(完整word版)计算机图形学实验报告 (2)

计算机图形学

实验报告

姓名：谢云飞

学号：20112497

班级：计算机科学与技术11-2班实验地点：逸夫楼507

实验时间：2014.03

实验1直线的生成

1实验目的和要求

理解直线生成的原理；掌握典型直线生成算法；掌握步处理、分析

实验数据的能力；

编程实现DDA算法、Bresenham中点算法；对于给定起点和终点的

直线，分别调用DDA算法和Bresenham中点算法进行批量绘制，并记

录两种算法的绘制时间；利用excel等数据分析软件，将试验结果编

制成表格，并绘制折线图比较两种算法的性能。

2实验环境和工具

开发环境：Visual C++ 6.0

实验平台：Experiment_Frame_One（自制平台）。

本实验提供名为 Experiment_Frame_One的平台，该平台提供基本

绘制、设置、输入功能，学生在此基础上实现DDA算法和Mid_Bresenham

算法，并进行分析。

?平台界面：如错误!未找到引用源。所示

?设置：通过view->setting菜单进入，如错误!未找到引用

源。所示

?输入：通过view->input…菜单进入.如错误!未找到引用

源。所示

?实现算法：

◆DDA算法：void CExperiment_Frame_OneView::DDA(int X0,

int Y0, int X1, int Y1)

Mid_Bresenham法：void CExperiment_Frame_OneView::Mid_Bresenham(int X0, int Y0, int X1, int Y1)

3实验结果

3.1程序流程图

1）DDA算法流程图：开始

定义两点坐标差dx，dy，以及epsl，计数k=0，描绘点坐标x,y，x增

量xIncre，y增量yIncre

↓

输入两点坐标x1,y1,x0,y0

↓

dx=x1-x0,dy=y1-y0;

＿＿＿＿＿＿＿＿＿↓＿＿＿＿＿＿＿＿＿

↓↓

若|dx|>|dy| 反之

epsl=|dx| epsl=|dy|

↓＿＿＿＿＿＿＿＿...＿＿＿＿＿＿＿＿↓

↓

xIncre=dx/epsl; yIncre=dy/epsl

↓

填充(强制整形)(x+0.5,y+0.5);

↓←←←←

横坐标x+xIncre;

纵坐标y+yIncre;

↓↑

若k<=epsl →→→k++

↓

结束

2）Mid_Bresenham算法流程图开始

↓

定义整形dx,dy,判断值d,以及UpIncre,DownIncre,填充点x,y

↓

输入x0,y0,x1,y1

＿＿＿＿＿＿↓＿＿＿＿＿＿

↓↓

若x0>x1 反之

x=x1;x1=x0;x0=x; x=x0;

Y=y1;y1=y0;y0=y; y=y0;

↓＿＿＿＿＿＿..＿＿＿＿＿＿↓

↓

坐标差dx=x1-x0;dy=y1-y0;

判断值d=dx-2*dy;

UpIncre=2*dx-2*dy;DownIncre=-2*dy;

↓

填充点(x,y)，且x=x+1;

＿＿＿＿＿＿↓＿＿＿＿＿＿←←←

↓↓↑

若d<0 反之

y=y+1,且d=d+UpIncre d=d+DownIncre

↓＿＿＿＿＿＿.＿＿＿＿＿＿↓↑↑

↓

若x<=x1 →→→↑

↓

结束

3.2程序代码

void CExperiment_Frame_OneView::DDA(int X0, int Y0, int X1, int Y1)

{

//----------请实现DDA算法------------//

int dx,dy,epsl,k;

float x,y,xIncre,yIncre;

dx=X1-X0; dy=Y1-X0;

x=X0; y=Y0;

if(abs(dx)>abs(dy)) epsl=abs(dx);

else epsl=abs(dy);

xIncre=(float)dx/(float)epsl;

yIncre=(float)dy/(float)epsl;

for(k=0;k<=epsl;k++){

DrawPixel((int)(x+0.5),(int)(y+0.5));

x+=xIncre;

y+=yIncre;

}

}

void CExperiment_Frame_OneView::Mid_Bresenham(int X0, int Y0, int X1, int Y1)

{

//-------请实现Mid_Bresenham算法-------//

int dx,dy,d,UpIncre,DownIncre,x,y,xend;

if(X0>X1){

x=X1;X1=X0;X0=x;

y=Y1;Y1=Y0;Y0=y;

}

x=X0;y=Y0;

dx=X1-X0;dy=Y1-Y0;

d=dx-2*dy;

UpIncre=2*dx-2*dy;

DownIncre=-2*dy;

while(x

DrawPixel(x,y);

x++;

if(d<0){

y++;

d+=UpIncre;

}

else d+=DownIncre;

}

}

3.3运行结果

3.4运行结果分析

DDA算法基本上没有什么问题，Mid_Bresenham算法在网格尺寸比较大时误差较大，通过改变网格尺寸大小即能较为精确地描绘出所绘直线。总之在误差允许的范围类，实验结果令人满意。4思考题（可选）

如何测试比较算法的性能？

?提示1：因为绘制1条直线时间很短，所以需要绘制大量直线

才能比较它们之间的性能；

?提示2: drawpixel需要耗费时间，但它的时间性能和直线绘制

算法无关，因此在比较不同算法性能时，应该屏蔽它的影响，

如何屏蔽？

5实验心得

通过此次实验，我对典型的直线绘制算法DDA算法、Bresenham

中点算法有了进一步的了解与掌握。由于第一次做图形学的相关实验，

陌生感还是有的，对平台也不太掌握，所以一开始很难入门，但在老

师的帮助和同学的相互讨论下，结果还是可观的。两个基本算法都得

以实现。希望随着学习的加深，后续的实验能够做的更好。

实验2多边形扫描转换算法

1实验目的和要求

理解多边形扫描转换的原理；掌握典型多边形扫描转换算法；掌握步处理、分析实验数据的能力；

编程实现基本X-扫描线转换算法（必做）；

编程实现有效边表转换算法（选做）。

2实验环境和工具

本试验提供自带实验平台

开发环境：Visual C++ 6.0

本实验提供名为 Polygon_Conversion的平台，该平台提供基本绘制、设置、输入功能，学生在此基础上实现X-扫描线算法和有效边表转换算法。

多边形输入：

?用户按【功能】→【输入多边形……】菜单开始输入多边形；

?单击鼠标左键输入多边形顶点；

?点击鼠标右键结束多边形输入，并将最后一个顶点和第一个顶

点进行连接；

●参数设置：

?用户按“【功能】→【设置……】”启动设置对话框

?设置内容：

◆填充色

◆是否填充多边形

◆选择转换算法

?实现扫描转换算法

◆X-扫描线转换算法：

void CPolygon_ConversionView::X_Scan_Line_Conersion

(int Vertices[][2], int VertexNum)

◆有效边表转换算法：

void CPolygon_ConversionView::Active_Edge_Table_Conersion

(int Vertices[][2], int VertexNum)

3实验结果

3.1程序流程图

X-扫描线转换算法：开始

(若构点小于3个→结束)

↓

确定多边形所占有的最大扫描线，

得到多边形顶点的最小和最大y值(ymin和ymax)

↓

从ys=ymin开始扫描，且计算每条边的方程式

↓↓←←

记录ys与多边形各边交点↑

↓

(判断并取舍交点：

顶点的两条边的另外两个端点的y1,y2的值比ys大的个数为0,1,2,

则取交点对应个数为0,1,2;)

↓

取完交点横坐标后排序交点横坐标x数组，

并配对（1，2）（3，4）…↑↑

↓

填充配对区间

↓

若扫描线ys<=ymax →→↑

(结束)

3.2程序代码

void CPolygon_ConversionView::X_Scan_Line_Conersion(int Vertices[][2], int VertexNum)

{

int ymin,ymax,x[10],i,j,n=0,x1,x2,y1,y2,x0,ys;

ymax=0xffffffff;

ymin=0x7fffffff;

if(VertexNum<=3)

return;

for(i=0;i

{

if(Vertices[i][1]

ymin=Vertices[i][1];

if(Vertices[i][1]>ymax)

ymax=Vertices[i][1];

}

for(ys=ymin;ys<=ymax;ys++)

{

n=0;

for(j=0;j

{

x1=Vertices[j][0];

y1=Vertices[j][1];

x2=Vertices[(j+1)%VertexNum][0];

y2=Vertices[(j+1)%VertexNum][1];

if(y1==y2)

{

continue ;

}

if(ysmax(y1,y2))

continue;

x0=int((ys-y1)*(x2-x1)/(y2-y1)+x1+0.5);

if(ys==y1)

continue;

if(ys==y2)

{

int tmp=0;

if(y1>ys)

++tmp;

if(Vertices[(j+2)%VertexNum][1]>ys)

++tmp;

if(tmp%2==0)

continue;

}

x[n]=x0;

n++;

}

sort(x,x+n);//排序

for(i=0;i

{

for(j=x[i];j<=x[i+1];++j)

DrawPixel(j,ys);

}

}

return;

}

3.3运行结果

3.4运行结果分析

X扫描线算法填充算法中比较简单的算法。它通过求交、排序、交点配对、区间填色的过程一次处理每一条扫描线。而且对于端点独立进行判断（当做一个或者两个），很好的实现了填充效果。

4思考题（可选）

5实验心得

通过此次实验，我对X-扫描线转换算法和有效边表转换算法都有了一定的了解，并能在指导下完成相应的函数的编写。另一方面，我的数据分析和处理能力也得到了一定的提升。正可谓收获匪浅。

实验3BSpline曲线绘制

1实验目的和要求

●理解掌握自由曲线生成的基本原理和方法；编程实现三次B样条曲

线：

●均匀周期性B样条曲线

●开放均匀B样条曲线

2实验环境和工具

本试验提供自带实验平台

●开发环境：Visual C++ 6.0

●实验平台：Polygon_Conversion（自制平台）

3实验结果

3.1程序流程图

1）基函数的生成：

float CFreeform_CurveView::BKM(float t, int k, int m, float nodes[])

{

float value;

if (m==1)

{

if (t>= nodes[k]&&t

value = 1;

else

value = 0;

}

else if (m > 1)

{

value=

(Divide((t-nodes[k]),(nodes[k+m-1]-nodes[k]))*BKM(t,k,m-1,no des)+

Divide((nodes[k+m]-t),(nodes[k+m]-nodes[k+1]))*BKM(t,k+1,m-1 ,nodes));

}

return value;

}

2）生成曲线的节点矢量：

bool CFreeform_CurveView::Create_Nodes_Vector(int n,

int m,

int SplineType,

float nodes[])

{

switch(SplineType) {

case 0: //均匀B样条曲线

{

//添加代码......................................

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

nodes[i]=i;

break;

}

case 1: //开放均匀B样条曲线

{

//添加代码.....................................

int i=0;

for(;i

nodes[i]=0;

for(;i<=n;i++)

nodes[i]=i-m+1;

for(;i<=n+3;i++)

nodes[i]=n-m+2;

break;

}

default:

return false;

}

return true;

}

3.3运行结果

3.4运行结果分析

这次试验是照着书上的生成曲线的公式编写的，分别绘制出均匀B样条曲线和开放均匀B样条曲线，实现难度不大。从曲线可以看出，两个曲线都很好的拟合了选择的点，均匀B样条曲线似乎效果更佳。

4实验心得

通过此次实验，我对基本曲线生成算法有了一定的掌握。由于其本身就很掌握，所以实现起来困难重重。可能是对三次B样条曲线的理解还不够透彻，希望今后的学习能够让我对其有进一步的了解与把握。