MATLAB画图时如何设置配色方案使多条曲线区分明显且美观？

Question

在MATLAB中绘制多条曲线时，如何设置配色方案以确保曲线区分明显且整体美观？默认颜色可能不足以清晰区分大量曲线，尤其在投影或打印时。如何自定义配色方案（如使用ColorOrder属性或引入特定的色彩映射表colormap），并结合线型、标记等元素提升可读性？此外，在保证视觉差异的同时，如何遵循色彩设计原则（如对比度、和谐性）使图表更具专业感？

Answer 1

1. 了解MATLAB默认配色方案

MATLAB默认的颜色顺序（ColorOrder）可以区分少量曲线，但在多条曲线的情况下，可能显得不足。例如，默认的七种颜色在投影或打印时容易混淆。

以下是MATLAB默认的颜色矩阵：

defaultColors = [
    0    0.4470    0.7410; % 蓝色
    0.8500    0.3250    0.0980; % 橙色
    0.9290    0.6940    0.1250; % 黄色
    0.4940    0.1840    0.5560; % 紫色
    0.4660    0.6740    0.1880; % 绿色
    0.3010    0.7450    0.9330; % 青色
    0.6350    0.0780    0.1840]; % 红色

如果需要绘制超过7条曲线，则需要扩展配色方案。

2. 自定义ColorOrder属性

通过设置ColorOrder属性，可以为每条曲线指定独特的颜色。以下是一个示例代码：

figure;
colors = hsv(10); % 使用HSV颜色映射表生成10种颜色
set(gca, 'ColorOrder', colors);
x = linspace(0, 2*pi, 100);
for i = 1:10
    y = sin(x + i * pi / 6);
    plot(x, y);
    hold on;
end
hold off;

在这里，我们使用了hsv函数生成10种颜色，并将其分配给每条曲线。

3. 引入特定的colormap

除了ColorOrder，还可以利用MATLAB内置的色彩映射表（colormap）。例如，parula、viridis等现代映射表提供了更好的对比度和可读性。

• parula：适合连续数据，具有平滑过渡。
• viridis：高对比度，适用于打印和投影。

以下是如何将viridis应用于多条曲线：

figure;
colormap(viridis(12)); % 生成12种颜色
colors = colormap;
set(gca, 'ColorOrder', colors);
x = linspace(0, 2*pi, 100);
for i = 1:12
    y = cos(x + i * pi / 8);
    plot(x, y);
    hold on;
end
hold off;

4. 结合线型与标记提升可读性

仅依赖颜色可能不足以区分所有曲线，尤其是在黑白打印时。因此，可以结合线型（如虚线、点划线）和标记（如圆圈、星号）来增强区分度。

线型	描述	标记	描述
'-'	实线	'o'	圆圈
'--'	虚线	'*'	星号
':'	点线	's'	正方形

以下是一个综合示例：

figure;
colors = lines(6); % 使用lines配色方案
lineStyles = {'-', '--', ':', '-.', '-', '--'};
markers = {'o', 's', 'd', '^', 'v', '*'};
x = linspace(0, 2*pi, 100);
for i = 1:6
    y = exp(-0.1*x) .* sin(x + i * pi / 4);
    plot(x, y, ...
        'Color', colors(i,:), ...
        'LineStyle', lineStyles{mod(i-1, length(lineStyles))+1}, ...
        'Marker', markers{mod(i-1, length(markers))+1}, ...
        'MarkerFaceColor', colors(i,:));
    hold on;
end
hold off;

5. 遵循色彩设计原则

为了使图表更具专业感，应遵循以下色彩设计原则：

1. 对比度：确保相邻曲线之间的颜色差异足够大，避免视觉混淆。
2. 和谐性：选择相互协调的颜色组合，避免刺眼或不协调的效果。
3. 可访问性：考虑色盲友好配色，例如使用工具箱如distinguishable_colors生成适合色盲的配色方案。

此外，可以通过Mermaid流程图展示设计步骤：

sequenceDiagram
    participant U as 用户
    participant M as MATLAB
    U->>M: 设置ColorOrder或colormap
    M-->>U: 返回颜色矩阵
    U->>M: 添加线型和标记
    M-->>U: 显示最终图表