计算机图形学实验报告—正文

设计1 环境设置 (实验环境 microsoft visual studio 2010) 一、实验目的

1．掌握图形驱动程序及图形模式的基本概念，掌握图形初始化方法；

2．掌握进行图形程序设计的基本方法；

3．了解的图形功能，了解常见的图形库函数；

二、实验要求

1．图形系统初始化；

2．综合应用图形库函数，进行图形设计与绘制；

3．熟悉开发环境，要求会对程序进行编辑，编译，调试

三、设计说明

图形系统初始化以及主要代码：

#include "stdafx.h"

#include

#include

using namespace std;

LRESULT CALLBACK WndProc (HWND hwnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)//回调函数

{

HDC hdc ; //设备句柄

PAINTSTRUCT ps ; //绘图结构

RECT rect,rc ; //矩形结构

HBRUSH hBrush; //刷子

HPEN hpen; //笔

SYSTEMTIME tm; //定义时间结构体变量

switch (message) //从回调函数的参数据中传入的值，是系统执行回调函数之后的结果体现

{

case WM_PAINT: //画矩形

hdc = BeginPaint (hwnd, &ps) ;//准备指定的窗口来重绘并将绘画相关的信息放到一个

PAINTSTRUCT结构中

SetTextColor(hdc,RGB(0,255,255));//设置指定设备环境(HDC)的字体颜色

TextOut(hdc,10,160, TEXT("画出直线！"),16);//该函数用当前选择的字体、背景颜色和正文颜色将一个字符串写到指定位置

MoveToEx(hdc,200,100,NULL);//将当前绘图位置移动到某个具体的点，同时也可获得之前位置的坐标。开始画线，从100，100开始

LineTo(hdc,300,400);//用当前画笔画一条线，从当前位置连到一个指定的点。这个函数调用完毕，当前位置变成x,y

/*以下是画笔的用法，函数原型是BOOL CreatePen(int nPenStyle, int nWidth, COLORREF crColor); 功能是：用指定的样式、宽度和颜色创建一个画笔

参数（1）nPenStyle指定画笔样式，可以是下述常数之一，PS_SOLID画笔画出的是实线；PS_DASH 画笔画出的是虚线（nWidth必须是1）；PS_DOT画笔画出的是点线（nWidth必须是1）；

PS_DASHDOT画笔画出的是点划线（nWidth必须是1）；PS_DASHDOTDOT画笔画出的是点-点-划线（nWidth必须是1）；PS_NULL画笔不能画图；PS_INSIDEFRAME画笔在由椭圆、矩形、圆

角矩形、饼图以及弦等生成的封闭对象框中画图。如指定的准确RGB颜色不存在，就进行抖动处理。

参数（2）nWidth 以逻辑单位表示的画笔的宽度

参数（3）crColor画笔的RGB颜色

返回值：如函数执行成功，就返回指向新画笔的一个句柄；否则返回零。一旦不再需要画笔，记得用DeleteObject函数将其删除。*/

hpen=CreatePen(PS_SOLID,5,RGB(0,255,0));//获得刷子

SelectObject(hdc,hpen);//选择你获得的刷子。该函数选择一对象到指定的设备上下文环境中，该新对象替换先前的相同类型的对象。原型：HGDIOBJ SelectObject(HDC hdc, HGDIOBJ hgdiobj)

MoveToEx(hdc,200,200,NULL);//刷子的起点

LineTo(hdc,500,500);//刷子的结束点

/*下面的函数取得客户端的矩形，rect和rc为用户定义的矩形结构变量。该函数获取窗口客户区的坐标。客户区坐标指定客户区的左上角和右下角。由于客户区坐标是相对窗口客户区的左上角而言的，因此左上角坐标为（0，0），函数原型BOOL GetClientRect(HWND hWnd,LPRECT lpRect );第一个参数为窗口句柄，第二个参数为客户区坐标*/

GetClientRect (hwnd, &rect);

rc.left=rect.left+300;//客户端矩形的左上方点加400像素

rc.top=rect.top+300;

rc.right=rect.right-50;

rc.bottom=rect.bottom-20;

/*下面的函数创建一个具有指定颜色的逻辑刷子。函数原理：HBRUSH CreateSolidBrush(COLORREF crColor)；参数crColor：指定刷子的颜色。返回值：如果该函数执行成功，那么返回值标识一个逻辑实心刷子；如果函数失败，那么返回值为NULL。实心刷子实际上就是指系统用来绘制要填充图形的内部区域的位图。在应用程序调用CreateSolidBrush创建刷子以后，可以通过调

用SelectObject函数把该刷子选入设备环境。*/

hBrush=CreateSolidBrush(RGB(0,255,255));//创建刷子，并变化矩形中的颜色

FillRect(hdc,&rc,hBrush);//用指定的画刷填充矩形，此函数包括矩形的左上边界，但不包括矩形的右下边界。原型：int FillRect(HDC hdc, CONST RECT *lprc, HBRUSH hbr)

/*以下函数用来设置背景色，hDC是当前设备的句柄，mode是要设置的模式，其值可以为OPAQUE 和TRANSPARENT。比如按钮的文字颜色是黑色的，而背景是灰色的，这就需要使用SetBkMode函数来设置DrawText函数的输出方式，OPAQUE的方式是用当前背景的画刷的颜色输出显示文字的背景，而TRANSPARENT是使用透明的输出，也就是文字的背景是不改变的。*/

SetBkMode(hdc,TRANSPARENT);//设置背景为透明色

/*以下函数用来设置指定设备环境(HDC)的字体颜色，原型为DWORD SetTextColor (HDC, DWORD),其中DWORD是关于颜色的参数，常用RGB()获取。当然设备环境(HDC)要通过

BeginPaint(HWND,&PAINTSTRUCTURE)或GetDC(HWND)获得。*/

SetTextColor(hdc,RGB(255,255,0));//设置文本的颜色

/*以下函数在指定的矩形里写入格式化的正文，根据指定的方法对正文格式化（扩展的制表符，字符对齐、折行等）。 */

DrawText(hdc, TEXT ("画出矩形！"), -1, &rc,DT_SINGLELINE | DT_CENTER | DT_VCENTER) ;//单行模式|中心对齐|垂直对齐

//Rectangle(hdc,0,0,50,50);//矩形

//FillRect(hdc,50,50,300,300);//填充矩形

EndPaint (hwnd, &ps) ;//结束画

return 0;

case WM_DESTROY://关闭窗口时的操作

PostQuitMessage (0) ;//弹出一个退出消息框

return 0 ;

}

return DefWindowProc (hwnd, message, wParam, lParam) ;

}

四、运行结果及分析

五、总结

通过实验一，了解了如用使用基本函数绘制简单的图形，如在指定的位置输出基本图

形线，方形的绘制。

设计2 直线生成算法

一、实验目的

1. 通过实现中点直线生成算法，对算法原理加深理解。

2. 对程序以及函数的细节有了更深入的把握。

二、实验要求

实现一个直线的中点生成算法的程序

三、设计说明

1.算法主要思想：

讨论斜率k ∈[1,+∞)上的直线段的中点算法。

对直线01p p ，左下方的端点为0p （x0，y0），右上方的端点为1p （x1，y1）。直线段的方程为： y m x B =+?y

y x B x y y x x B x

?=

+??=?+?? (,)0F x y xy yx xB ?=?-?-?= 现在假定已求得像素（,,i r i x y ），则如图得 ,,11

(,]22

i i r i r x x x ∈-

+ 由于直线的斜率k ∈[1,+∞)，故m=1/k ∈(0,1],则

1,,13(,]22i i r i r x x x +∈-+ 在直线1i y y =+上，区间,,13

(,]22

i r i r x x -+内存在两个像素NE 和E 。根据取整原则，当11(,)i i x y ++在

中点M 11

(,)2

i i x y ++右方时，取像素NE ，否则取像素E ，即

,11,,1()()01()()0

i r i i r i r i x E F M x x x NE F M x +++?

?≤=?

+?>?i i 点当(,y +1)在左方时点当(,y +1)在右方时

若取2()i d F M =，则上式变为 ,1,,()01(0

i r i i r i r i x E d x x NE d +?

≤=?

+>?点当点)当

计算i d 的递推公式如下：

,1

1,12[(2)()]012

2(,2)0

122[(2)(1)]

2

i i r i i i i i i i r

x y y x xB d d F x y d x y y x xB ++?

?+-?+-??≤?=++=?

>??+-?++-???

=202()

i i i i d x d d x y d +?≤?

?

+?-?>?

算法的初始条件为：

00,00,0(,)(0,0)1

2(,1)22

r r x y x y d F x y x y =?

?

?=++=?-???

2.主要程序代码： 建立成员函数：

void MidPointLine4(CDC*pDC,int x0,int y0,int x1,int y1,int color) { /*假定x01*/

int dx,dy,incrE,incrNE,d,x,y; dx=x1-x0; dy=y1-y0; d=2*dx-dy; incrE=2*dx;

incrNE=2*(dx-dy); x=x0;y=y0;

pDC->SetPixel(x,y,color); while (x

{ d+=incrNE; x++; } y++;

p->SetPixel(x,y,color);

} }

编写OnDraw 函数：

void CMy1_1View::OnDraw(CDC* pDC) { CMy1_1Doc* pDoc = GetDocument(); ASSERT_V ALID(pDoc); // TODO: add draw code for native data here MidPointLine4(pDC,200,200,300,300,RGB(0,0,0));

MidPointLine4(pDC,300,200,400,300,RGB(0,0,0));

MidPointLine4(pDC,400,200,500,300,RGB(0,0,0));

}

四、运行结果及分析

编译运行程序得到如下结果：

五、总结

通过实验二，更透彻的理解了课本上的中点画线函数，学习了一些相关的内容，进一步的了解图形学的结构和思想。

设计3 圆的生成算法

一、实验目的

1、通过实现圆的中点生成算法，深入理解图形学算法的实现

2、通过实现，可以更加清楚的理解算法的流程

二、实验要求

实现一个圆的中点生成算法的程序

三、设计说明

1.算法思想

生成圆弧的中点算法和上面讲到的生成直线段的中点算法类似，考虑第一象限

内[0,]

x R ∈的八分之一圆弧段。经过计算，得出判别式的递推公式为： 123

02()50

i i i i i i d x d d d x y d +++≤?=?

+-+>?

这两个递推公式的初值条件为：

00,0(,)(0,)

5/4r

x y R d R =??=-?

2.主要代码：

void CMy2_9View::MidPointEllipse(CDC *pDC, double a, double b, int color) {

double x,y,d,xP,yP,squarea,squareb; squarea=a*a; squareb=b*b;

xP=(int)(0.5+(double)squarea/sqrt((double)(squarea+squareb))); yP=(int)(0.5+(double)squareb/sqrt((double)(squarea+squareb))); x=0; y=b;

d=4*(squareb-squarea*b)+squarea; pDC->SetPixel(x,y,color); while(x<=xP)

{

if(d<=0) d+=4*squareb*(2*x+3);

else

{d+=4*squareb*(2*x+3)-8*squarea*(y-1);

y--;}

x++;

pDC->SetPixel(x,y,color);

}

x=a;

y=0;

d=4*(squarea-a*squareb)+squareb;

pDC->SetPixel(x,y,color) ;

while(y

{

if(d<=0) d+=4*squarea*(2*y+3);

else

{d+=4*squarea*(2*y+3)-8*squareb*(x-1);

x--; }

y++;

pDC->SetPixel(x,y,color);

}

}

编写OnDraw函数如下：

void CMy2_9View::OnDraw(CDC* pDC)

{

CMy2_9Doc* pDoc = GetDocument();

ASSERT_V ALID(pDoc);

// TODO: add draw code for native data here

MidPointEllipse(pDC,500,300,RGB(0,0,0));

}

四、运行结果及分析

编译运行程序得到如下结果：

五、总结

通过完成中点生成圆的实验，理解了中点生成算法的过程和思想，对图形学中所用算法也有了更深的认识，并且通过从八分圆构造完整圆的过程，学会了图形学算法设计的一种思想。

设计4 扫描线填充算法

一、实验目的

1、通过实现扫描线填充算法，深入理解图形学算法的实现

2、通过实现，可以更加清楚的理解算法的细节

二、实验要求

实现一个扫描线填充算法。

三、设计说明

1、算法原理

扫描线算法的基本思想是将扫描转换多边形的问题分解到一条条扫描线上来考虑。其填充过程为求扫描线与多边形各边的交点，所求的交点按横坐标从小到大排序，将交点两两配对，并填充每一区段（其原理参见教材4.2.2）。

扫描线算法描述如下：

（1）建立边的分类表ET；

（2）将扫描线纵坐标y的初值为ET中非空元素的最小序号；

（3）置活化边表AEL为空；

（4）执行下列步骤直至ET和AEL都为空；

A、如果ET中的第y类非空，则将其中的所有边取出并插入AEL中，在插入过程忠进行排

序；

B、对AEL中的边两两配对，将每对边中x坐标按规则取整，获得有效的填充区段，再填充；

C、将当前扫描线纵坐标y值递增1，即y=1；

D、将AEL中满足y=ymax边删去；

E、对AEL中剩下的每一条边的x递增deltax，即x=x+deltax；

2、主要程序代码

struct point {

int x, y;

};

point ps[110] = {{200, 40}, {440, 120}, {440, 320}, {200, 200}, {80, 280}, {80, 80}};

int n = 6;

//活动边类型

struct AET {

double x;

double dx;

int y;

};

//存储活动边链表类型

struct link {

int L[110];

int R[110];

AET key[110];

int tot;

//初始化链表

void init()

{

memset(L, 0, sizeof(L));

memset(R, 0, sizeof(R));

tot = 0;

}

//插入一个活动边到最后

void add(double x, double y, int z) {

++tot;

key[tot].x = x;

key[tot].dx = y;

key[tot].y = z;

R[L[0]] = tot;

R[tot] = 0;

L[tot] = L[0];

L[0] = tot;

}

//在pi位置后插入一个活动边

void insert(int pi, AET info)

{

++tot;

key[tot] = info;

R[tot] = R[pi];

L[tot] = pi;

L[R[pi]] = tot;

R[pi] = tot;

}

//删除活动边pi

void dlink(int pi)

{

R[L[pi]] = R[pi];

L[R[pi]] = L[pi];

}

void print()

{

char str[110];

for (int i = R[0]; i != 0; i = R[i]) {

sprintf(str, "%.2f %.2f %d\n", key[i].x, key[i].dx, key[i].y);

MessageBox(NULL, str, "", MB_OK);

}

}

};

link aet, net[510];

bool cmp(const AET &cmp1, const AET &cmp2)

{

return cmp1.x < cmp2.x;

}

void solve(HDC hdc)

{

//清空当前边链表

memset(net, 0, sizeof(net));

//遍历多边形的边，将边存入相应的边链表中

for (int i = 0; i < n; i++) {

point p1 = ps[i], p2 = ps[(i + 1) % n];

if (p1.y > p2.y) {

point tmp = p1;

p1 = p2;

p2 = tmp;

}

double y;

if (p2.y == p1.y) {

y = 0;

} else {

y = (double)(p1.x - p2.x) / (p1.y - p2.y);

}

net[p1.y].add(p1.x, y, p2.y);

}

aet.init();

AET tmp[210];

//遍历扫描线

for (int y = 0; y < 500; y++) {

//将新边插入到活动边表中

for (int i = net[y].R[0]; i != 0; i = net[y].R[i]) { /*int j = aet.R[0];

while (j != 0 && aet.key[j].x < net[y].key[i].x) { j = aet.R[j];

}*/

aet.insert(aet.L[0], net[y].key[i]);

}

//将活动边表中的边取出，按x值从小到大排序

int cc = 0;

for (int i = aet.R[0]; i != 0; i = i = aet.R[i]) { tmp[cc++] = aet.key[i];

}

sort(tmp, tmp + cc, cmp);

//将两个一组的点之间填入像素

for (int i = 0; i < cc; i += 2) {

for (int j = tmp[i].x; j <= tmp[i + 1].x; j++) {

SetPixel(hdc, j + 100, 400 - y, RGB(0, 0, 0));

}

}

//删去以到达最终点的边，并且更新未到达最终点边的x值

for (int i = aet.R[0]; i != 0; i = aet.R[i]) {

if (aet.key[i].y == y) {

aet.dlink(i);

} else if (aet.key[i].y > y) {

aet.key[i].x += aet.key[i].dx;

}

}

}

}

四、运行结果及分析

五、总结

扫描线算法是多边形扫描转换的常用算法。扫描线算法充分利用了相邻象素之间的连贯性，避免了对象素的逐点判断和反复求交的运算，达到了减少了计算量和提高速度的目的。

通过完成扫描线算法的实验，我深入理解了扫描线算法的过程和思想，对图形学中所用算法也有了更深的认识。