbox。,2019/4/26,20,控件对象类型（3）,（5）弹出式菜单（Popup menus） 弹出式菜单是一个显示信息的框，框的右边有一个下拉式箭头。单击下拉式箭头，就会显示一个列表，里面包含String属性定义的属性值。当没有打开列表时，信息框内显示的是当前选择的表项。当打开列表，从中选挥一个表项并单击后，该表项就会出现在信息显示框内。弹出式菜单对于用户进行大量的互相不同的选择是很有用的。如果不用弹出式菜单，那么就必须设置大量互不相同的单选按钮。弹出式菜单的Style属性值是popupmenu。 （6）命令按钮（Push buttons） 命令按钮是一个矩形的凸出对象。在命令按钮对象上标有一个字符串，用于标识该命令按钮。单击命令按钮，会产生相应的动作。用鼠标单击命令按钮后，命令按钮会凹下，但当松开鼠标后，命令按钮又会弹起，这与下面的开关按钮不同。命令按钮的Style属性值是Pushbunton。,2019/4/26,21,控件对象类型（4）,（7）单选按钮（Radio buttons） 与复选框相似，单选按钮有一个标志文本，在标志文本的左边有一个小圆圈，它对于用户进行功能互斥的选择很有用。在一组单选按钮中，一次只能有一个单选按钮被选中，这与可以同时选中多个的复选框不同。为了激活单选按钮，可以使用鼠标单击单选按钮对象，使单选按钮在选中与不选中状态间进行切换。当选中时，复选框的小圆圈内有一个点，此时单选按钮的value属性值是1；当没有选中时，单选按钮的小圆圈内为空，此时单选按钮的value属性值为0。单选按钮的style属性值是radiobutton。 （8）滑标（Sliders） 其功能类似于滚动条，它由三个部分组成，分别是滚动槽、滚动槽内的指示条和滚动槽两端的箭头。其中，滚动槽表明滑标的有效值范围，指示条表明滑标的当前值，通过箭头可以左右移动指示条。用户在选中指示条后通过鼠标拖动指示条，可以改变滑标的值，也可以通过单击两端的箭头来改变滑标的值。可以通过函数设置滑标的最小值、最大值与当前值。滑标的Style属性值是slider。,2019/4/26,22,控件对象类型（5）,（9）静态文本框（Static text） 静态文本框静态显示文本字符申。静态文本框通常用于显示别的控件的有义信息。例如，如果与滑标相连，可以在静态文本框中显示滑标的当前值。与可编辑文本框不同，用户不能交量地改变静态文本框中的内容。静态文本框没有Callback例程。静态文本框的Style属性值是text。 （10）开关按钮（Toggle buttons） 开关按钮的外观与命令按钮类似，是一个矩形的凸出对象，同时在开关按钮对象上也标有一个字符串，用于标识该开关按钮。与命令按钮不同的是，当用鼠标单击开关按钮并松开后，开关按钮不会弹起。再单击一次，它才会弹起，这可以表明开关按钮的状态。单击开关按钮，会产生相应的动作，执行相应的Callback例程。在进行工具条的设计时，开关按钮时非常有用的。开关按钮的Style属性值是togglebutton。,2019/4/26,23,控件的建立,与菜单对象一样，可以通过命令行方式与GUI设计工具两种方式来建立控件。 （1）命令行方式： 在命令行方式下，可以通过函数uicontrol来建立控件对象。 （2）GUI设计工具： 利用GUI设计工具中的对象设计编辑器(Layout Editor)，可以容易地创建MATLAB支持的各种控件，而且通过对象属性查看器(Object Inspector)，可以方便地修改、设置创建的控件的属性值。 注意：命令行方式常常用于动态修改界面外观，比如执行到某种功能出现某个按钮，GUI设计工具常常用于最初的界面设计。,2019/4/26,24,控件的属性,在命令行的方式下或者GUI设计方式下，可以方便的设置、修改控件属性的属性值。在命令行方式下，利用uicontrol建立控件时，可以定义控件属性的属性值；利用函数set可以设置、改变属性的属性值；利用函数get可以获得属性的属性值。在GUI设计方式下，也可以通过Property Inspector GUI设计工具来设置控件的属性值。,2019/4/26,25,编写GUI代码（1）,当我们利用GUIDE完成一个应用程序界面布局设计后，保存设计结果时，MATLAB将其保存为后缀为.fig的一个文件，并自动生成的一个与之同名的M文件。这个M文件是控制GUI的一个程序框架，正是这个程序框架，促进了一种高效稳健的编程风格。应用M文件包含了callback函数在内的所有代码，每一个回调函数在M文件中用子程序的形式出现。,GUIDE自动为其添加到M文件中的callback子程序命名，它还将回调属性的值设置为一个字符串，保证用户在激活控件时运行这一子程序。我们已经看到，在GUI布局中添加元件时，GUIDE先为该元件的Tag属性分配一个数值，再以此命名回调函数。比方说，在布局中添加的第一个push button被称为pushbutton1，GUIDE在M文件中添加的callback子程序被命名为pushbutton1_Callback；我们如果想要实现按下该按钮进行某种操作，就可以在应用M文件中找到pushbutton1_Callback的位置，对该子程序进行编码，以实现我们需要的操作即可。,2019/4/26,26,GUI编程举例,功能： （1）在点击【Grid on】或【Grid off】按钮时，在轴上画出或删除“分格线”；缺省时，无分格线。 （2）在菜单【Options】下，有2个下拉菜单项【Box on】和【Box off】；其功能和两个按钮的一样。,2019/4/26,27,第一步,打开GUIDE工具，编辑初始界面。,2019/4/26,28,第二步,设置各控件的属性,2019/4/26,29,第三步,调整各控件的位置,2019/4/26,30,第四步,制作菜单（利用Menu Editor）,2019/4/26,31,第五步,M文件编程 运行结果,2019/4/26,32,句柄图形,图形细致处理和界面编程的基础,2019/4/26,33,句柄图形对象,MATLAB图形绘制系统是由两个层次组成的：用于提供用户友好的绘图功能的高级层次和用于创建及操作线、面、文字、投影等基本图形对象的低级函数。高级功能是建立在低级函数的基础之上的，它为用户的图形绘制提供了极大的方便，因为它不要求用户去操作线、面等的细节。但是使用低级的绘图函数也有其优越性，它能提供对图形的各个基本对象的更细致的控制，不仅可以产生更加复杂的图形，也为动态的绘制图形提供了基础。MATLAB的这个低级函数系统称为句柄图形(Handle Graphics)。,2019/4/26,34,图形对象和对象句柄,图形对象 MATLAB把用于数据可视和界面制作的基本绘图要素称为句柄图形对象（Handle Graphic object）。构成MATLAB句柄图形体系的共有11个图形对象，每个图形对象都可以被独立操作。 句柄 每个具体对象都有一个“与生俱来、终生不变”的独特标志，即句柄（Handle）。句柄是存取操作图形对象的唯一规范标识符。不同对象的句柄不可能重复和混淆。,2019/4/26,35,句柄图形对象的层次结构,图形对象包括：根屏幕（Root Screen）、图（Figure）、轴（Axes）、线（Line）、块（Pathes）、面（Surface）、图像（Image）、文字（Text）、用户界面控制（User Interface Control）和用户界面菜单（User Interface Mesnus）。这些对象的层次结构为下图树状结构所示：,2019/4/26,36,句柄图形对象的层次结构（2）,处于树结构最高层的图形对象是根屏幕。是所有其他图形对象的“父（parent）”。 图形窗有三个不同的“子”：轴、界面控制和界面菜单。后两类用于制作用户图形界面，实现对人机交互操作。 轴有7种不同类型的“子”：线、面、方、块、图像、字和光。,2019/4/26,37,图形对象的属性,属性 所有的图形对象都有一组定义和刻画其外貌特征的属性（Properties）。属性又由两部分组成：属性名和属性值，即属性二元对（Property_Name，Property_Value）在操作属性的指令中，属性名和属性值总是成对出现。 属性名是英文字符串。该英文词组每个单词首字母大写且单词间没有空格。例如：LineStyle。这样书写便于阅读。但在指令中引用属性名时，为用户书写方便，MATLAB采取了两个措施：第一，不分字母大小写，都同样识别，第二，只要不引起歧义，属性名不用写全。如：用LineStyle时只输入line就可以识别。 缺省属性 在创建图形对象时，MATLAB并不需要用户对每个属性加以定义。因为只要用户没有特别指定，MATLAB会自动给每个图形对象的每个属性赋予“厂家定义（Factory-defined）”的属性值。如果用户对MATLAB默认的属性不满意，可以通过指令对相应的属性进行修改，或在创建图形对象的时候就直接指定。,2019/4/26,38,图形对象的操作,图形对象的创建指令 除根屏幕外，所有图形对象都由与之同名的指令创建。这些指令均为MATLAB内建函数，每个指令在创建对象的同时，还可返回该对象的句柄。 每个底层函数只能创建这11个图形对象中的一个，并将它们置于适当的父辈对象之中。例如：line指令的操作是在当前画轴上利用缺省属性画“线”。如果调用此指令前图形窗口和画轴不存在，则MATLAB会自动创建它们，如果已经存在，则这条“线”将画在当前轴上，且不影响该轴上的已有的其他对象。（这与高层绘图指令不同）。这个特点非常重要，特别是当图形仅有一部分需要改变时。,2019/4/26,39,图形对象创建指令一览表,2019/4/26,40,图形对象的句柄获得方法,从图形创建指令获取句柄 H=GraphicCommand() 如：Hfigure（n） 追溯法获取句柄 如果一个对象的句柄已知，可以用如下格式获得其父或子对象的句柄。 H_pa=get(H_known,Parent) H_ch=get(H_known,Children) 当前对象句柄的获取 MATLAB有如下三个专用获取图形句柄的指令：前两个是直接指令，后一个是和鼠标配合使用。 (1)gcf：获得当前图形窗口的句柄 (2)gca：获得当前轴的句柄； (3)gco：获得当前对象的句柄（被鼠标最近点击的图形对象）： 根据对象的特性获取句柄 H=findobj(H_ori,PN,PV) 在H_ori指定的对象上，寻找与属性对（PN,PV）匹配的对象句柄。,2019/4/26,41,句柄获取示例,例1:创建时获得句柄 t=0:0.01:2*pi; h=plot(t,sin(t),b); 例2：追溯法获得句柄 H_pa=get(h,Parent); 例3：获得当前对