计算机图形学专业课程设计实验报告.doc

《计算机图形学》
试验汇报

班级 计算机科学和技术
姓名
学号

年 6 月 2 日

试验一 基础图形生成算法
一、试验目标：
1、掌握中点Bresenham绘制直线原理；
2、设计中点Bresenham算法；
3、掌握八分法中点Bresenham算法绘制圆原理；
4、设计八分法绘制圆中点Bresenham算法；
5、掌握绘制1/4椭圆弧上半部分和下半部分中点Bresenham算法原理；
6、掌握下半部分椭圆偏差判别式初始值计算方法；
7、设计顺时针四分法绘制椭圆中点Bresenham算法。
二、试验过程：
1、 试验描述
试验1：使用中点Bresenham算法绘制斜率为0<=k<=1直线。
试验2：使用中点Bresenham算法绘制圆心在屏幕用户区中心圆。
试验3：使用中点Bresenham算法绘制圆心在屏幕用户区中心椭圆。

2、试验过程
1）用MFC(exe)建立一个单文档工程；
2）编写对话框，生成对应对象，设置对应变量；
3）在类CLineView中申明对应函数，并在相关cpp文件中实现；
4）在OnDraw（）函数里调用函数实现绘制直线、圆、椭圆；
5）运行程序，输入对应值，绘制出图形。

三、 源代码
试验1：直线中点Bresenham算法
1.// cline.cpp : implementation file
// cline dialog
cline::cline(CWnd* pParent /*=NULL*/)
: CDialog(cline::IDD, pParent)
{
//{{AFX_DATA_INIT(cline)
m_x0 = 0;
m_y0 = 0;
m_x1 = 0;
m_y1 = 0;
//}}AFX_DATA_INIT
}

void cline::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)

{
CDialog::DoDataExchange(pDX);
//{{AFX_DATA_MAP(cline)
DDX_Text(pDX, IDC_x0, m_x0);
DDX_Text(pDX, IDC_y0, m_y0);
DDX_Text(pDX, IDC_x1, m_x1);
DDX_Text(pDX, IDC_y1, m_y1);
//}}AFX_DATA_MAP
}

BEGIN_MESSAGE_MAP(cline, CDialog)
//{{AFX_MSG_MAP(cline)
//}}AFX_MSG_MAP
END_MESSAGE_MAP()

2、 // LineView.h
class CLineView : public CView
{
public:
CLineDoc* GetDocument();

..........

void Mbline(double,double,double,double); //直线中点Bresenham函数

.......

}
3、// Line.cpp
//*******************直线中点Bresenham函数*********************/
void CLineView::Mbline(double x0, double y0, double x1, double y1)
{
CClientDC dc(this);
COLORREF rgb=RGB(0,0,255); //定义直线颜色为蓝色
double x,y,d,k;
x=x0; y=y0; k=(y1-y0)/(x1-x0); d=0.5-k;
for(x=x0;x<=x1;x++)
{
dc.SetPixel((int)x,(int)y,rgb);
if(d<0)
{
y++;
d+=1-k;
}
else
d-=k;
}
}
4、//LineView.cpp
void CLineView::OnDraw(CDC* pDC)
{
CLineDoc* pDoc = GetDocument();
ASSERT_VALID(pDoc);
// TODO: add draw code for native data here

cline a;
a.DoModal();//初始化

CLineView::Mbline(a.m_x0,a.m_y0,a.m_x1,a.m_y1);

}

试验2：圆中点Bresenham算法
1、//cricle.cpp
// Ccricle dialog
Ccricle::Ccricle(CWnd* pParent /*=NULL*/)
: CDialog(Ccricle::IDD, pParent)
{
//{{AFX_DATA_INIT(Ccricle)
m_r = 0;
//}}AFX_DATA_INIT
}

void Ccricle::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)
{
CDialog::DoDataExchange(pDX);
//{{AFX_DATA_MAP(Ccricle)
DDX_Text(pDX, r_EDIT, m_r);
//}}AFX_DATA_MAP
}

2、//CcircleView.h
class CCcircleView : public CView
{
.......

public:
CCcircleDoc* GetDocument();

void CirclePoint(double,double); //八分法画圆函数
void Mbcircle(double); //圆中点Bresenham函数

........

}

3、//CcircleView.cpp
void CCcircleView::OnDraw(CDC* pDC)
{
CCcircleDoc* pDoc = GetDocument();
ASSERT_VALID(pDoc);
// TODO: add draw code for native data here

Ccricle r;
r.DoModal();
CCcircleView::Mbcircle(r.m_r);//画圆
}
4、//CcircleView.cpp
//*******************八分法画圆*************************************/
void CCcircleView::CirclePoint(double x,double y)
{
CClientDC dc(this);
COLORREF rgb=RGB(0,0,255);
dc.SetPixel((int)(300+x),(int)(300+y),rgb);
dc.SetPixel((int)(300-x),(int)(300+y),rgb);
dc.SetPixel((int)(300+x),(int)(300-y),rgb);
dc.SetPixel((int)(300-x),(int)(300-y),rgb);
dc.SetPixel((int)(300+y),(int)(300+x),rgb);
dc.SetPixel((int)(300-y),(int)(300+x),rgb);
dc.SetPixel((int)(300+y),(int)(300-x),rgb);
dc.SetPixel((int)(300-y),(int)(300-x),rgb);
}
//**************************圆中点Bresenham函数*********************/
void CCcircleView::Mbcircle(double r)
{
double x,y,d;
COLORREF rgb=RGB(0,0,255);
d=1.25-r;
x=0;
y=r;
for(x=0;x<y;x++)
{
CirclePoint(x,y); //调用八分法画圆子函数
if(d<0)
d+=2*x+3;
else
{
d+=2*(x-y)+5;
y--;
}
}
}

试验3：椭圆中点Bresenham算法

1、//ellipse1.cpp
// Cellipse dialog
Cellipse::Cellipse(CWnd* pParent /*=NULL*/)
: CDialog(Cellipse::IDD, pParent)
{
//{{AFX_DATA_INIT(Cellipse)
m_a = 0;
m_b = 0;
//}}AFX_DATA_INIT
}

void Cellipse::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)
{
CDialog::DoDataExchange(pDX);
//{{AFX_DATA_MAP(Cellipse)
DDX_Text(pDX, IDC_EDIT1, m_a);
DDX_Text(pDX, IDC_EDIT2, m_b);
//}}AFX_DATA_MAP
}

2、//EllipseView.h
class CEllipseView : public CView
{

......................

public:
CEllipseDoc* GetDocument();
void EllipsePoint(double,double); //四分法画椭圆
void Mbellipse(double a, double b); //椭圆中点Bresenham函数

..................

}
3、//Ellipse.cpp
//*****************四分法画椭圆********************************/
void CEllipseView::EllipsePoint(double x,double y)
{
CClientDC dc(this);
COLORREF rgb=RGB(0,0,255);
dc.SetPixel((int)(300+x),(int)(300+y),rgb);
dc.SetPixel((int)(300-x),(int)(300+y),rgb);
dc.SetPixel((int)(300+x),(int)(300-y),rgb);
dc.SetPixel((int)(300-x),(int)(300-y),rgb);

}
//************************椭圆中点Bresenham函数*********************/
void CEllipseView::Mbellipse(double a, double b)
{
double x,y,d1,d2;
x=0;
y=b;
d1=b*b+a*a*(-b+0.25);
EllipsePoint(x,y);
while(b*b*(x+1)<a*a*(y-0.5))//椭圆AC弧段
{
if(d1<0)
d1+=b*b*(2*x+3);
else
{
d1+=b*b*(2*x+3)+a*a*(-2*y+2);
y--;
}
x++;
EllipsePoint(x,y);
}
d2=b*b*(x+0.5)*(x+0.5)+a*a*(y-1)*(y-1)-a*a*b*b;//椭圆CB弧段
while(y>0)
{
if(d2<0)
{
d2+=b*b*(2*x+2)+a*a*(-2*y+3);
x++;
}
else
d2+=a*a*(-2*y+3);
y--;
EllipsePoint(x,y);
}
}

4、//EllipseView.cpp
void CEllipseView::OnDraw(CDC* pDC)
{
CEllipseDoc* pDoc = GetDocument();
ASSERT_VALID(pDoc);
// TODO: add draw code for native data here

Cellipse el;
el.DoModal();//初始化
CEllipseView::Mbellipse(el.m_a, el.m_b);//画椭圆

}
四、 实结果验
试验1：直线中点Bresenham算法

试验2：圆中点Bresenham算法

试验3：椭圆中点Bresenham算法

试验二 有效边表填充算法
一、试验目标：
1、设计有效边表结点和边表结点数据结构；
2、设计有效边表填充算法；
3、编程实现有效边表填充算法。

二、 试验过程：
1、试验描述
下图1 所表示多边形覆盖了 12 条扫描线，共有 7 个顶点和 7 条边。7 个顶点分别为：P0（7，8） ，P1（3，12） ，P2（1，7） ，P3（3，1）, P4（6，5）, P5（8，1）, P6（12，9）。在 1024×768 显示分辩率下，将多边形顶点放大为 P0（500,400） ，P1（350，600） ，P2（250，350），P3（350，50）, P4（500，250）, P5（600，50）, P6（800，450）。请使用有效边表算法填充该多边形。

2、 试验过程
（1）建立AET类和Bucket类；
（2）初始化桶，并在建立桶结点时为其表示扫描线初始化为带头结点链表；
（3）对每个桶结点进行循环，将桶内每个结点边表合并为有效边表，并进行有效边表循环；
（4）根据扫描线从小到大移动次序，计算目前扫描线和多边形各边交点，然后把这些交点按X值递增次序进行排序，配对，以确定填充区间；
（5）用指定颜色点亮填充区间内全部像素，即完成填充工作。

三、 源代码
1、//AET.h
class AET
{
public:
AET();
virtual ~AET();
double x;
int yMax;
double k;//替换1/k
AET *next;
};

//AET..cpp
AET::AET()
{

}

AET::~AET()
{

}

2、 //Bucket.h
#include "AET.h"
class Bucket
{
public:
Bucket();
virtual ~Bucket();
int ScanLine;
AET *p;//桶上边表指针
Bucket *next;
};
// Bucket.cpp
Bucket::Bucket()
{

}

Bucket::~Bucket()
{

3、//test2.cpp
void CTest2View::Et()//结构边表函数
{
for(int i=0;i<Number;i++)//访问每个顶点
{
CurrentB=HeadB;//从桶链表头节点开始循环
int j=i+1;//边表第二个顶点，Point[i]和Point[j]组成边
if(j==Number)
j=0;//确保多边形闭合
if(Point[j].y>Point[i].y)//终点比起点高
{
while(CurrentB->Scanline!=Point[i].y)//在桶内寻求该边yMin
CurrentB=CurrentB->next;//移到下一个桶结点
E[i].x=Point[i].x;//计算AET表值
E[i].yMax=Point[j].y;
E[i].k=double((Point[j].x-Point[i].x))/(Point[j].y-Point[i].y);//代表1/k
E[i].next=NULL;
CurrentE=CurrentB->p;//取得桶上连接边表地址
if(CurrentB->p==NULL)
{
CurrentE=&E[i];//边表起始地址
CurrentB->p=CurrentE;//第一个边表直接连接到对应桶中
}
else
{
while(CurrentE->next!=NULL)//假如目前边已连有边结点
CurrentE=CurrentE->next;//移动指针到目前边最终一个结点
CurrentE->next=&E[i];//把目前边接上去
}
}
if(Point[j].y<Point[i].y)//终比起点低
{
while(CurrentB->Scanline!=Point[j].y)//在桶内寻求该边yMin
CurrentB=CurrentB->next;//移到下一个桶结点
E[i].x=Point[j].x;//计算AET表值
E[i].yMax=Point[i].y;
E[i].k=double((Point[i].x-Point[j].x))/(Point[i].y-Point[j].y);//代表1/k
E[i].next=NULL;
CurrentE=CurrentB->p;//取得桶上连接边表地址
if(CurrentE==NULL)
{
CurrentE=&E[i];//边表起始地址
CurrentB->p=CurrentE;//第一个边表直接连接到对应桶中
}
else
{
while(CurrentE->next!=NULL)//假如目前边已连有边结点
CurrentE=CurrentE->next;//移动指针到目前边最终一个结点
CurrentE->next=&E[i];//把目前边接上去
}
}
}
CurrentB=NULL;
CurrentE=NULL;
}
void CTest2View::AddEdge(AET *NewEdge)//插入临时边表函数
{
T1=HeadE;
if(T1=NULL)//边表为空，将边表置为TempEdge
{
T1=NewEdge;
HeadE=T1;
}
else
{
while(T1->next!=NULL)//边表不为空，将TempEdge连在该边以后
{
T1=T1->next;
}
T1->next=NewEdge;
}
}

void CTest2View::EdegeOrder()//对边表进行排序函数
{
T1=HeadE;
if(T1==NULL)
{
return;
}
if(T1->next==NULL)//假如该边表没有再连边表
{
return;//桶结点只有一条边，不需要排序
}
else
{
if(T1->next->x<T1->x)//边表按x值排序
{
T2=T1->next;
T1->next=T2->next;
T2->next=T1;
HeadE=T2;
}
T2=HeadE;
T1=HeadE->next;
while(T1->next!=NULL)//继续两两比较相连边表x值，进行排序
{
if(T1->next->x<T1->x)
{
T2->next=T1->next;
T1->next=T1->next->next;
T2->next->next=T1;
T2=T2->next;
}
else
{
T2=T1;
T1=T1->next;
}
}
}

}

void CTest2View::PolygonFill()//多边形填充函数
{
CClientDC dc(this);
COLORREF rgb=RGB(0,0,255);

HeadE=NULL;
for(CurrentB=HeadB;CurrentB!=NULL;CurrentB=CurrentB->next)//访问全部桶结点
{
for(CurrentE=CurrentB->p;CurrentE!=NULL;CurrentE=CurrentE->next)//桶中全部结点
{
AET *TempEdge= new AET;
TempEdge->x=CurrentE->x;
TempEdge->yMax=CurrentE->yMax;
TempEdge->k=CurrentE->k;
TempEdge->next=NULL;
AddEdge(TempEdge);//将该边插入临时Aet表
}
EdegeOrder();//边表根据x递增次序存放
T1=HeadE;//依据ymax抛弃扫描完边结点
if(T1==NULL)
{
return;
}
while(CurrentB->Scanline>=T1->yMax)//放弃该结点，Aet表指针后移，下闭上开
{
T1=T1->next;
HeadE=T1;
if(HeadE==NULL)
{
return;
}
}
if(T1->next!=NULL)
{
T2=T1;
T1=T2->next;
}
while(T1!=NULL)
{
if(CurrentB->Scanline>=T1->yMax)//跳过一个结点
{
T2->next=T1->next;
T1->next=NULL;
T1=T2->next;
}
else
{
T2=T1;
T1=T2->next;
}
}
BOOL In=false;//设置一个BOOL变量In，初始值为假
double xb,xe;//扫描线起点和终点
for(T1=HeadE;T1!=NULL;T1=T1->next)//填充扫描线和多边形相交区间
{
if(In==false)
{
xb=T1->x;
In=true;//，每访问一个结点，把In值取反一次
}
else//假如In值为真，则填充从目前结点x值开始到下一个结点x值结束区间
{
xe=T1->x-1;//左闭右开
CClientDC dc(this);
for(double x=xb;x<=xe;x++)
dc.SetPixel(int(x),CurrentB->Scanline,rgb);//填充
Sleep(1);//延时1ms，提升填充过程可视性
In=FALSE;
}
}
for(T1=HeadE;T1!=NULL;T1=T1->next)//边连贯性
{
T1->x=T1->x+T1->k;//x=x+1/k
}

}

delete HeadB;
delete CurrentB;
delete CurrentE;
delete HeadE;
}

//**********************初始化桶************************************
void CTest2View::CreatBucket()
{
int ScanMax,ScanMin;
ScanMax = ScanMin = Point[0].y;
for(int i=1;i<Number;i++)
{
if(Point[i].y<ScanMin)
{
ScanMin = Point[i].y; //扫描线最小值
}
if(Point[i].y>ScanMax)
{
ScanMax = Point[i].y; //扫描线最大值
}
}
for( i=ScanMin;i<=ScanMax;i++) //建立桶节点
{
if(ScanMin == i) //桶头结点
{
HeadB = new Bucket; //建立桶头结点
CurrentB = HeadB; //CurrentB为Bucket目前节点指针
CurrentB->Scanline = ScanMin;
CurrentB->p = NULL; //没有连接边链表
CurrentB->next = NULL;
}
else
{ //建立桶其它节点
CurrentB->next = new Bucket; //新建一个桶节点
CurrentB = CurrentB->next; //使CurrentB指向新建桶节点
CurrentB->Scanline = i;
CurrentB->p = NULL; //没有连接边链表
CurrentB->next = NULL;
}
}
}

//************************菜单函数****************************
/*void CTest2View::OnMenuAET()
{
AfxGetMainWnd()->SetWindowText("多边形有效边表填充算法");//显示标题
CColorDialog ccd(GetColor);
if(ccd.DoModal()==IDOK)//调用调色板选择前景色
{
GetColor=ccd.GetColor();
}
getchar();
RedrawWindow();//刷新屏幕
CreatBucket();//初始化桶
Et();//建立边表
PolygonFill();//多边形填充
}*/
4、//test2View.cpp
void CTest2View::OnDraw(CDC* pDC)
{
CTest2Doc* pDoc = GetDocument();
ASSERT_VALID(pDoc);
// TODO: add draw code for native data here

//--------------------------------------------------

pDC->Polygon(Point,7);//绘制多边形
//输出多边形顶点编号
pDC->TextOut(550,410,"P0");
pDC->TextOut(350,600,"P1");
pDC->TextOut(230,340,"P2");
pDC->TextOut(350,30,"P3");
pDC->TextOut(490,220,"P4");
pDC->TextOut(600,30,"P5");
pDC->TextOut(805,450,"P6");
getchar();
RedrawWindow();//刷新屏幕
CreatBucket();//初始化桶
Et();//建立边表
PolygonFill();//多边形填充
//OnMenuAET();

}

四、 试验结果