计算机图形学实验指导 源代码

计算机图形学实验指导

一、实验目的

1、培养学生动手编程解决实际问题的能力。

2、训练学生分析问题和调试程序的能力。

3、锻炼学生撰写科技实验论文的能力。

二、实验要求

1、问题分析

充分地分析和理解问题本身，弄清要求做什么，用什么算法。

2、程序设计

(1)根据所采用的算法，设计数据结构，画出流程图并编程。

(2)最后准备调试程序的数据及测试方案。

3、上机调试

(1)对程序进行编译，纠正程序中可能出现的语法错误。

(2)调试前，先运行一遍程序看看究竟将会发生什么。

(3)如果情况很糟，根据事先设计的测试方案并结合现场情况进行错误跟踪，包括单步调试、设置观察窗输出中间变量值等手段。

4、整理实习报告

三、实验报告

1、实习内容：采用的算法名称

2、问题描述：包括目标、任务、条件约束描述等。

3、设计：数据结构设计和核心算法设计。主要功能模块的输入，处理（算法框架）和输出。

4、测试范例：测试结果的分析讨论，测试过程中遇到的主要问题及所采用的解决措施。

5、心得：包括程序的改进设想，经验和体会。

6、程序清单：源程序，其中包括变量说明及详细的注释。

实验一 OpenGL程序设计

一、实验学时2学时

二、实验类型学习型实验

三、实验目的和要求

初步了解OpenGL程序设计结构；了解OpenGL的基本数据类型、核心函数及辅助函数的

使用。

四、实验内容

1、综述

这次试验的目的主要是使大家初步熟悉OpenGL这一图形系统的用法，编程平台是Visual C++，它对OpenGL提供了完备的支持。

OpenGL提供了一系列的辅助函数，用于简化Windows操作系统的窗口操作，使我们能把注意力集中到图形编程上，这次试验的程序就采用这些辅助函数。

2、试验步骤

1）在VC中新建项目

2）.OpenGL基础库设置

?更改头文件（在视图类的头文件中引用gl\gl.h gl\glu.h)

?连接OpenGL库（工程——设置——General/Use MFC in a Library, Link/OpenGL32.lib glu32.lib)

3）.添加变量和函数

?添加变量并初始化

?CClientDC * MyDC;

?视图类的构造函数中 MyDC=NULL;

?添加消息映射函数

?OnCreate()

?OnSize()

?OnDestroy()

4）.在PreCreateWindow函数中将窗口的客户区设置为OpenGL能够支持的风格

cs.style=WS_CHILD|WS_VISIBLE|WS_CLIPCHILDREN|WS_CLIPSIBLINGS;

5）.在OnCreate函数中

?定义像素存储格式

? PIXELFORMATDESCRIPTOR结构

?创建绘图上下文RC(Rendering Context）并使之当前化

?wglCreateContext()函数创建绘图上下文RC。

PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd=

{ sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR), // pfd的大小

1, //结构的版本号

PFD_DRAW_TO_WINDOW| //支持window

PFD_SUPPORT_OPENGL| //支持OpenGL

PFD_DOUBLEBUFFER, //双缓存

PFD_TYPE_RGBA, //RGBA颜色模式

24, //24位颜色深度缓存

0,0,0,0,0,0, //color bits ignored

0, //no alpha buffer

0, //shift bit ignored

0, //不使用累积缓存

0,0,0,0, //accum bits ignored

32, //32位z缓冲

0, //不使用模板缓存

0, //no auxiliary buffer

PFD_MAIN_PLANE, //选择主层面

0, //保留

0,0,0 //layer masks ignored

};

MyDC=new CClientDC(this);

//设置像素格式

int pixelFormat=ChoosePixelFormat(MyDC->GetSafeHdc(),&pfd); SetPixelFormat(MyDC->GetSafeDC(),pixelFormat,&pfd);

m_hRC=wglCreateContext(MyDC->m_hDC);

wglMakeCurrent(MyDC->GetSafeHdc(),m_hRC);

6).在OnSize函数中设置视场和视口

If(cy>0)

{

glMatrixMode(GL_PROJECTION);

glLoadIdentity();

glFrustum(-1.0,1.0,-1.0*cy/cx,1.0*cy/cx,5.0,9.0);

glViewport(0,0,cx,cy);

}

7).在OnDestroy函数：在OnDestroy成员中需要释放OnCreate成员中RC所占用的资源

HGLRC m_hRC;

m_hRC=wglGetCurrentContext();

wglMakeCurrent(NULL,NULL);

wglDeleteContext(m_hRC);

MyDC->DeleteDC();

8)在OnEraseBKgnd中将原来的返回语句换成返回TRUE;

9).在OnDraw中根据当前的视点、视距、观看方向等参数，设置合适的OpenGL视景体属性，使用户能够看到预期的场景外观

glClearColor(1.0f,1.0f,0.0f,1.0f);//背景为黄色

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT)

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

glLoadIdentity();

glTranslatef(0.0f,0.0f,-6.0f);

glBegin(GL_LINES); //OpenGL绘制直线命令

glColor3f(1.0,0.0,0.0); //设置当前颜色为红色

glVertex2f(0,0);

glVertex2f(1,1);

glColor3f(0.0,1.0,0.0); //设置当前颜色为绿色

glVertex2f(0.2f,0.0f);//

glVertex2f(1.2f,1.0f);

glEnd();

glFinish();

SwapBuffers(wglGetCurrentDC());

3、程序说明

每个函数的具体含义在程序注释中已作了叙述，不再多说。

OpenGL的函数在格式上很有特点，它以gl为前缀，并且函数名的最后一个字母指出所用的数据类型，如：glColor3f()，字母f指明要使用浮点数。字母前的数字指明参数个数或指明二维还是三维，如：glVertex2f()是要设置二维的点。

OpenGL采用的是状态机的方式，用户设定一种状态，程序照此运行。如：glBegin(GL_LINES)设定画线状态（GL_LINES是OpenGL已定义好的常量），glColor3f()设定绘图所用颜色。

main()函数中的几个aux前缀函数是OpenGL提供的辅助库，用以初始化窗口，大家不必深究，我们关注的是display()函数，它是我们真正绘图的地方。

函数glColor3f()以RGB方式设置颜色，格式为：glColor3f(red， green， blue)，每种颜色值在（0.0, 1.0)之间。为了能显示更多的颜色，最好把系统设置成16位真彩色模式。

函数glVertex2f(x, y)设置二维顶点。

函数glBegin(UINT State)、glEnd()是最基本的作图函数，下面对它作一介绍。

如上所述，OpenGL是一个状态机，glBegin(UINT State)可以设定如下状态：

GL_POINTS 画点

GL_LINES 画线，每两个顶点(Vertex)为一组

GL_LINE_STRIP 画线，把若干个顶点顺次连成折线

GL_LINE_LOOP 画线，把若干个顶点顺次连成封闭折线

GL_TRIANGLES 画三角形，每三个顶点为一组

GL_QUADS 画四边形，每四个顶点为一组

GL_POLYGON 画多边形

还有GL_TRIANGLE_STRIP, GL_TRIANGLE_FAN, GL_QUADS_STRIP 等等。大家可以把每一种状态都试一试。

程序可以有多组glBegin()、glEnd()并列的形式，如：

... ...

glBeing(GL_LINES);

......

glEnd();

glBeing(GL_QUADS);

... ...

glEnd();

... ...

除了上述的基本图元外，函数glRectf(x1, y1, x2, y2)可以画一个矩形，但这个函数不能放在glBegin()和glEnd()之间，下面的两句程序是画一个蓝色的矩形。

glColor3f (0.0f, 0.0f, 1.0f);

glRectf(10.0f, 10.0f, 50.0f,50.0f);

实验二二维基本图元的生成

一、实验学时2学时

二、实验类型设计型实验

三、实验目的和要求

1、掌握二维基本图元直线段生成的DDA算法，Brehension算法；

2、掌握二维基本图元圆弧生成的中点画圆算法；

3、掌握对线型线宽的属性的控制。

四、实验内容

1、编程实现DDA、Brehension算法生成直线

2、中点扫描转换生成圆、椭圆

五、实验步骤

1）在VC中新建项目

2）添加菜单及相应的菜单命令函数（画线、画圆）

3）编码实现（参考书中相关代码）；

实验三二维图元的填充

一、实验学时2学时

二、实验类型设计型实验

三、实验目的和要求

1、掌握二维图元填充的递归算法；

2、掌握二维图元填充的种子填充算法

四、实验内容

构造任意一个边界表示的多边形，假定该多边形内部是四连通的。要求：

1、用递归算法实现对多边形内部的填充，要求内部颜色和边界不一致。

2、用种子填充扫描线算法实现多边形内部的填充。

五、建立win32应用程序工程。

1、请在实验二中建立的项目基础上，添加填充的菜单项，建立相应的菜单命令寒暑，实现种子填充。

2. void BoundaryFill4(HDC,int,int,COLORREF,COLORREF);

void BoundaryFill4(HDC hdc,int x,int y,COLORREF boundarycolor,COLORREF newcolor)

{

COLORREF color;

color=GetPixel(hdc,x,y);

if((color != boundarycolor) && (color !=newcolor))

{

SetPixel(hdc,x,y,newcolor);

BoundaryFill4(hdc,x,y+1,boundarycolor,newcolor);

BoundaryFill4(hdc,x,y-1,boundarycolor,newcolor);

BoundaryFill4(hdc,x-1,y,boundarycolor,newcolor);

BoundaryFill4(hdc,x+1,y,boundarycolor,newcolor);

}

}

实验四二维图形的几何变换

一、实验学时2学时

二、实验类型设计型实验

三、实验目的和要求

1、掌握二维图形的基本几何变换，如平移、旋转、缩放；

2、掌握OpenGL中模型变换函数。

四、实验内容

1.在实验三的基础上，再添加一个主菜单项（几何变换）

2.在主菜单下添加子菜单项（平移、旋转、缩放）

3.建立相应的菜单命令函数

4.实现基本的几何变换

代码如下：

//平移

mx=1+mx;

my=4;

mz=-13;

Invalidate(FALSE);（mx,my,mz为三方向的平移量）

//旋转

if (r<330)

{

r=r+30;

}

else

{

r=0;

}

Invalidate(FALSE);（r为旋转角度）

//放缩

sx=sx+1;

sy=sy+1;

sz=sz+1;

Invalidate(FALSE);（sx,sy,sz分别为三方向的放缩系数）

在绘图部分（OnDraw函数中），添加几何变换代码（建议将绘图代码编写为自定义函数）glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

glLoadIdentity();

//画点

glPushMatrix();

glPointSize(4);

glTranslatef (-5+mx, 3,-13);

glRotatef(r,1.0,1.0,1.0);

glScalef(sx,sy,sz);

glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);

glBegin(GL_POINTS);//

glVertex3f( 0.0f, 1.0f,-1.0f);//a点 glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f);//b点 glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f);//c点 glEnd();

glPopMatrix();

//画三角形

glPushMatrix();

glTranslatef ( -1+mx, 3,-13);

glRotatef(r,1.0,1.0,1.0);

glScalef(sx,sy,sz);

glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);

glBegin(GL_LINE_LOOP); //

glVertex3f( 0.0f, 1.0f,-1.0f);//a点 glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f);//b点 glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f);//c点 glEnd();

glPopMatrix();

//画三角形面

glPushMatrix();

glTranslatef ( 4+mx, 3,-13);

glRotatef(r,1.0,1.0,1.0);

glScalef(sx,sy,sz);

glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);

glBegin(GL_POLYGON);//

glVertex3f( 0.0f, 1.0f,-1.0f);//a点

glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f);//b点

glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f);//c点 glEnd();

glPopMatrix();

//画四边形面

glPushMatrix();

glTranslatef (-5+mx, -3,-13);

glRotatef(r,1.0,1.0,1.0);

glScalef(sx,sy,sz);

glColor3f(1.0f, 1.0f, 0.0f);

glBegin(GL_POLYGON);//

glVertex3f(0.0f,0.0f ,0.0f);//a点

glVertex3f(1.0f,0.0f, 0.0f);//b点

glVertex3f(1.0f,0.0f,-1.0f);//c点

glVertex3f(0.0f,0.0f,-1.0f);//d点 glEnd();

glPopMatrix();

//画正方体

glPushMatrix();

glTranslatef ( 0+mx, -3,-13);

glRotatef(r,1.0,1.0,1.0);

glScalef(sx,sy,sz);

glColor3f(0.0f, 1.0f, 1.0f);

glBegin(GL_QUAD_STRIP);//

glVertex3f(0.0f,0.0f ,0.0f);//a0点

glVertex3f(0.0f,1.0f ,0.0f);//a1点

glVertex3f(1.0f,0.0f, 0.0f);//b0点

glVertex3f(1.0f,1.0f, 0.0f);//b1点

glVertex3f(1.0f,0.0f,-1.0f);//c0点

glVertex3f(1.0f,1.0f,-1.0f);//c1点

glVertex3f(0.0f,0.0f,-1.0f);//d0点

glVertex3f(0.0f,1.0f,-1.0f);//d1点

glVertex3f(0.0f,0.0f ,0.0f);//a0点

glVertex3f(0.0f,1.0f ,0.0f);//a1点

glEnd();

glFlush(); // 更新窗口

S wapBuffers(wglGetCurrentDC());

实验五、实验六任选一个。

实验五二维裁剪

一、实验学时2学时

二、实验类型设计型实验

三、实验目的和要求

1、掌握二维图形的基本裁剪算法，如cohen-sutheland算法、Liang-Barsky算法；

2、掌握OpenGL中矩阵堆栈函数的使用，实现简单的组合变换。

四、实验内容

1、采用Liang-Barsky算法

要求：1）单击鼠标左键，运行窗口出现裁剪窗口及待裁剪线段；

2）单击鼠标右键，窗口呈现出裁剪后的裁剪窗口及裁剪线段。

2、下面的程序绘制的是一个简单的太阳系，其中包括一个太阳和一颗行星，它们使用同球体绘制函数实现。当按下键盘“D”或“d”时，行星将实现自转；按下键盘“Y”或“y”时，行星将绕太阳公转。

请同学们认真读懂每一段代码，然后试着修改这段程序，实现

1)将行星的中心倾斜；

2)给行星加上卫星。

#include

#include

static int year = 0, day = 0;

void init(void)

{

glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);

glShadeModel (GL_FLAT);

}

void display(void)

{

glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glColor3f (1.0, 1.0, 1.0);

glPushMatrix();

// glutWireSphere中第一、二、三个参数分别表示半径，经度线数、纬度线数glutWireSphere(1.0, 20, 16); /* draw sun */

glRotatef ((GLfloat) year, 0.0, 1.0, 0.0);

glTranslatef (2.0, 0.0, 0.0);

glRotatef ((GLfloat) day, 0.0, 1.0, 0.0);

glutWireSphere(0.2, 10, 8); /* draw smaller planet */

glPopMatrix();

glutSwapBuffers();

}

void reshape (int w, int h)

{

glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h);

glMatrixMode (GL_PROJECTION);

glLoadIdentity ();

gluPerspective(60.0, (GLfloat) w/(GLfloat) h, 1.0, 20.0);

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

glLoadIdentity();

gluLookAt (0.0, 0.0, 5.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);

}

void keyboard (unsigned char key, int x, int y)

{

switch (key) {

case 'd':

day = (day + 10) % 360;

glutPostRedisplay();

break;

case 'D':

day = (day - 10) % 360;

glutPostRedisplay();

break;

case 'y':

year = (year + 5) % 360;

glutPostRedisplay();

break;

case 'Y':

year = (year - 5) % 360;

glutPostRedisplay();

break;

case 27:

exit(0);

break;

default:

break;

}

}

int main(int argc, char** argv)

{

glutInit(&argc, argv);

glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB);

glutInitWindowSize (500, 500);

glutInitWindowPosition (100, 100);

glutCreateWindow (argv[0]);

init ();

glutDisplayFunc(display);

glutReshapeFunc(reshape);

glutKeyboardFunc(keyboard);

glutMainLoop();

return 0;

}

实验六自由曲线（选作）

一、实验学时2学时

二、实验类型设计型实验

三、实验目的和要求

1、掌握Hermite曲线生成算法；

2、掌握Bezier曲线的定义生成算法、离散生成算法；

3、掌握B样条曲线的定义生成算法。

四、实验内容

假设窗口的宽高分别是600，600个像素单位，定义的裁剪窗口由函数gluOrtho2D(-50.0,50.0,-50.0,50.0)决定。

1、已知空间点两点P0（-40.0，-40.0，0.0）、P1（10.0，-200.0，0.0）及该点上的切向量分别为R0（30.0，240.0，0.0），R1（30.0，-240.0，0.0）。试编程实现Hermite曲线的绘制。

2、已知空间四点P0（-40.0，-40.0，0.0）、P1（-10.0，200.0，0.0）、P2（10.0，-200.0，0.0）、P3（40.0，40.0，0.0），根据Bezier曲线的定义编程绘制曲线。

3、已知空间四点P0（-40.0，-40.0，0.0）、P1（-10.0，200.0，0.0）、P2（10.0，-200.0，0.0）、P3（40.0，40.0，0.0），根据Bezier曲线的离散生成算法绘制曲线。

4、已知空间四点P0（-40.0，-40.0，0.0）、P1（-10.0，200.0，0.0）、P2（10.0，-200.0，0.0）、P3（40.0，40.0，0.0），根据B样和曲线的定义绘制曲线。