计算机图形学Bresenham算法

计算机图形学Bresenham算法
计算机图形学Bresenham算法

地理与生物信息学院

2010 / 2011 学年第二学期

实验报告

课程名称:计算机图形学

实验名称:Bresenham直线扫描算法的实现

班级学号 B08021730

学生姓名郭超伟

指导教师曹正林

日期:2011 年4 月

一、实验题目:

Bresenham直线扫描算法的实现

二、实验要求:

学习Visual C++ 6.0集成编程环境的使用、图形设备接口和常用图形程序设计、鼠标编程以及菜单设计等基础知识,从而掌握利用Visual C++进行图形程序设计的方法以及简单的图形画法,并编程实现Bresenham直线扫描转换程序,得出相应的输出图形。

三、实验内容:

1.学习Visual C++ 6.0集成编成环境的使用;

2.掌握Visual C++ 6.0图形设备接口和常用图形程序设计、菜单设计等方法;

3.编程实现Bresenham直线扫描转换程序,得出相应的输出图形;四、实验过程:

1.算法的基本描述

// 假设该线段位于第一象限内且斜率大于0小于1,设起点为(x1,y1),终点为

(x2,y2).

// 根据对称性,可推导至全象限内的线段.

1.画起点(x1,y1).

2.准备画下个点。x坐标增1,判断如果达到终点,则完成。否则,由图中可知,下个要画的点要么为当前点的右邻接点,要么是当前点的右上邻接点.

2.1.如果线段ax+by+c=0与x=x1+1的交点的y坐标大于M点的y坐标的话,下个点为U(x1+1,y1+1)

2.2.否则,下个点为B(x1+1,y1)

3.画点(U或者B).

4.跳回第2步.

5.结束

图1 直线实现原理

这里需要细化的是怎么判断下个要画的点为当前点的右邻接点还是当前点的右上邻接点

2.算法的源程序

void CB08021730View::OnMenuline()

{

// TODO: Add your command handler code here

InputDlg dlg;

if(dlg.DoModal()==IDOK)

{

x1=dlg.m_x1;

y1=dlg.m_y1;

x2=dlg.m_x2;

y2=dlg.m_y2;

}

AfxGetMainWnd()->SetWindowText("Bresenham算法");

RedrawWindow();

Bresenham();

}

void CB08021730View::Brensenham()

{

CClientDC dc(this);

CRect Rect;//定义矩形对象

GetClientRect(&Rect);//获得当前窗口的客户区大小

dc.SetMapMode(MM_ANISOTROPIC);//设置MM_ANISOTROPIC映射模式

dc.SetWindowExt(Rect.Width(),Rect.Height());//设置窗口范围

dc.SetViewportExt(Rect.Width(),-Rect.Height());//设置视区范围dc.SetViewportOrg(Rect.Width()/2,Rect.Height()/2);//设置视口原点dc.MoveTo(-Rect.Width(),0);

dc.LineTo (Rect.Width(),0);

dc.MoveTo(0,-Rect.Height()/2);

dc.LineTo (0,Rect.Height()/2);

COLORREF rgb=RGB(0,255,0);//定义直线颜色

double x,y;

double d,k;

k=(y2-y1)/(x2-x1);

if(0<=k && k<=1)//直线斜率[0,1]时

{

if(x1>x2)

{

double tx=x1;

double ty=y1;

x1=x2;y1=y2;

x2=tx;

y2=ty;

}

x=x1;y=y1;

d=0.5-k;

for(x=x1;x<=x2;x++)

{

dc.SetPixel(ROUND(x),ROUND(y),rgb);

if(d<0)

{

y++;

d+=1-k;

}

else

d-=k;

}

}

if(k>1) // 直线斜率k>1时{

if(y1>y2)

{

double tx=x1;

double ty=y1;

x1=x2;y1=y2;

x2=tx;

y2=ty;

}

x=x1;y=y1;

d=1-0.5*k;

for(y=y1;y<=y2;y++)

{

dc.SetPixel(ROUND(x),ROUND(y),rgb);

if(d>=0)

{

x++;

d+=1-k;

}

else

d+=1;

}

}

if(k<-1) //直线斜率k<-1时{

if(y1

{

double tx=x1;

double ty=y1;

x1=x2;y1=y2;

x2=tx;

y2=ty;

}

x=x1;y=y1;

d=-1-0.5*k;

for(y=y1;y>y2;y--)

{

dc.SetPixel(ROUND(x),ROUND(y),rgb);

if(d<0)

{

x++;

d-=1+k;

}

else

d-=1;

}

}

if(-1<=k && k<0) //直线斜率[-1,0]时{

if(x1>x2)

{

double tx=x1;

double ty=y1;

x1=x2;y1=y2;

x2=tx;

y2=ty;

}

x=x1;y=y1;

d=-0.5-k;

for(x=x1;x<=x2;x++)

{

dc.SetPixel(ROUND(x),ROUND(y),rgb);

if(d>0)

{

y--;

d-=1+k;

}

else

d-=k;

}

}

if(fabs(x1-x2)<1e-6)

{

if(y1>y2){

double tx=x1;

double ty=y1;

x1=x2;y1=y2;

x2=tx;

y2=ty;

}

x=x1;y=y1;

for(y=y1; y

{

dc.SetPixel (ROUND(x),ROUND(y),rgb);

}

}

}

实验小结:

1实验结果图

计算机图形学裁剪算法详解

裁剪算法详解 在使用计算机处理图形信息时,计算机部存储的图形往往比较大,而屏幕显示的只是图的一部分。因此需要确定图形中哪些部分落在显示区之,哪些落在显示区之外,以便只显示落在显示区的那部分图形。这个选择过程称为裁剪。最简单的裁剪方法是把各种图形扫描转换为点之后,再判断各点是否在窗。但那样太费时,一般不可取。这是因为有些图形组成部分全部在窗口外,可以完全排除,不必进行扫描转换。所以一般采用先裁剪再扫描转换的方法。 (a)裁剪前 (b) 裁剪后 图1.1 多边形裁剪 1直线段裁剪 直线段裁剪算法比较简单,但非常重要,是复杂图元裁剪的基础。因为复杂的曲线可以通过折线段来近似,从而裁剪问题也可以化为直线段的裁剪问题。常

用的线段裁剪方法有三种:Cohen-Sutherland,中点分割算法和梁友栋-barskey 算法。 1.1 Cohen-Sutherland裁剪 该算法的思想是:对于每条线段P1P2分为三种情况处理。(1)若P1P2完全在窗口,则显示该线段P1P2简称“取”之。(2)若P1P2明显在窗口外,则丢弃该线段,简称“弃”之。(3)若线段既不满足“取”的条件,也不满足“弃”的条件,则在交点处把线段分为两段。其中一段完全在窗口外,可弃之。然后对另一段重复上述处理。 为使计算机能够快速判断一条直线段与窗口属何种关系,采用如下编码方法。延长窗口的边,将二维平面分成九个区域。每个区域赋予4位编码CtCbCrCl.其中各位编码的定义如下:

图1.2 多边形裁剪区域编码图5.3线段裁剪 裁剪一条线段时,先求出P1P2所在的区号code1,code2。若code1=0,且code2=0,则线段P1P2在窗口,应取之。若按位与运算code1&code2≠0,则说明两个端点同在窗口的上方、下方、左方或右方。可判断线段完全在窗口外,可弃之。否则,按第三种情况处理。求出线段与窗口某边的交点,在交点处把线段一分为二,其中必有一段在窗口外,可弃之。在对另一段重复上述处理。在实现本算法时,不必把线段与每条窗口边界依次求交,只要按顺序检测到端点的编码不为0,才把线段与对应的窗口边界求交。 Cohen-Sutherland裁减算法 #define LEFT 1 #define RIGHT 2 #define BOTTOM 4

计算机图形学图形的几何变换的实现算法

实验二图形的几何变换的实现算法 班级 08 信计 学号 59 姓名 _____ 分数 _____ 一、 实验目的和要求: 1、 掌握而为图形的基本几何变换,如平移,旋转,缩放,对称,错切变换;< 2、 掌握OpenG 冲模型变换函数,实现简单的动画技术。 3、 学习使用OpenGL 生成基本图形。 4、 巩固所学理论知识,加深对二维变换的理解,加深理解利用变换矩阵可 由简单图形得到复杂图形。加深对变换矩阵算法的理解。 编制利用旋转变换绘制齿轮的程序。编程实现变换矩阵算法,绘制给出形体 的三视图。调试程序及分析运行结果。要求每位学生独立完成该实验,并上传实 验报告。 二、 实验原理和内容: .原理: 图像的几何变换包括:图像的空间平移、比例缩放、旋转、仿射变换和图像插值。 图像几何变换的实质:改变像素的空间位置,估算新空间位置上的像素值。 图像几何变换的一般表达式:[u,v ]=[X (x, y ),Y (x, y )],其中,[u,v ]为变换后图像 像素的笛卡尔坐标, [x, y ]为原始图像中像素的笛卡尔坐标。这样就得到了原始图像与变 换后图像的像素的对应关系。 平移变换:若图像像素点(x, y )平移到(x x 。,y ■ y 。),则变换函数为 u = X (x, y ) =x 沟, v 二丫(x, y ) = y ■ y 。,写成矩阵表达式为: 比例缩放:若图像坐标 (x,y )缩放到(S x ,s y )倍,则变换函数为: S x ,S y 分别为x 和y 坐标的缩放因子,其大于1表示放大, 小于1表示缩小。 旋转变换:将输入图像绕笛卡尔坐标系的原点逆时针旋转 v 角度,则变换后图像坐标为: u COST 内容: :u l :Sx k ;0 其中,x 0和y 0分别为x 和y 的坐标平移量。 其中,

计算机图形学 直线的生成算法的实现

实验二 直线的生成算法的实现 班级 08信计2班 学号 59 姓名 分数 一、实验目的和要求 1.理解直线生成的基本原理。 2.掌握几种常用的直线生成算法。 3.利用Visual C++实现直线生成的DDA 算法。 二、实验内容 1.了解直线的生成原理,尤其是Bresenham 画线法原理。 2.掌握几种基本的直线生成算法:DDA 画线法、Bresenham 画线法、中点画线法。 3.利用Visual C++实现直线生成的DDA 算法,在屏幕上任意生成一条直线。 三、实验步骤 1.直线的生成原理: (1)DDA 画线法也称数值微分法,是一种增量算法。是一种基于直线的微分方程来生成直线的方法。 (2)中点画线法原理 以下均假定所画直线的斜率[0,1]k ∈,如果在x 方向上的增量为1,则y 方向上的增量只能在01 之间。中点画线法的基本原理是:假设在x 坐标为p x 的各像素点中,与直线最近者已经确定为(,)p p P x y ,用小实心圆表示。那么,下一个与直线最近的像素只能是正右方的1(1,)p p P x y +,或右上方的2(1,1)p p P x y ++,用小空心圆表示。以M 为1P 和2P 的中点,则M 的坐标为(1,0.5)p p x y ++。又假设Q 是理想直线与垂直线1p x x =+的交点。显然,若M 在Q 的下方,则2P 离直线近,应取2P 为下一像素点;若M 在Q 的上方,则1P 离直线近,应取1P 为下一像素点。 (3)B resenham 画线法原理 直线的中点Bresenham 算法的原理:每次在主位移方向上走一步,另一个方向上走不走步取决于中点偏差判别式的值。 给定理想直线的起点坐标为P0(x0,y0),终点坐标为P1(x1,y1),则直线的隐函数方程为: 0b kx y y)F(x,=--= (3-1) 构造中点偏差判别式d 。 b x k y y x F y x F d i i i i M M -+-+=++==)1(5.0)5.0,1(),(

计算机图形学 圆周算法的实现

《计算机图形学实验报告》样例 实验名称:圆周画法的实现 1.实验内容 1.画出圆心坐标为(75,90)和半径为50的红色圆周 2.画出圆心坐标为(‐40,‐80)和半径为60的蓝色圆周 2.程序的基本思路和功能 先用MFC构建界面外观,然后在相应位置分别用Bresenham和DDA编辑画圆的程序然后编译运行。 3.关键代码及说明 void Circle::circleMinPoint(CDC* pDC) { xCenter = (float)(400 + x); yCenter = (float)(300 - y); //绘制圆心 drawCenter(pDC); //r = 50; //设置颜色 color = RGB(red,green,blue); float m_x = 0; float m_y = r; float d = 1.25 - r; circlePoint(m_x,m_y,pDC);

while(m_x <= m_y){ if(d<=0){ d = d + 2 * m_x + 3; }else{ d = d + 2 * ( m_x - m_y ) + 5; m_y = m_y - 1; } m_x = m_x + 1; circlePoint(m_x,m_y,pDC); } } void Circle::circleBresenham(CDC* pDC) { //确认圆心坐标 xCenter = (float)(400 + x); yCenter = (float)(300 - y); //绘制圆心 drawCenter(pDC); //r = 50; //设置颜色 color = RGB(red,green,blue); float m_x = 0; float m_y = r;

计算机图形学常用算法及代码大全

2.1.1 生成直线的DDA算法 数值微分法即DDA法(Digital Differential Analyzer),是一种基于直线的微分方程来生成直线的方法。 一、直线DDA算法描述: 设(x1,y1)和(x2,y2)分别为所求直线的起点和终点坐标,由直线的微分方程得 可通过计算由x方向的增量△x引起y的改变来生成直线: 也可通过计算由y方向的增量△y引起x的改变来生成直线: 式(2-2)至(2-5)是递推的。 二、直线DDA算法思想: 选定x2-x1和y2-y1中较大者作为步进方向(假设x2-x1较大),取该方向上的增量为一个象素单位(△x=1),然后利用式(2-1)计算另一个方向的增量(△y=△x·m=m)。通过递推公式(2-2)至(2-5),把每次计算出的(x i+1,y i+1)经取整后送到显示器输出,则得到扫描转换后的直线。 之所以取x2-x1和y2-y1中较大者作为步进方向,是考虑沿着线段分布的象素应均匀,这在下图中可看出。 另外,算法实现中还应注意直线的生成方向,以决定Δx及Δy是取正值还是负值。 三、直线DDA算法实现: 1、已知直线的两端点坐标:(x1,y1),(x2,y2) 2、已知画线的颜色:color 3、计算两个方向的变化量:dx=x2-x1 dy=y2-y1 4、求出两个方向最大变化量的绝对值: steps=max(|dx|,|dy|) 5、计算两个方向的增量(考虑了生成方向): xin=dx/steps

yin=dy/steps 6、设置初始象素坐标:x=x1,y=y1 7、用循环实现直线的绘制: for(i=1;i<=steps;i++) { putpixel(x,y,color);/*在(x,y)处,以color色画点*/ x=x+xin; y=y+yin; } 五、直线DDA算法特点: 该算法简单,实现容易,但由于在循环中涉及实型数的运算,因此生成直线的速度较慢。 //@brief 浮点数转整数的宏 实现代码 #define FloatToInteger(fNum) ((fNum>0)?static_cast(fNum+0.5):static_cast(fNum-0.5)) /*! * @brief DDA画线函数 * * @param pDC [in]窗口DC * @param BeginPt [in]直线起点 * @param EndPt [in]直线终点 * @param LineCor [in]直线颜色 * @return 无 */ void CDrawMsg::DDA_DrawLine(CDC *pDC,CPoint &BeginPt,CPoint &EndPt,COLORREF LineCor) { l ong YDis = (EndPt.y - BeginPt.y); l ong XDis = (EndPt.x-BeginPt.x); l ong MaxStep = max(abs(XDis),abs(YDis)); // 步进的步数 f loat fXUnitLen = 1.0f; // X方向的单位步进 f loat fYUnitLen = 1.0f; // Y方向的单位步进

计算机图形学课程总结

计算机图形学报告 前言 计算机图形学(Computer Graphics,简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。简单地说,计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。 其从狭义上是来说是一种研究基于物理定律、经验方法以及认知原理,使用各种数学算法处理二维或三维图形数据,生成可视数据表现的科学。广义上来看,计算机图形学不仅包含了从三维图形建模、绘制到动画的过程,同时也包括了对二维矢量图形以及图像视频融合处理的研究。由于计算机图形学在许多领域的成功运用,特别是在迅猛发展的动漫产业中,带来了可观的经济效益。另一方面,由于这些领域应用的推动,也给计算机图形学的发展提供了新的发展机遇与挑战。 计算机图形学的发展趋势包括以下几个方面: 1、与图形硬件的发展紧密结合,突破实时高真实感、高分辨率渲染的技术难点; 2、研究和谐自然的三维模型建模方法; 3、利用日益增长的计算性能,实现具有高度物理真实的动态仿真; 4、研究多种高精度数据获取与处理技术,增强图形技术的表现; 5、计算机图形学与图像视频处理技术的结合; 6、从追求绝对的真实感向追求与强调图形的表意性转变。 1、三维物体的表示 计算机图形学的核心技术之一就是三维造型三维物体种类繁多、千变万化,如树、花、云、石、水、砖、木板、橡胶、纸、大理石、钢、玻璃、塑料和布等等。因此,不存在描述具有上述各种不同物质所有特征的统一方法。为了用计算机生成景物的真实感图形,就需要研究能精确描述物体特征的表示方法。根据三维物体的特征,可将三维物体分为规则物体和非规则物体两类。 三维实体表示方法通常分为两大类:边界表示和空间分割表示,尽管并非所有的表示都能完全属于这两类范畴中的某一类。边界表示(B-reps)用一组曲面来描述三维物体,这些曲面将物体分为内部和外部。边界表示的典型例子是多边形平面片和样条曲面。空间分割表示(Space-Partitioning)用来描述物体内部性质,将包含一物体的空间区域分割为一组小的、非重叠的、连续实体(通常是立方体)。三维物体的一般空间分割描述是八叉树表示。本章主要介绍三维物体的各种表示方法及其特点。

计算机图形学裁剪算法

一、实验目标 1.了解Cohen-SutherLand线段裁剪算法、Liang-Barsky线段裁剪算法、SutherLand-Hodgeman多边形裁剪算法的基本思想; 2.掌握Cohen-SutherLand线段裁剪算法、Liang-Barsky线段裁剪算法、SutherLand-Hodgeman多边形裁剪算法的算法实现; 二、实验内容 本次实验主要是实现Cohen-SutherLand线段裁剪算法、Liang-Barsky线段裁剪算法、SutherLand-Hodgeman多边形裁剪算法。 Cohen-sutherland线段裁剪算法思想: 该算法也称为编码算法,首先对线段的两个端点按所在的区域进行分区编码,根据编码可以迅速地判明全部在窗口内的线段和全部在某边界外侧的线段。只有不属于这两种情况的线段,才需要求出线段与窗口边界的交点,求出交点后,舍去窗外部分。 对剩余部分,把它作为新的线段看待,又从头开始考虑。两遍循环之后,就能确定该线段是部分截留下来,还是全部舍弃。 Cohen-sutherland线段裁剪算法步骤: 1、分区编码 延长裁剪边框将二维平面分成九个区域,每个区域各用一个四位二进制代码标识。各区代码值如图中所示。 四位二进制代码的编码规则是: (1)第一位置1:区域在左边界外侧

(2)第二位置1:区域在右边界外侧 (3)第三位置1:区域在下边界外侧 (4)第四位置1:区域在上边界外侧 裁剪窗口内(包括边界上)的区域,四位二进制代码均为0。 设线段的两个端点为P1(x1,y1)和P2(x2,y2),根据上述规则,可以求出P1和P2所在区域的分区代码C1和C2。 2、判别 根据C1和C2的具体值,可以有三种情况: (1)C1=C2=0,表明两端点全在窗口内,因而整个线段也在窗内,应予保留。 (2)C1&C2≠0(两端点代码按位作逻辑乘不为0),即C1和C2至少有某一位同时为1,表明两端点必定处于某一边界的同一外侧,因而整个线段全在窗外,应予舍弃。 (3)不属于上面两种情况,均需要求交点。 3、求交点 假设算法按照:左、右、下、上边界的顺序进行求交处理,对每一个边界求完交点,并相关处理后,算法转向第2步,重新判断,如果需要接着进入下一边界的处理。 为了规范算法,令线段的端点P 1为外端点,如果不是这样,就需要P 1 和P 2 交换端点。 当条件(C1&0001≠0)成立时,表示端点P1位于窗口左边界外侧,按照求交公式,进行对左边界的求交运算。 依次类推,对位于右、下、上边界外侧的判别,应将条件式中的0001分别改为0010、0100、1000即可。 求出交点P后,用P1=P来舍去线段的窗外部分,并对P1重新编码得到C1,接下来算法转回第2步继续对其它边界进行判别。 Liang-Barsky线段裁剪算法思想: 我们知道,一条两端点为P1(x1,y1)、P2(x2,y2)的线段可以用参数方程形式表示: x= x1+ u·(x2-x1)= x1+ u·Δx y= y1+ u·(y2-y1)= y1+ u·Δy0≤u≤1式中,Δx=x2-x1,Δy=y2-y1,参数u在0~1之间取值,P(x,y)代表了该线段上的一个点,其值由参数u确定,由公式可知,当u=0时,该点为P1(x1,y1),当u=1时,该点为P2(x2,y2)。如果点P(x,y)位于由坐标(xw min,

计算机图形学全部知识点

1.计算机图形学的研究内容 什么是计算机图形学? (1/2) 什么是计算机图形学? (2/2) 什么是交互式计算机图形学? (1/3) 什么是交互式计算机图形学? (2/3) 什么是交互式计算机图形学? (3/3) 基本概念——图形 图形表示方法 相关学科 图像处理 图像分析 2.图形学发展历史 计算机图形学的发展历史 现代计算机图形学的发展 硬件的对比 现代计算机图形学的发展 模型与渲染 交互式图形学的概念框架 图形库 3.图形学应用领域 图形学的应用 设计 信息显示 仿真 Virtual Reality 用户界面 超媒体用户界面 4.相关知识 软件兼容性和图形标准 官方标准 APIs的嵌入标准 典型的图形系统 好的图形需要什么?(1/2) 好的图形需要什么? (2/2) ACM SIGGRAPH会议 资料查询作业 第二讲数字图像基础 1.基础概念 计算机图形系统 例子:一个简单程序(P23 code)图形系统的概念框架 图形处理器 Render farms

顶点(Vertex)着色 扫描线 刷新频率 分辨率 例子 纵横比 2.图形输入设备 输入设备 3D 输入设备 图形输入设备 3.图形输出设备 图形输出设备 硬拷贝设备 3D图形设备 CRT显示器 彩色CRTs 局限性 液晶显示器(Liquid Crystal Displays) LCDs 光栅显示 光栅显示器 内存映射 显存(帧缓冲存储器) 显存大小的计算 Avatar引发的3D浪潮(前沿) 三维电视 问题提出 3D显示技术原理 技术手段? 立体显示技术分类 问题? MIT “第六感” 涉及的技术 4.图形文件 图形文件 点阵图形及其表示 参数图形及其表示 作业 第三讲(第四章) 扫描转换 3.1 扫描转换直线 直线的扫描转换 寻找下一个像素

计算机图形学 图形的几何变换的实现算法

实验二 图形的几何变换的实现算法 班级 08信计 学号 59 姓名 分数 一、实验目的和要求: 1、掌握而为图形的基本几何变换,如平移,旋转,缩放,对称,错切变换;。 2、掌握OpenGL 中模型变换函数,实现简单的动画技术。 3、学习使用OpenGL 生成基本图形。 4、巩固所学理论知识,加深对二维变换的理解,加深理解利用变换矩阵可由简单图形得到复杂图形。加深对变换矩阵算法的理解。 编制利用旋转变换绘制齿轮的程序。编程实现变换矩阵算法,绘制给出形体的三视图。调试程序及分析运行结果。要求每位学生独立完成该实验,并上传实验报告。 二、实验原理和内容: . 原理: 图像的几何变换包括:图像的空间平移、比例缩放、旋转、仿射变换和图像插值。 图像几何变换的实质:改变像素的空间位置,估算新空间位置上的像素值。 图像几何变换的一般表达式:[,][(,),(,)]u v X x y Y x y = ,其中,[,]u v 为变换后图像像素的笛卡尔坐标, [,]x y 为原始图像中像素的笛卡尔坐标。这样就得到了原始图像与变换后图像的像素的对应关系。 平移变换:若图像像素点 (,)x y 平移到 00(,)x x y y ++,则变换函数为 0(,)u X x y x x ==+, 0(,)v Y x y y y ==+,写成矩阵表达式为: 00x u x y v y ??????=+???????????? 其中,x 0和y 0分别为x 和y 的坐标平移量。 比例缩放:若图像坐标 (,)x y 缩放到( ,x y s s )倍,则变换函数为: 00x y s u x s v y ??????=?????????? ?? 其中, ,x y s s 分别为x 和y 坐标的缩放因子,其大于1表示放大,小于1表示缩小。 旋转变换:将输入图像绕笛卡尔坐标系的原点逆时针旋转θ角度,则变换后图像坐标为: cos sin sin cos u x v y θ-θ??????=??????θθ?????? 内容: 1、对一个三角形分别实现平移,缩放旋转等变化。

计算机图形学

第一章 计算机图形学的主要研究内容是什么? 答:计算机中图形的表示方法,以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法,构成了计算机图形学的主要研究内容。 图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法,以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。 2、列举三个以上图形学的应用领域。 答:计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)、可视化、真实感图形实时绘制与自然景物仿真、计算机动画、用户接口、计算机艺术等。 3、一个图形系统通常由哪些图形设备组成? 答:一个图形系统通常由图形处理器、图形输入设备和图形输出设备构成。 7、有哪些常用的图形输入设备? 答:键盘、鼠标、光笔和触摸屏等。 第二章 描述直线扫描的DDA算法,中点画线算法和Bresenham算法,并用程序实现Bresenham 直线扫描的DDA算法: DDA算法原理是当直线的斜率在(-1,1)之间时,它的增量应该以x为准,即每次都应该让x增加一个像素,然后计算出y的值(y值增量绝对值小于1,更精确),再进行四舍五入,最终得到实际点的像素。当直线斜率绝对值大于1时,增量应该以y为准。 中点画线算法: 假定直线斜率k在0~1之间,当前象素点为(xp,yp),则下一个象素点有两种可选择点P1(xp+1,yp)或P2(xp+1,yp+1)。若P1与P2的中点(xp+1,yp+0.5)称为M,Q为理想直线与x=xp+1垂线的交点。当M在Q的下方时,则取P2应为下一个象素点;当M在Q的上方时,则取P1为下一个象素点. Bresenham算法: 过各行、各列像素中心构造一组虚拟网格线,按直线从起点到终点的顺序计算直线各垂直网格线的交点,然后确定该列像素中与此交点最近的像素。 比较书中举例的几种消隐算法的优缺点 答:常见的面消隐算法有:画家算法、Z缓冲区(Z-Buffer)算法、扫描线Z-buffer算法、扫描线算法、区域子分割算法、光线投射算法等。 Z缓冲区算法是一种典型的、也是最简单的图象空间的消隐算法。 另一个优点是算法便于硬件实现,并可以并行化。 缺点:1)需要一个额外的Z缓冲器 2)在每个多边形占据的每个像素处都要计算深度值,计算量大 3)没有利用图形的相关性与连续性。 画家算法它的缺点是只能处理互不相交的面.扫描线算法和Z—buffer算法的缺点是,对于不可见的多边形面片了同样画出,这样造成了绘制过程中不必要的费时。BSP树算法利用它的存储结构可以优化多边形的排序过程,故它的排序速度比画家算法要快,尤其是复杂度高的场景。 第三章 1、参数曲线曲面有几种表示形式? 答:有参数和非参数(显式、隐式)表示。 12、常见的曲面、曲面求交方法有哪些?原理是什么?

计算机图形学

图形学概论 1.说明图形与图象在计算机中的表示方法.并比较二者的优缺点? 2、说明计算机图形学与图象处理、计算机视觉,模式识别等学科的区别和联系? 3、举例说明计算机图形学主要的应用领域? 图形学显示原理和基础: 基本概念 光栅显示原理,显示子系统组成 颜色的表示 颜色模型 颜色查找表 颜色或帧缓存容量的计算 1.名词解释: 随机扫描:使用随机扫描显示器时,CRT的电子束只在屏幕图形部分移动,随机扫描显示器一次只绘图形的一条线,因此也称为量显示器或笔划显示器,随机扫描的图形显示器中电子束的定位和偏转具有随机性,即电子束的扫描轨迹随显示内容而变化,只在需要的地位方扫描,而不必全屏扫描。 光栅扫描:光栅扫描是控制电子束按某种光栅形状进行的顺序扫描。 刷新:由电子枪发射出的电子束(阴极射线),通过聚集系统和偏转系统射向余有荧光层幕上的指定位置,即刷新。刷新频率:荧光层发射光线的频率(或颜色)同被激活量子态与基本状态之间的能级差成正比例,CRT的分辨率取决于荧光的层类型,显示的亮度聚集系统及偏转系统,刷新率为每秒60到80帧,即60HZ或80HZ。 图形显示子系统:图形系统一般使用视频显示器作为基本的输出设备,大部分视频监视器的操作是基于标准的阴极射线管,它是一种真空器件,它利用电磁场产生高速的,经过聚集的电子束,偏转到屏幕的不同位置轰击屏幕表面的荧光材料而产生可见图形。 显示控制器:又称视频控制器,是用来控制显示设备的操作。 象素点:是指图形显示在屏幕上的时候,按当前的图形显示分辨率所能提供的最小元素点。 光点:一般是指电子束打在显示器荧光屏上,显示器能够显示的最小发光点。 屏幕分辨率:也称为光栅分辨率,它决定了显示系统最大可能的分辨率,任何显示控制器所提供的分辨率也不能超过这个分辨率。通常用水平方向上的光点,数与垂直方向上的光点数的乘积来表示。 显示分辨率:是计算机控制器所能提供的显示模式分辨率,实际应用中简称为显示模式,对文本显示方式,显示分辨率用水平和垂直方向上所能显示的字符总数的乘积表示。对于图形显示方式,则用水平和垂直方向上所能显示的象素点总数的乘积表示。显示分辨率不同,它所对应的象素点大小也不同。 存储分辨率:指帧缓冲区的大小,一般用缓冲区的字节数表示。存储分辨率有仅与显示分辨有关,还与象素点的色彩有关。屏幕分辨率决定了所能显示的最高分辨率。 组合象素法:一个图形象素点的全部信息被编码成一个数据字节,按一定方式有存储到帧缓存中,编码字节的长度与点的属性有关。 颜色位面法:帧缓存被分成若干独立的存储区域,每一个区域称为一个位面,每个位面控制一种颜色或者灰度,每一个图象素点在每个位面贴一位,通过几个位面中的一位组成一个象素。 颜色查找表:也称调色板,是由高速的随机存储器组成,用来储存表达象素色彩的代码。此时帧缓冲存储器中每一象素对应单元的代码不再代表该象素的色彩值,而是作为查色表的地址索引。 显示长宽比:即水平点数与垂直点数之比。要求在屏幕两个方向上相同象素点数产生同样长度的线段,以使图形不至发生畸变。 屏幕坐标系:是指显示设备,因此它是以像素为度量单位的坐标系,在1024*768的显示器上,Screen.Width 和Screen.Height分别为1024和768像素。 2.什么是刷新?什么是帧?刷新频率与余辉时间的关系如何? 刷新:快速控制电子束反复重画图像,这就教做刷新。 帧:从屏幕顶部到屏幕底部(纵向)的扫描线构成一帧图像。 余辉时间:荧光粉从屏幕发光到衰减为其光亮度十分之一的时间。 刷新频率:光栅扫描显示器每秒刷新帧的循环次数称CRT的刷新频率。 刷新频率和余辉时间成反比。如过余辉时间短而刷新频率低,则屏幕会发生闪烁现象。

计算机图形学DDA算法程序代码

// Experiment_Frame_OneView.cpp : implementation of the CExperiment_Frame_OneView class // #include "stdafx.h" #include "Experiment_Frame_One.h" #include "Experiment_Frame_OneDoc.h" #include "Experiment_Frame_OneView.h" #include "SettingDlg.h" #include "InputDialog.h" #ifdef _DEBUG #define new DEBUG_NEW #undef THIS_FILE static char THIS_FILE[] = __FILE__; #endif ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // CExperiment_Frame_OneView IMPLEMENT_DYNCREATE(CExperiment_Frame_OneView, CView) BEGIN_MESSAGE_MAP(CExperiment_Frame_OneView, CView) //{{AFX_MSG_MAP(CExperiment_Frame_OneView) ON_COMMAND(IDM_SETTING, OnSetting) ON_COMMAND(IDM_INPUT, OnInput) //}}AFX_MSG_MAP // Standard printing commands ON_COMMAND(ID_FILE_PRINT, CView::OnFilePrint) ON_COMMAND(ID_FILE_PRINT_DIRECT, CView::OnFilePrint) ON_COMMAND(ID_FILE_PRINT_PREVIEW, CView::OnFilePrintPreview) END_MESSAGE_MAP() ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // CExperiment_Frame_OneView construction/destruction CExperiment_Frame_OneView::CExperiment_Frame_OneView() { // TODO: add construction code here m_bGridOn = true; m_iMarginSize = 20; m_iPointSize = 20; m_iActive_Algorithm = 0;

计算机图形学论文选题

计算机图形学论文选题方向
方向一: 【计算机图形学概述】 计算机图形学的发展及应用 计算机图形学中二维与三维几何变换分析 计算机图形学的进展及发展方向 计算机图形学建模技术
方向二: 【图形生成】 直线:DDA 画线算法、中点画线算法、Bresenham 画线算法 圆弧:中点画圆算法、Bresenham 画圆算法 图形生成填充方式 二维图形生成 图形生成过程中遮挡问题 计算机图形生成算法的可视化 基于几何关系的图形生成算法 空间曲面图形生成和显示技术 图形生成与图象处理中的仿射变换 三维图形生成算法
方向三: 【区域填充】 扫描线多边形填充算法、边填充算法、种子填充算法、圆域的填充 区域填充算法的研究 任意封闭图形区域填充算法 压入区段端点的区域填充扫描线算法 基于曲线积分的区域填充算法 基于缝隙码的区域填充算法 基于 Bresenham 算法的区域填充算法 区域填充极点判别算法 基于扫描线算法的区域填充 上下扩展区向填充算法 复杂区域的填充算法研究

方向四: 【图像色彩】 计算机图形色彩处理 物体表面色彩处理 彩色体三维图形的体素绘制与仿真
方向五: 【裁剪与变换】 图形变换的几何化 图形变换和投影问题 图形变换的光栅方法 OpenGL 中的图形变换 不同的图形变换分析 不同坐标系之间的图形变换 三维图形变换的统一矩阵 三维图形的图形变换及其变换矩阵 投影变换 图形的裁剪与覆盖 多边形窗口线裁剪算法 具有拓扑关系的任意多边形裁剪算法 基于 OpenGL 的三维窗口裁剪、拾取算法研究
方向六: 【曲线、曲面造型与建模】 曲线:Hermite 曲线、n 次参数多项式曲线、Bezier 曲线、B 样条曲线 曲面:Coons 曲面、Bezier 曲面、B 样条曲面 图像的立体造型 不规则多面体相交体积的逐级分解 影像多视点建模方法 三维几何模型分解

计算机图形学大作业 课程设计 实验报告 消隐算法

安徽建筑工业学院 计算机图形学大作业 大作业名称:消隐算法演示 院(系)名称: 专业: 班级: 姓名: 学号: 指导老师: 2011 ~ 2012年度第一学期

计算机图形学——消隐算法 一、设计目的: 通过检测可见面,消除隐藏线和隐藏面,以在二维平面上显示具有真实感图形。 消除隐藏线和隐藏面,是计算机图形学中比较因难但又是十分关键的一个问题。消隐算法是决定相对于空间给定位置的观察者,哪些线、表面或物体是可见的,哪些是不可见的。本章主要展示和计论一些最常用的隐藏线和隐藏面的消隐方法及技术。 二、设计思想: 投影变换失去了深度信息,往往导致图形的二义性,要消除二义性,就必须在绘制时消除被遮挡的不可见的线或面,习惯上称作消除隐藏线和隐藏面,简称为消隐。经过消隐得到的投影图称为物体的真实图形。 ●确定算法类 到目前为止,已经提出了很多有效的消隐算法,这些算法可以依据算法实现时所在的坐标系或空间进行分类,一般可分成两大类:对象空间算法和图像空间算法。 本文采用的就是图像空间算法(image-space methods),这种方法是对投影平面或显示屏幕上的每一个像素位置逐点地检测其可见性。这种算法比较粗糙.而且按图像空间算法得到的画面在放大后往往不能令人满意。但这种算法计算效率比较高,因为在光栅扫描过程中可以充分利用画面的连贯性等性质。 ●确定集体的实现算法 1.消除隐藏线 对造型的要求

在线框显示模型中,要求造型系统中有面的信息,最好有体的信息。 坐标变换 将视点变换到Z轴的正无穷大处,视线方向变为Z轴的负方向。 最基本的运算 判断面对线的遮挡关系.反复地进行线线、线面之间的求交运算 2.面消隐 面消隐算法的分类(图像空间的消隐算法,物体空间的消隐算法) 提高消隐算法效率的常见方法(利用连贯性,将透视投影转换成平行投影,包围盒技术,背面剔除,空间分割技术,物体分层表示) 本文是利用Z-Buffer算法的思想运用几何知识实现的,称为Z-Buffer算法的改进算法。 三、设计过程: Z-Buffer算法的思想:先将Z缓冲器中个单元的初始值置为最小值。当要改变某个像素的颜色值时,首先检查当前多边形的深度值是否大于该像素原来的深度值(保存在该像素所对应的Z缓冲器的单元中),如果大于,说明当前多边形更靠近观察点,用它的颜色替换像素原来的颜色;否则说明在当前像素处,当前多边形被前面所绘制的多边形遮挡了,是不可见的,像素的颜色值不改变。 改进法:通过记录投影与当前扫描线相交的多边形。 1.求点的平行投影和透视投影坐标值 2.用三维点坐标直接从当前点画线到某点 3.三维坐标下直接将当前点移动到某点 4.表面三个顶点调用求该表面的法矢

计算机图形学各种算法

1.线面遮挡算法 1)视点和线段在给定平面的同侧,线段不被给定平面遮挡。 2)线段的投影和平面的投影的包围盒不相交,线段不被平面遮挡。 3)计算直线与平面是否相交。若无相交转4);否则交点在线段的内部或外部。若交点在线段内部,交点将线段分为两段,与视点同侧的一段不被遮挡,另一段在视点异侧,转4);若交点在线段外部,转4)。 4)求所剩线段的投影和平面边界的投影的所有交点,根据交点在原直线参数方程中的参数值求出Z值。若无交点,转4)。 5)所求的各交点将线段的投影分为若干段,求出第一段中点。 6)若第一段中点在平面的投影内,则相应的段被遮挡,否则不被遮挡,其他段依次交替取值进行判断。 7)算法结束。 2.深度排序算法 1)把所有的多边形按顶点最大z坐标值进行排序。 2)解决当多边形在z坐标范围内发生交迭时出现的不明确问题。 3)按最大z坐标值逐次减小的次序,对每个多边形进行扫描转换。 3.Z-缓冲算法: 更新缓冲区置成背景色; Z-缓冲区置成最大z值; For(各个多边形) {扫描转换该多边形; For(计算多边形所覆盖的每个像素(x,y)) {计算多边形在该像素的 深度值z(x,y); If(z(x,y)小于z缓冲区中 的(x,y)处的值) {把z(x,y)存入z缓冲区中 的(x,y)处; 把多边形在(x,y)处的颜 色值存入更新缓存区的(x,y) 处;}}} 4.Z—缓冲算法的改进,只用 一个缓冲存储器实现消隐 Z-Buffer() {帧缓存全置为背景色; For(屏幕上的每个像素(i,j) {深度缓存变量zb置最大值 MaxValue; For(多面体上的每个多边 形Pk) {if(像素点(i,j)在pk的投影 多边形之内) {计算Pk在(i,j)处的深度 值depth; If(depth1) {k=(i+j)/2; If(test(q,p,0,k)==0) return 1; else(test(q,p,0,k)==1) return 0; else(test(q,p,0,k)==2) i=k; else(test(q,p,0,k)==3) j=k; if(test3(q,p,0,i,j)) return 1; Else return 0;} 8.凸多边形重叠计算 V oid advance(POINT P[],int l,POINT Q[];int m) {int s; s=vector3(P,Q,i,j); If(s>=0){ If((left(P,i,Q,j)&&left(Q,j,P,i))| |(right(P,i,Q,j)&&left(Q,j,P,i))) {if(i<1) ++i;else i=1;} Else if(j

计算机图形学-Bezier曲线算法de-Castljau

/* 1.实现Bezier曲线 2.数据由data.in读入,其格式为: 点数 各个点坐标 例如: 4 10 150 50 50 150 50 190 150 3.可以实现100阶以内Bezier */ #include #include #include using namespace std; LRESULT CALLBACK WinSunProc( HWND hwnd, // handle to window UINT uMsg, // message identifier WPARAM wParam, // first message parameter LPARAM lParam // second message parameter ); void MidpointLine(int x0, int y0, int x1, int y1, HWND hwnd); void bezier(HWND hwnd); int cnt = 0; const int MAX = 105; const int COUNT = 1000; int n; int ptr; struct Point{ double x, y; }; vector p[2], vec; int WINAPI WinMain( HINSTANCE hInstance, // handle to current instance HINSTANCE hPrevInstance, // handle to previous instance

计算机图形学DDA算法

DDA算法 DDA算法(Digital Differential Analyzer),又称数值微分法,是计算机图形学中一种基于直线的微分方程来生成直线的方法。 目录 1算法思想 2算法描述 3代码实例 1、算法思想 直线的基本微分方程为:设直线通过点 和,则直线方程可表示为: 如果已知第点的坐标,可用步长 和得到第点的坐标为: 或 如下图: 将算得的直线上每个点的当前坐标,按四舍五入得到光栅点的位置。

2、算法描述 DDA算法的C语言描述如下。 当 时,实现代码: voidDDALine(intx0,inty0,intx1,inty1,intcolor) {

k=dx/dy,x=x0; for(y=y0;y<=y1;y++) { Drawpixel(int(x+0.5),y,color); x=x+k; } } 任意斜率代码实现如下: ? 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 voidDDALine(intx0,inty0,intx1,inty1,intcolor) { intdx,dy,n,k;floatxinc,yinc,x,y; dx=x1-x0;dy=y1-y0; if(abs(dx)>abs(dy)) n=abs(dx); else n=abs(dy); xinc=(float)dx/n; yinc=(float)dy/n; x=(float)x0;y=(float)y0; for(k=1;k<=n;k++) {

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