山东科技大学计算机图形学实验指导书

计算机图形学实验指导书

张晓庆

信息科学与工程学院

2010年5月

目录

实验一环境设置（2学时）

实验二直线和圆的生成算法（2学时）实验三填充和裁剪算法（4学时）

实验四（选择1）二维图形的几何变换（2学时）实验四（选择2）真实感图形的绘制（2学时）

实验一环境设置（2学时）

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Turbo C 进行图形程序设计的基本方法；

3．了解Turbo C 的图形功能，了解常见的图形库函数；

4．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。

二、实验要求

1．图形系统初始化；

2．综合应用Turbo C 中图形库函数，进行图形设计与绘制；

3．熟悉Turbo C 和OpenGL开发环境，要求会对程序进行编辑，编译，调试（包括分步，断点设置等调试手段）。

三、实验内容

1．图形系统初始化

#include

include

include

include

int main(void)

{

int gdriver=DETECT,gmode=0;

initgraph(&gdiver,&gmode,”C:\\BC31\\BGI”);//进行图形初始化，

//图形卡的采用自动检//测模式，同时

//假设BC系统安装在C盘的BC31子目

//录下。

setcolor(4); //设定当前前景色为红色

circle(300,300,100); //以点（300，300）为圆心，100为半径画

//圆周。

setcolor(2); //设定当前前景色为绿色

line(100,100,100,600); //在点(100,100)和点（100,600）之间画一条

//直线段，并和以下三句结合，画出长为

//500宽为400的矩形。

line(100,500,500,500);

line(500,500,500,100);

line(500,100,100,100);

getch(); //从键盘上获取一个字符，在此表示暂停，供

//操作者观察图形。

closegrap(); //关闭图形模式。

}

2．综合应用Turbo C 中图形库函数，进行图形设计与绘制

Turbo C的库函数见附录A

3.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。

(1)、在VC中新建项目

?新建一个项目。

选择菜单File中的New选项，弹出一个分页的对话框，选中页Projects中的Win32 Console Application项，然后填入你自己的Project name，如Test，回车即可。VC为你创建一个工作区（WorkSpace），你的项目Test就放在这个工作区里。

?为项目添加文件

为了使用OpenGL，我们需要在项目中加入三个相关的Lib文件：glu32.lib、glaux.lib、opengl32.lib，这三个文件位于c:\program files\Microsoft Visual Studio\vc98\lib目录中。选中菜单Project->Add To Project->Files项（或用鼠标右键），把这三个文件加入项目，在FileView中会有显示。这三个文件请务必加入，否则编译时会出错。或者将这三个文件名添加到Project->Setting->Link->Object/library Modules 即可。

点击工具条中New Text File按钮，新建一个文本文件，存盘为Test.c作为你的源程序文件，再把它加入到项目中，然后就可以开始编程了。

#include

#include

#include

#include

//初始化OpenGL场景

void myinit (void)

{

glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); //将背景置成黑色

glShadeModel (GL_FLAT); //设置明暗处理

}

//用户的绘图过程

void CALLBACK display(void)

{

glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

//清除缓存

glBegin(GL_LINES); //开始画一根白线

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

//设置颜色为白色

//设置第一根线的两个端点，请注意：OpenGL坐标系的原点是在屏幕左下角

glVertex2f(10.0f, 50.0f);

glVertex2f(110.0f, 50.0f);

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

//设置颜色为红色

//设置第二根线的两个端点

glVertex2f(110.0f, 50.0f);

glVertex2f(110.0f, 150.0f);

glEnd(); //画线结束

glFlush (); //绘图结束

}

//

//主过程：

// 初始化Windows的窗口界面

// 并初始化OpenGL场景，绘图

int main(int argc, char** argv)

{

auxInitDisplayMode (AUX_RGB);

//初始化显示模式，采用RGB彩色系统。

auxInitPosition (0, 0, 400, 150); //初始化窗口位置、大小

auxInitWindow ("Display Lists"); //初始化窗口，设置标题

myinit ();

auxMainLoop(display);

//循环运行display过程，display由用户编写

return(0);

}

（2）、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);

实验二直线和圆的生成算法（2学时）

一、实验目的

1.通过实现三种直线和圆生成算法对算法原理加深理解。

2. 熟悉Turbo C开发环境，要求会对程序进行编辑，编译，调试（包括分步，

断点设置等调试手段）。

二、实验要求

在Turbo C环境下实现三种直线生成算法。

三、实验内容

1）对逐点比较法、DDA算法、Bresenham算法进行理解。

2）画出程序流程图；

3）编写程序的源程序；

4）编辑源程序并进行调试；

5）进行特殊模式的运行测试，并结合情况进行调整；

6）打印源程序或把源程序以文件的形式提交。

四、实验报告

1）按实验报告册格式书写实验报告；

2）提交源程序文件或打印件。

五、建立工程步骤

1.在visual c++.net中使用opnengl,建立项目的步骤：

2、在visual c++中的建立控制台项目的步骤：

实验三填充和裁剪算法（4学时）

一、实验目的

1.加深对填充算法的理解。

2.综合运用以前学过数据结构和算法设计知识。

2. 熟悉Turbo C开发环境，要求会对程序进行编辑，编译，调试（包括分步，

断点设置等调试手段）。

二、实验要求

在Turbo C环境下实现扫描线种子填充算法和Y-X算法。

三、实验内容

1）对扫描线种子填充算法和Y-X算法、编码裁剪算法、中点分割裁剪算法进行复习理解进行复习理解。

2）画出程序流程图；

3）编写程序的源程序；

4）编辑源程序并进行调试；

5）打印源程序或把源程序以文件的形式提交。

四、实验报告

1）按实验报告册格式书写实验报告；

2）提交源程序文件或打印件。

五、建立win32应用程序工程。

1、visual c++ 6.0下的界面

接下来，请按实验二中的方法给上面建立的空项目添加文件“recursion.cpp”，由于同学们初次接触WIN32编程，所以对于下文中很多代码可暂时不要求理解，重点了解红色代码。递归算法源码如下：

// INCLUDES ///////////////////////////////////////////////

#define WIN32_LEAN_AND_MEAN // just say no to MFC

#include // include all the windows headers

#include // include useful macros

// DEFINES ////////////////////////////////////////////////

// defines for windows

#define WINDOW_CLASS_NAME "WINCLASS1"

#define WINDOW_WIDTH 400

#define WINDOW_HEIGHT 300

// GLOBALS ////////////////////////////////////////////////

HWND main_window_handle = NULL; // globally track main window

HINSTANCE hinstance_app = NULL; // globally track hinstance

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

// FUNCTIONS //////////////////////////////////////////////

LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hwnd,

UINT message,

WPARAM wParam,

LPARAM lParam)

{

// this is the main message handler of the system

HDC hdc; // handle to a device context

HPEN hnewpen;

HPEN holdpen;

// what is the message

switch(message)

{

case WM_RBUTTONDOWN:

hdc=GetDC(hwnd);

hnewpen=CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(0,255,0));

holdpen=(HPEN)SelectObject(hdc,hnewpen);

// 构造多边形

MoveToEx(hdc,30,40,NULL);

LineTo(hdc,60,40);

LineTo(hdc,90,100);

LineTo(hdc,60,150);

LineTo(hdc,30,150);

LineTo(hdc,30,40);

SelectObject(hdc,holdpen);

DeleteObject(hnewpen);

ReleaseDC(hwnd,hdc);

return(0);

break;

case WM_LBUTTONDOWN:

hdc = GetDC(hwnd);

BoundaryFill4(hdc,LOWORD(lParam),HIWORD(lParam),RGB(0,255,0),RGB(255,0,0));

// release the dc

ReleaseDC(hwnd,hdc);

return(0);

break;

case WM_DESTROY:

{

// kill the application, this sends a WM_QUIT message

PostQuitMessage(0);

// return success

return(0);

} break;

default:break;

} // end switch

// process any messages that we didn't take care of

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

} // end WinProc

// WINMAIN ////////////////////////////////////////////////

int WINAPI WinMain( HINSTANCE hinstance,

HINSTANCE hprevinstance,

LPSTR lpcmdline,

int ncmdshow)

{

WNDCLASSEX winclass; // this will hold the class we create

HWND hwnd; // generic window handle

MSG message; // generic message

// first fill in the window class stucture

winclass.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);

winclass.style = CS_DBLCLKS | CS_OWNDC |

CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;

winclass.lpfnWndProc = WindowProc;

winclass.cbClsExtra = 0;

winclass.cbWndExtra = 0;

winclass.hInstance = hinstance;

winclass.hIcon = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);

winclass.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);

winclass.hbrBackground = (HBRUSH)GetStockObject(WHITE_BRUSH); winclass.lpszMenuName = NULL;

winclass.lpszClassName = WINDOW_CLASS_NAME;

winclass.hIconSm = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);

// save hinstance in global

hinstance_app = hinstance;

// register the window class

if (!RegisterClassEx(&winclass))

return(0);

// create the window

if (!(hwnd = CreateWindowEx(NULL, // extended style

WINDOW_CLASS_NAME, // class

"Scanline Fill Demo", // title

WS_OVERLAPPEDWINDOW | WS_VISIBLE,

0,0, // initial x,y

WINDOW_WIDTH, // initial width

WINDOW_HEIGHT,// initial height

NULL, // handle to parent

NULL, // handle to menu

hinstance,// instance of this application

NULL))) // extra creation parms

return(0);

// save main window handle

main_window_handle = hwnd;

while(GetMessage(&message,NULL,0,0))

{

// translate any accelerator keys

TranslateMessage(&message);

// send the message to the window proc

DispatchMessage(&message);

} // end while

// return to Windows like this

return(message.wParam);

} // end WinMain

///////////////////////////////////////////////////////////

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);

}

}

2、https://www.360docs.net/doc/e97251630.html,中建立Win32工程

更改项目中recursion.cpp文件代码：

1）声明函数

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

2）修改LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)函数中代码，把visualc++6.0介绍的recursion.cpp中的WndProc函数体复制即可。

3）在recursion.cpp文件末尾添加BoundaryFill4函数。

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，它们使用线框球体绘制函数实现。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;