计算机图形学试验参考指导书.doc

计算机图形学实 验 指 导 书郗润平 编制西北工业大学计算机学院二一一年四月 修订说 明依照我院计算机图形学教学大纲规定及课堂教学内容，参阅其他院校本课程教学与实验课内容，并结合学生和实验室状况，特编制本实验指引书供学生在上机实验学时参照使用。本实验大纲择选与课程教学较为密切若干实验，每个实验分别给出了参照机时数，实验时可依照详细机时安排状况选做。在附录中简朴地简介了Open GL 和DirectX 3D两个三维图形开发平台基本概念和有关重要函数，供感兴趣同窗入门学习参照使用。XRP于.3.15补充了MFC中几种惯用DC使用阐明等；(附录二1314)补充了VC下OpenGL编程框架细节。(附录三)于.4.24补充MFC菜单使用；(附录二10)补充了对话框使用；(附录二11)鼠标拾取点示例。(附录二12)于.4.26补充了工具条使用 (附录二13)于.3.14增长三(二)9修改OnEraseBkgnd()函数，禁止重绘背景，避免动画时闪烁。于Sydney .1.18目 录 实验一 直线生成算法1实验二 圆弧生成算法2实验三 窗口菜单交互界面2实验四 区域填充算法3实验五 裁剪算法算法3实验六 图形软件开发包/库应用3实验七 曲线生成算法4实验八 曲面生成算法4实验九 二维图形变换5实验十 三维图形变换5实验十一 真实感图形6附 录7一、C语言中图形函数及其用法7二、VC集成开发环境下基于MFC绘图16三、OpenGL绘图30四、DirectX 3D绘图35五、实验报告模板39六、计算机图形学上机实验评分原则40实验一 直线生成算法一、实验教学目的与基本规定1. 理解光栅图形显示屏工作原理和特点； 2. 学习C/VC环境下基本绘图办法；3. 实践与巩固直线基本生成算法。4. 掌握直线扫描转换算法原理及实现；二、实验课程内容 (2学时) 基于光栅图形显示屏，在C环境中生成不同粗细和线型任意直线。1. 理解光栅图形显示屏特点；2. 熟悉C环境下图形程序绘图办法；3. 实践DDA、中点及Bresenham基本算法，并至少用两种基本算法生成任意直线；i. 任意斜率:-1k0 ，(50,400)(500,50)；0k1，如(50,50)(300,200):1|k|，如(50,50)(300,400);k=，如(200,50)(200,400)。ii. 任意起始点：如(200,500)(100,200)，(300,200) (50,50) 4. 改进办法，实现对直线实现线宽和线型(虚线、点划线等)控制。三、实验参照关于C环境下绘图简介请参见附录一，如下实例为绘制一条直线（TC编译环境），供上机实验时参照使用。#include graphics.h#include string.hmain()int x0=50,y0=50,x1=450,y1=450,color=3;/定义点(50,50)，(450,450)和颜色colorint x,y;int gdriver=DETECT，gmode;/定义图形驱动程序和显示模式initgraph(&gdriver,&gmode，);/图形方式初始化cleardevice();/清屏y=y0;for(x=x0;xyr：则画出长轴为水平方向椭圆或椭圆弧；xryr：则画出长轴为垂直方向椭圆或椭圆弧；xr=yr：则可以画出圆或圆弧。例2：调用函数ellipse画出一种椭圆群。#include graphics.h#include stdio.hmain()int a=150,i;int gdriver=EDTECT,gmode;initgraph(&gdriver,&gmode，);cleardevice()for(i=10;i=140;i+=10);ellips(320,240,0,360,a-i,i);getch();closegraph();3) 多边形rectangel（）函数函数rectangle（）用于绘制矩形。其调用格式为：rectangle(x1,y1,x2,y2);参数x1,y1,x2,y2均为整型。函数功能是以点(x1,y1)为矩形左上角点，以点（x2,y2）为矩形右下角点，画一种矩形。drawpoly（）函数函数drawpoly（）可用于画一条多边折线或者一种多边形。其调用格式为：drawpoly(nps,*pxy);它有两个参数。第一种参数nps是一种整型数据，它表时所画多边折线顶点数，第二个参数pxy是一种整型数组数组名，该数组中存储了nps 个顶点坐标值序列。例如，有一种名为d_poly数组中存储了个顶点坐标为x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4，则调用方式为：drawpoly(4,d_poly);如果最后一种点坐标与第一种点坐标相似，则运用drawpoly（）函数便可以画出一种封闭多边形。此时，坐标点数目应当是多边形顶点数加，即让最后一种顶点和第一种点重叠。例如，有一种名为d_poly数组中存储了6个顶点坐标为x1,y1，x2,y2，x3,y3，x4,y4，x5,y5，x1,y1，则调用方式为：drawpoly(6,d_poly)；便可以画出一种具备5个顶点封闭多边形。4. 图形属性控制图形属性控制涉及控制颜色和线型。颜色有背景色和前景色之分。背景色指屏幕颜色（即绘图时底色），前景色指绘图时图形线条所用颜色。任何绘图函数都是在当前颜色（涉及背景色和前景色）和线型状态下进行绘图。前面所举例子中没有提当前颜色和线型，是由于用了系统缺省值（系统缺省值是：背景色为黑色，前景色为白色，线型为实线）。如果绘图时要使用系统缺省值以外颜色和线型，则可以运用图形属性控制函数另行设立。setbkcolor（）函数函数setbkcolor（）用于设立绘图时背景色。调用格式为：setbkcolor(color);参数color为一种整型数据，代表所取颜色，可以用整型常数（015），也可以用符号常数。例如，要把背景色设立成浅蓝，可以如下调用：setbkcolor(9);；9表达浅蓝。setcolor（）函数函数setcolor（）用于设立前景颜色，即绘图用颜色。调用格式为：setcolor(color);参数color含义和用法同setbkcolor（）函数。下面例程序可以演示种颜色。例3：显示16种颜色#include graphics.h#include stdio.hmain()int cb,cf;int gdriver=DETECT,gmode;initgraph(&drive,&gmode,);cleardevice();for(cb=0;cb=15;cb+) setbkcolor(cb);for(cf=0;cf=15;cf+)setcolor(cf);circle(100+cf*25,240,100);getch();getch();closegraph();setlinestyle（）函数函数setlinestyle（）用于设立当前绘图所用线型和宽度，这些设立限于对直线类图形有效。其调用格式如下：setlinestyle(sty,pat,b);该函数所用三个函数含义如下：sty为整型值，用来定义所画直线类型（04）;pat为无符号整型数，该参数在需要顾客自定义线型时使用，如果是使用系统定义线型，则该参数可取值;b为整型数，指定所画直线粗细，以象素为单位（1或3）当函数setlinestyle第一种参数为USERBIT-LINE(或)时，可以由顾客自己定义直线类型。例4：编写程序，显示系统预定义四种线型。#include graphics.h#include stdiio.hmain()int i,j,c,x=50,y=50,k=1;int gdrive=DETECT,gmode;printf(input color number.n)scanf(%d,&c);initgraph(&gdriver,&gmode，);cleardevice();setbkcolor(11);setcolor(c);for(j=1;j=2;j+);for(i=0;i4;i+)setlinestyle(i,0,k);rectangle(x,y,x+210,y+80);x=x+110;y=y+40;k=3;x=50;y=250;getch();closegraph();5. 充填setfillstyle（） 函数函数setfillstyle （）用来设立当前充填模式和充填颜色，以便用于充填一种指定封闭区域。其调用格式为：setfillstyle(pattern,color);参数pattern用于指定充填模式（取值：），第二个参数color指定充填用颜色。Floodfill（）函数函数floodfill（）实行对一指定区域进行充填操作，其充填模式和颜色已由setfillstyle（）函数指定。其调用格式为：floodfill(x,y,bcolor);参数x,y指位于充填区域内任意一点坐标，该点作为充填起始点。bcoloor为充填区域边界颜色。例5：下面例程序演示充填状况。#include graphics.h#include stdio.hmain()int i,c,x=5,y=6;int gdriver=DETECT,gmode;printf(input color number.n);scanf(%d,&c);initgraph(&gdriver,&gmode，);cleardevice();setbkcolor(9);for(i=c;ic+8;i+)setcolor(i);rectangle(x,y,x+140,y+104);x=x+70;y=y+52;setfillstyle(1,i);floodfill(x,y,i);getch();closegraph();6. 图形方式下文本输出settextstyle(font,direction,csize)函数。设立字符显示风格。函数三个参数含义如下font：是一种整型数据，用于指明所要使用文字字体（0表达8*8位图字体；1表达三重矢量字体；2表达小号矢量字体；3表达无衬线矢量字体；4表达哥特矢量字体）。direction：是一种整型数据，表达指定文本输出方向（0表达从左向右输出；1表达从上向下输出）。csize：是一种整型数据，表达字符大小（实际是一种放大系数，表达对8*8点阵字符放大倍数，取值范畴是110）。outtext(char *text)；在当前位置输出一种文本字符串。outtextxy(int x,int y,char *text)；在x,y位置输出一种文本字符串。综合举例例6：渔网图案绘制#include graphics.h#include stdio.hmain()int x,y,x1,y1,x0=320,y0=50;int i,j,n=5,r=20;int gdriver=DETECT,gmode;initgraph(&gdriver,&gmode，);cleardevice();setbkcolor(9);for(i=0;i2*n;i+)x1=x0-i*r;y1=y0+i*r;for(j=0;j=n-1;j+)x=x1+2*j*r;y=y1+2*j*r;arc(x,y,180,270,r);arc(x,y+2*r,0,90,r);x1=x0-2*r;y1=y0;for(i=0;i2*n;i+)x1=x1+r;y1=y1+r;for(j=0;j=n-1;j+)x=x1-2*j*r;y=y1+2*j*r;arc(x,y,90,180,r);arc(x-2*r,y,270,360,r);getch();closegraph();例7：图形模式下文本输出#include graphics.h#include stdio.h#include dos.hmain()int i,t,x=300,y=50;int gdriver=DETECT,gmode;initgraph(&gdriver,&gmode，);cleardevice();setbkcolor(9);setcolor(4);for(i=1;iSetPixel(x,yy,255)；设立(x,yy)象素点颜色为255。可在其中加入自己代码，如DDA程序如下：int x,yy; float dx,dy,k,y;int x0=1,y0=1,x1=500,y1=400;COLORREF color=RGB(100,25,108);/定义一种RGB颜色常量 dx=x1-x0; dy=y1-y0;k=dy/dx ; y=y0; for(x=x0;xSetPixel(x,yy，color255); y=y+k; 如图4所示。此外，也可以在这里调用自己声明定义好函数，详见7-9。6. 点击菜单“Build”中“Build All”编译程序，如图5所示，无错误后可执行(Ctrl+F5)。图5 编译或执行7. 声明一种CTestView类成员函数：双击CTestView类可打开TestView.h文献，如图6所示，可在public后声明函数void DDALine(int x1x0,int y1y0，int x2x1,int y2y1，COLORREF int color)；图6 成员函数声明8. 返回TestView.CPP文献定义函数void CTestView:DDALine(int x1x0,int y1y0，int x2x0,int y2y0，COLORREFint color)加入自己程序代码。图7 自定义函数9. 在OnDraw(CDC* pDC)中调用定义好函数，如DDALine(100,100,400,500,200);图8 自定义成员函数调用10. MFC菜单实现i. 设立菜单项在VC集成开发环境界面左侧工作区，打开 “Resourse”中“Menu”，选取默认菜单资源“IDR_MAINFRAME”， 添加菜单项，并定义标题、ID及提示等属性，如图9所示。图9ii. 添加命令函数按Ctrl+W快捷键进入MFC类向导，选取View类、刚才定义好菜单项ID、COMMAND消息，如图10所示。然后点击“Add Function”按钮，再单击“OK”添加成员函数，如图11所示。图10 MFC类向导图11 添加成员函数iii. 编辑相应函数点击“Edit Code”按钮进入相应函数编辑区域，可编写相应程序代码，也可调用定义DDA函数，如图12所示。图12 编写菜单响应函数通过编辑即可选取添加菜单项执行相应程序代码/函数，如图13。图13执行菜单项重复以上环节可添加其他菜单项。11. MFC对话框输入/输出i. 设立对话框在VC集成开发环境界面左侧工作区，打开 “Resourse”中“Dialog”，在其上单击鼠标右键，在POP菜单上选取资源“Insert”， 添加对话框“”，点击“N新建”按钮项，并定义标题、ID及提示等属性，如图9所示。图14 添加对话框ii. 添加对话框控件添加静态文字和文本输入框，如图15所示，并设立文本输入框ID分别为IDC_X1、IDC_Y1、IDC_X2和IDC_Y1。 图15添加对话框控件iii. 对话框类及成员变量定义按Ctrl+W进入类设计向导，点OK添加对话框类，并命名为Dialog1如图16，并点击OK按钮确认。图16 定义对话框类选取类向导中“Member Variables”选项来设立成员变量，选中控件IDC_X1后，点击右侧“Add Variable”，如图17设立变量名称为m_pt1_X及变量类型int后，点击“OK”确认，此时可设立变量输入值有效范畴(初始值在对话框构造函数中设立)。同样设立控件IDC_Y1、IDC_X2和IDC_Y1变量名称为m_pt1_Y、m_pt2_X和m_pt2_Y，变量类型均设立为int型。图17 定义成员变量iv. 使用对话框在View类.CPP文献中包括对话类，并定义对话框对象dlg。在菜单选项响应函数中加入dlg.doModel()来执行定义好对话框，并添写获取对话框中输入数据语句，如图18所示。图18 使用对话框此时可编译运营程序，点击相应菜单选项即可执行对话框内容。12. 鼠标拾取点运用类向导(Ctrl+W),在View类中添加WM_LBUTTONUP消息，如图19。图19 添加鼠标左键消息然后点“Edit Code”按钮进入代码编写区，输入如下代码：if(ipt%2!=0)/区别点击先后两点point1=point；/记录 点1OnDDALine(point0.x，point0.y，point1.x，point1.y) ;/两点绘线elsepoint0=point；/记录 点0ipt=