軟件MATLAB R2019A

1、程序介紹

使用MATLAB GUI功能設計制作一個魔方三維動態還原仿真程序，點擊魔方旋轉按鈕U\D\F\B\L\R旋轉方面相應面，逆\順時針按鈕切換旋轉方向，文字編輯框輸入旋轉步驟如U1B2L3再點擊開始還原按鈕然后魔方開始按步驟還原。

2、畫三維魔方

如何畫魔方的一個色塊?

使用patch()函數。原理：點按順序連成封閉多邊形

point_sequence=[1,2,3,4]; %點連接的順序 square_xyz=[3,1,3;1,1,3;1,-1,3;3,-1,3]; %三維坐標4x3矩陣 patch('Faces',point_sequence,'Vertices',square_xyz,'FaceColor','blue'); axis([-3,3,-3,3,-3,3]);%坐標系范圍 view(3);

程序說明：變量point_sequence為行向量，里面元素代表點連接的順序；變量square_xyz為4x3階矩陣，每行代表一個三維坐標；顏色為blue藍色。

如何實現旋轉

使用rotate()函數，命令行輸入help rotate查看用法

>> help rotate rotate - 以指定原點和方向旋轉對象此 MATLAB 函數 將圖形對象 h 旋轉 alpha 度。指定 h 為曲面、補片、線條、文本或圖像對象。direction是一個二元素或三元素向量，它與旋轉軸原點共同確定旋轉軸。旋轉軸的默認原點是圖框中心。該點未必是坐標區的原點。rotate(h,direction,alpha)rotate(...,origin)

?注意：向量指向你逆時針旋轉alpha 度，且alpha有正負。

point_sequence=[1,2,3,4]; %點連接的順序 square_xyz=[3,1,3;1,1,3;1,-1,3;3,-1,3]; %三維坐標4x3矩陣 patch_handles=patch('Faces',point_sequence,'Vertices',square_xyz,'FaceColor','blue'); rotate(patch_handles,[1,0,0],90); %旋轉畫色塊

程序說明：patch_handles繞向量[1,0,0]逆時針旋轉90讀。

%學習rotate的用法 clc; clear; filename = 'testrotate.gif'; % Specify the output file name global rotate_direction rotate_direction=struct('p_x',[1,0,0],'n_x',[-1,0,0],'p_y',[0,1,0],'n_y',[0,-1,0],'p_z',[0,0,1],'n_z',[0,0,-1]); point_sequence=[1,2,3,4]; %點連接的順序 square_xyz=[3,1,3;1,1,3;1,-1,3;3,-1,3]; %三維坐標4x3矩陣，行向量坐標 per_degree=10; %每次旋轉10° fig=figure; axis([-3,3,-3,3,-3,3]);%坐標系范圍 xlabel('X'); ylabel('Y'); zlabel('Z'); % view(3);%三維視角 view(130,30);%三維視角 patch_handles=patch('Faces',point_sequence,'Vertices',square_xyz,'FaceColor','blue'); for t=1:9rotate(patch_handles,rotate_direction.('p_x'),per_degree); %畫色塊 pause(0.1);%///生成GIF圖drawnowframe = getframe(fig);im{t} = frame2im(frame);[A,map] = rgb2ind(im{t},256); %將 RGB 圖像轉換為索引圖像 A。map 最多包含 n 個顏色。if t == 1imwrite(A,map,filename,'gif','LoopCount',Inf,'DelayTime',0.1);elseimwrite(A,map,filename,'gif','WriteMode','append','DelayTime',0.1);end%/// end

程序運行結果：

?

?

3、利用魔方狀態字符串生成魔方

3、1 什么是魔方狀態字符串和解魔方步驟字符串

魔方的6個面及表示

魔方6個面分別用6個大寫英文字母表示，對應顏色可以自己設定。

魔方六個面對應的大寫英文字母及顏色

頂面Up	底面Down	前面Front	背面Back	左面Left	右面Right
U	D	F	B	L	R
白色	黃色	綠色	藍色	橙色	紅色

魔方的中心塊、棱塊和角塊

一個三階魔方可分為三層，頂層、底層和中間層。有六個面，每個面9個色塊，一共54個色塊。總共由26個小方塊組成，根據魔方每個小方塊所處的位置可分為三種小方塊，分別是中心塊、棱塊和角塊。中心塊有6個，每個中心塊上只有一種顏色，只需用一個大寫字母表示，魔方在旋轉過程中中心塊的相對位置都是不會變的。棱塊有12個，棱塊處于每條邊的中間位置，每個棱塊有兩種顏色，用兩個大寫字母表示。角塊有8個，每個角塊3種顏色，用三個大寫字母表示。

魔方狀態字符串

可以用一串大寫英文字母表示一個三階魔方的狀態，一個已經還原好的魔方可以用這樣一串字符表示：UF UR UB UL DF DR DB DL FR FL BR BL UFR URB UBL ULF DRF DFL DLB DBR。

? ? ? ? 這種表示法是由一個叫Mike Reid的魔方愛好者首先使用的，它表示一個已經被解好的魔方。因為六個不同顏色中心塊在任何旋轉過程中相對位置都是不會變的，所以沒有單個字符。這串標準字符中12個雙字符表示魔方的12個棱塊，每個棱塊兩種顏色。8個三字符表示魔方8個角塊，每個角塊三種顏色。對照這個標準字符串，一個打亂的魔方的兩個中心塊所夾的棱塊可以表示出來，三個中心塊所夾的角塊可以表示出來。

cube_right_char=['UF ';'UR ';'UB ';'UL ';'DF ';'DR ';'DB ';'DL ';'FR ';'FL ';'BR ';'BL ';'UFR';'URB';'UBL';'ULF';'DRF';'DFL';'DLB';'DBR'];%正序 cube_error_char=['LU ';'LF ';'UF ';'BD ';'LB ';'RU ';'UB ';'FD ';'BR ';'RF ';'RD ';'DL ';'DBR';'BLU';'BDL';'LFU';'URB';'FLD';'FRU';'DRF'];%亂序

?還原好的魔方的正序字符串cube_right_char代表位置，亂序字符串cube_error_char代表對應位置的顏色，如位置'UF'對應的顏色為'LU'，即U面和F面所夾棱塊顏色依次為L和U。

解魔方步驟字符串

擰魔方的動作用各個魔方面代表的字符加順時針旋轉的次數表示，如R1表示R面即右面順時針旋轉一次，R2表示R面順時針旋轉兩次，R3代表R面順時針旋轉三次，也即逆時針旋轉1次。

? ? ? ? 解魔方步驟字符串：U1D3F2L3B3F3U1L1D1L2U1F2R3U3B2L2U3F2U1F2L2F2D2L2B2D2L2U2F2U2
?

3、2 如何用魔方狀態字符串生成魔方

以棱塊為例：正序字符串確定棱塊所在位置，亂序字符串確定棱塊顏色。

根據魔方狀態字符串將棱塊和角塊轉化為patch句柄，中心塊也轉化為patch句柄。

patch_handles為26x3階元胞矩陣，1到12行為棱塊，13到20行為角塊，21到26行為中心塊。

global patch_handles %patch對象句柄 patch_handles=cell(26,3); %元胞矩陣，1到12行為棱塊，13到20行為角塊，21到26行為中心塊，

4、旋轉魔方的一個面

如何找出需要旋轉的面

根據坐標找面，魔方色塊邊長為2，以魔方中心為原點(0,0,0)，以U面為例，U面所在坐標軸為z軸正半軸，3個單位，即找出z=3的色塊就找出棱塊和角塊和中心塊。

5、GUI控件

以U按鈕為例，回調函數為pushbuttonU_callback

pushbuttonU_h = uicontrol('Units','normalized','Position',[button_x,button_y,button_wide,button_high],...'Style','pushbutton','String','U','Callback',@pushbuttonU_callback); function pushbuttonU_callback(src,event) global direction pushbutton_Enable('off'); %使按鈕不可按 rotation_time('U',direction); %旋轉U面，direction=1時逆時針，-1時順時針 pushbutton_Enable('on'); %使按鈕可按 end

6、效果

上一篇文章畫動態魔方作為本篇文章的補充

http://t.csdn.cn/LkJEGhttp://t.csdn.cn/LkJEG

程序下載鏈接：

基于MATLABGUI的魔方三維動態還原仿真程序-其他文檔類資源-CSDN下載使用MATLABGUI功能設計制作的一個魔方三維動態還原仿真程序，點擊魔方旋轉按鈕U\\D\\F\\B\\更多下載資源、學習資料請訪問CSDN下載頻道.https://download.csdn.net/download/qq_42053235/85249566

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于MATLAB GUI的魔方三维动态还原仿真程序的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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