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计算机图形学课程设计实习报告

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2020年4月19日
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实验零  Visual C++ 绘图系统
地点： 土木楼B401机房 时间： 星期三下午 节次： 第三大节
一、 实验目的：
1. 了解Visual C++ 绘图的基本概念
2. 了解Visual C++ 绘图环境
3. 掌握用Visual C++ 设计绘图项目的基本步骤
4. 掌握用Visual C++ 绘图的基本命令
二、 实验内容：
实验内容1：创立绘图应用程序主框架
实验内容2：应用程序编译运行
实验内容3：设置菜单项并生成消息响应函数
实验内容4：SetPixel绘图
三、 实验步骤：
实验内容1：创立绘图应用程序主框架
步骤：
1．创立一个工作目录D:\MyProject
2．启动 Visual Studio
3．单击“文件”->“新建”->“项目”，项目类型对话框中选择“其它语言”->“VC++” ->“MFC”，模版选择“MFC应用程序”。在工作目录D:\MyProject 下创立一个新应用项目: Sample，如下图所示。

4．单击“确定”按钮。

5．单击“下一步”按钮。
6．在“应用程序类型中”，选择“单文档”类型。

7．单击“完成”，创立了一项空的工程-绘图应用程序主框架。
实验内容2：应用程序编译运行
运行版本有两类：Debug、Release, 生成Debug解决方案步骤如下:
1．生成解决方案
点击“生成-〉生成解决方案”, 生成了Debug版的可运行程序。

2．调试运行程序
点击菜单“调试——〉开始执行（不调试）”, 执行Debug版的可运行程序。

结果如下：

生成Release解决方案步骤如下:
1．生成解决方案
点击“生成-〉批生成”。

2．勾选“Release”，单击“生成”，生成能够独立于Visual C++ 外运行的.exe程序。

3．查看目录，sample.exe是Release版，单击即能够运行。

运行结果：

实验内容3：设置菜单项并生成消息响应函数
1．弹出菜单设计器
单击“解决方案管理器”窗口中的资源文件Sample.rc，弹出资源视图，

2．插入一项菜单
双击“资源视图”中的“Menu”展开文件夹，双击“IDR_MAINFRAME”，弹出菜单设计器。右健单击菜单设计器的“帮助”，选择“新插入”，插入一项菜单。

在新插入的菜单项的“Caption” 中输入“绘图”。

3．输入ID
输入“打开”菜单项，输入“直线”菜单项，在“直线”菜单项下输入“DDA”菜单，“DDA”菜单的ID为ID_LINE_DDA。
ID
Caption
功能
ID_LINE_DDA
DDA
用DDA发绘制直线

4．调出类视图窗口
单击菜单“视图-〉类视图”，

在“解决方案管理器”窗口中出现“类视图”窗口。

4．生成菜单消息响应函数
在类视图窗口，单击Csample0View类，单击事件按钮，

5．选择ID_LINE_DDA的COMMAND，添加OnLineDDA事件。

6．进入代码编辑器

在void Csample0View::OnLineDda()中的 // TODO: 在此添加命令处理程序代码处输入的自己代码：
AfxMessageBox("Hello World",MB_OK,NULL);
7．修改项目字符集属性
选择“项目”菜单->属性->，弹出“属性”对话框，选择“配置属性 ->常规->字符集”，改为“未设置”。

8．运行结果
重新生成解决方案，运行结果如下。

实验内容4：SetPixel绘图
在void Csample0View::OnLineDda()中的 // TODO: 在此添加命令处理程序代码处输入的代码：
// TODO: Add your command handler code here
CClientDC *pdc=new CClientDC(this);
CPen pen;
pen.CreatePen(PS_DOT,1,RGB(255,0,0));
CPen *oldpen=(CPen*)pdc->SelectObject(&pen);
int x,y;
y=100;
for(x=100;x<=300;x+=3){
y++;
pdc->SetPixelV(x,y,RGB(255,0,0));
}
pdc->DeleteDC();
}
运行结果如下。

四、 实验结果：
实验内容1：创立绘图应用程序主框架结果

实验内容2：应用程序编译运行结果

实验内容3：设置菜单项并生成消息响应函数

实验内容4：SetPixel绘图

五、 回答如下问题：
解释以下每条命令的含义
CClientDC *pdc=new CClientDC(this);//定义一个指针类型的CClientDC对象，客户区设备上下文用于客//户区的输出，与特定窗口关联
CPen pen;//定义一个画笔对象
pen.CreatePen(PS_DOT,1,RGB(255,0,0));//赋予pen对象以风格
CPen *oldpen=(CPen*)pdc->SelectObject(&pen);//
pdc->SetPixelV(x,y,RGB(255,0,0));//画出像素坐标为（x，y），风格为红色的一点
六、 其它的实验内容：
答：工具条按钮的添加

七、 实验中发现的问题及你解决的方法：

答：发现的问题：调试过程中出现如下错误

解决的方法：重新生成解决方案，如还出现则多生成几次。

实验一 直线的生成算法
地点： 土木楼B401机房 时间： 星期三下午 节次： 第三大节
一、 实验目的：
1．理解DDA算法
2．理解中点Bresenham算法
3．理解改进的Bresenham算法
4．了解DDA和Bresenham算法的区别，以及生成图形的差异原因
二、实验内容：
实验内容1：设计DDA算法程序
实验内容2：设计中点Bresenham算法程序
实验内容3：改进的Bresenham算法
三、 实验步骤：
实验内容1：设计DDA算法程序
添加函数：void DDALine(int Xa, int Ya, int Xb, int Yb)
//DDA算法
void CSampleView::DDALine(int Xa, int Ya, int Xb, int Yb)
{
CClientDC *pdc=new CClientDC(this);
CPen pen;
pen.CreatePen(PS_DOT,1,RGB(255,0,0));
CPen *oldpen=(CPen*)pdc->SelectObject(&pen);

float delta_x,delta_y;int x,y;
int dx,dy,steps,k;
dx=Xb-Xa;
dy=Yb-Ya;
if(abs(dx)>abs(dy))
steps=abs(dx);
else steps=abs(dy);
delta_x=(float)dx/(float)steps;
delta_y=(float)dy/(float)steps;
x=Xa;
y=Ya;
pdc->SetPixelV(x,y,RGB(255,0,0));
for(k=1;k<=steps;k++)
{
x+=(int)delta_x;
y+=(int)delta_y;
pdc->SetPixelV(x,y,RGB(255,0,0));
}
pdc->DeleteDC();
}
添加事件响应函数：
// 消息响应函数DDA算法程序的设计画直线
void CSampleView::OnDdaLine()
{
DDALine(100,100,300,300);
}
实验内容2：设计中点Bresenham算法程序
添加函数：void LineBresenhams(int Xa,int Ya,int Xb,int Yb)
//Bresenhams算法程序的设计画直线的实现
void CSampleView::LineBresenhams(int Xa,int Ya,int Xb,int Yb)
{ CClientDC *pdc=new CClientDC(this);
CPen pen;
pen.CreatePen(PS_DOT,1,RGB(255,0,0));
CPen *oldpen=(CPen*)pdc->SelectObject(&pen);
int dx=abs(Xa-Xb);
int dy=abs(Ya-Yb);
int p=2*dy-dx;
int twody=2*dy;
int twodydx = 2*(dy-dx);
int x,y,xend;
if(Xa>Xb)
{ x=Xb; y=Yb;
xend=Xa;
}
else
{
x=Xa;y=Ya;
xend=Xb;
}
pdc->SetPixelV(x,y,RGB(255,0,0));;
while(x<xend)
{ x++;
if(p<0)
p+=twody;
else
{
y++;
p+=twodydx; }
pdc->SetPixelV(x,y,RGB(255,0,0));;
}
}添加事件响应函数：
void CSampleView::OnBresenhamline()
{
// TODO: 在此添加命令处理程序代码
LineBresenhams(100,200,300,300);
}
实验内容3：改进的Bresenham算法
添加函数：void ImproveBresenhams(int Xa, int Ya, int Xb, int Yb)
//Bresenham算法改进算法的实现
void CSampleView::ImproveBresenhams(int Xa, int Ya, int Xb, int Yb)
{ CClientDC *pdc=new CClientDC(this);
CPen pen;
pen.CreatePen(PS_DOT,1,RGB(255,0,0));
CPen *oldpen=(CPen*)pdc->SelectObject(&pen);
int dx,dy,e,x,y;
dx=Xb-Xa;
dy=Yb-Ya;
e=-dx;
x=Xa;
y=Ya;
while(x<=Xb){
pdc->SetPixelV(x,y,RGB(255,0,0));;
x++;
e+=2*dy;
if(e>0){
y++;
e-=2*dx;
}
}
}
添加事件响应函数：
//菜单响应函数生成直线ImproveBresenhams算法
void CSampleView::OnImprove()
{
// TODO: 在此添加命令处理程序代码
ImproveBresenhams(200,100,300,300);
}
四、 实验结果：
实验内容1：设计DDA算法程序

实验内容2：设计中点Bresenham算法程序

实验内容3：改进的Bresenham算法

五、 回答如下问题：
DDA算法的缺点是什么？
答：DDA算法的缺点是：它的y和斜率k必须用浮点数表示，而且每一步都必须对y进行舍入取整，这不利于用硬件实现。
六、 其它的实验内容：
答：添加工具栏按钮DDA，Bresenham，Bresenham改进画直线
在SampleView.cpp中添加代码：
ON_COMMAND(ID_BUTTONDDALine,OnDda)
ON_COMMAND(ID_BUTTONBresenham,OnBresenham)
ON_COMMAND(ID_BUTTONImprovedBresenham,OnImprovedbresenham)
调试点击工具栏按钮查看效果。
七、 实验中发现的问题及你解决的方法：
发现的问题：在生成Release文件时出现错误，但调试时没有错误。

解决的方法：查了资料，现在还没有解决。

实验二：圆和椭圆的生成算法
地点： B401机房 时间： 星期四 节次： 第一大节
一、 实验目的：
1、了解Bresenham法生成圆和椭圆方法
2、掌握Bresenham生成圆和椭圆算法的基本思想、推导和算法
二、实验内容：
实验内容1：Bresenham法生成圆
实验内容2：Bresenham法生成椭圆
三、 实验步骤：
实验内容1：Bresenham法生成圆
步骤1：添加菜单“实验二”，子菜单如下：圆 ID_Circle

步骤2：在SampleView类中添加函数bool CircleLine(x1,y1,r)
实现代码：
bool CSampleView::CircleLine(int x1, int y1, int r)
{
CClientDC *pdc=new CClientDC(this);
CPen pen;
pen.CreatePen(PS_DOT,1,RGB(255,0,0));
CPen *oldpen=(CPen*)pdc->SelectObject(&pen);
int x,y,d;
x = 0; y = r; d = 3 - 2 * r;
while(x < y) {
pdc->SetPixelV(x+x1,y+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(y+x1,x+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(-y+x1,x+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(-x+x1,-y+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(-x+x1,y+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(-y+x1,-x+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(y+x1,-x+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(x+x1,-y+y1,RGB(255,0,0));
if(d < 0) d += 4 * x + 6;
else {
d += 4 * (x - y) + 10;
y --;
}
x ++;
}
if(x == y) {
pdc->SetPixelV(x+x1,y+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(y+x1,x+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(-y+x1,x+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(-x+x1,-y+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(-x+x1,y+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(-y+x1,-x+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(y+x1,-x+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(x+x1,-y+y1,RGB(255,0,0));
}
return true;
}
步骤3;添加画圆菜单响应函数：
void CSampleView::OnCircle()
{
// TODO: 在此添加命令处理程序代码
CircleLine(200,200,100);
}
步骤四：调试运行。

实验内容2：Bresenham法生成椭圆
步骤1：添加菜单“实验二”，子菜单如下：椭圆：ID_Ellipse

步骤2：在SampleView类中添加函数void Ellipse(int x1,int y1,int a, int b)
实现代码：
// 画椭圆的函数
void CSampleView::Ellipse(int x1,int y1,int a, int b)
{
CClientDC *pdc=new CClientDC(this);
CPen pen;
pen.CreatePen(PS_DOT,1,RGB(255,0,0));
CPen *oldpen=(CPen*)pdc->SelectObject(&pen);
float d1,d2;
int x,y;
x=0;
y=b;
d1=b*b+a*a*(-b+0.25);
pdc->SetPixelV(x+x1 ,y+y1 ,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(-x+x1 ,-y+y1 ,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(x+x1 ,-y+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(-x+x1 ,y+y1,RGB(255,0,0));
while(b*b*(x+1)<a*a*(y-0.5))
{
if(d1<=0)
{
d1+=b*b*(2*x+3);
x++;
}
else
{
d1+=b*b*(2*x+3)+a*a*(-2*y+2);
x++;
y--;
pdc->SetPixelV(x+x1 ,y+y1 ,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(-x+x1 ,-y+y1 ,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(x+x1 ,-y+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(-x+x1 ,y+y1,RGB(255,0,0));
}
}
d2=b*b*(x+0.5)*(x+0.5)+a*a*(y-1)*(y-1)-a*a*b*b;
while(y>0)
{
if(d2<=0)
{
d2+=b*b*(2*x+2)+a*a*(-2*y+3);
x++;
y--;
}
else
{
d2+a*a*(-2*y+3);
y--;
}
pdc->SetPixelV(x+x1 ,y+y1 ,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(-x+x1 ,-y+y1 ,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(x+x1 ,-y+y1,RGB(255,0,0));
pdc->SetPixelV(-x+x1 ,y+y1,RGB(255,0,0));
}
}
步骤3;添加画圆菜单响应函数：
void CSampleView::OnEllipse()
{
// TODO: 在此添加命令处理程序代码
Ellipse(100,100,20,10);
}
步骤四：调试运行。

四、 实验结果：
1.程序:程序在实验步骤中已有
2.图形:

五、 回答如下问题：
1、屏幕上显示圆的几部分？为什么？
答：8部分，因为我们采用的画圆方法是八分法画圆，在屏幕上画出的是圆的8部分。
2、屏幕上显示椭圆的几部分？为什么？
答：8部分，因为我们在画圆的时候在第一象限内画出的有两部分：上半部分和下半部分；因此在四个象限内画出的是8部分。
六、 其它的实验内容：
答：用动态画圆和椭圆的的方法来画圆：
七、 实验中发现的问题及你解决的方法：
答：发现的问题：在调用函数的时候用传参的方法传递CClientDC *pdc不能运行；
解决方法：舍弃传参，每次画图形时重新声明CClientDC指针对象。

实验三：二维图形的基本几何变换

地点： B401机房 时间： 星期四 节次： 第四大节
一、 实验目的：
1、掌握二维图形基本的几何变换原理及变换矩阵
2、掌握矩阵运算的程序设计
二、实验内容：
1、平移
2、旋转
三、实验步骤：
1、平移
步骤1：初始化函数，画出图形平移前的状态。实现在
void CSampleView::OnDraw(CDC* pDC)
{ CSampleDoc* pDoc = GetDocument();
ASSERT_VALID(pDoc);
//初始化画出图形平移旋转前的状态
static double x1[]={0.0,10.0,100.0,110.0,0.0};
static double y1[]={0.0,50.0,50.0,0.0,0.0};
static double x2[5];
static double y2[5];
int i;
double r;
pDC->MoveTo(scx(0),scy(-ymax/2));
pDC->LineTo(scx(0),scy(ymax/2));
pDC->MoveTo(scx(-xmax/2),scy(0.0));
pDC->LineTo(scx(xmax/2),scy(0.0));
for(int x=0;x<=1;x=x+20)
{
parallel(x,x/2);
for (i=0;i<=4;i++){
x2[i]=affinex(x1[i],y1[i],1.0);
y2[i]=affiney(x1[i],y1[i],1.0);
}
for (i=0;i<=3;i++){
pDC->MoveTo(scx(x2[i]),scy(y2[i]));
pDC->LineTo(scx(x2[i+1]),scy(y2[i+1]));
}
}
}

步骤2：
⑴旋转函数的添加，在CSampleView类里添加旋转函数void Rotate();// 旋转
⑵再依次添加辅助函数及变量
public:
int scx(double xj);
int scy(double yj);
public:
double affinex(double x,double y,double d);
double affiney(double x,double y,double d);
public:
void parallel(double dx,double dy);
public:
double f[3][3];
//成员变量
double xmax;
double ymax;
void rotate(double theta);
⑶在SampleView.cpp中依次实现她们，函数如下：
//平移函数
void CSampleView::Pan()
{
// TODO: Add your command handler code here
static double x1[]={0.0,10.0,100.0,110.0,0.0};
static double y1[]={0.0,50.0,50.0,-10.0,0.0};
static double x2[5];
static double y2[5];
int i;
double x;
CClientDC *pdc=new CClientDC(this);
CPen pen;
pen.CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(0,0xff,0x1f));
CPen *oldpen=(CPen*)pdc->SelectObject(&pen);
pdc->MoveTo(scx(0),scy(-ymax/2));
pdc->LineTo(scx(0),scy(ymax/2));
pdc->MoveTo(scx(-xmax/2),scy(0.0));
pdc->LineTo(scx(xmax/2),scy(0.0));
for(x=-300;x<=200;x=x+20){
parallel(x,x/2);
for (i=0;i<=4;i++){
x2[i]=affinex(x1[i],y1[i],1.0);
y2[i]=affiney(x1[i],y1[i],1.0);
}
for (i=0;i<=3;i++){
pdc->MoveTo(scx(x2[i]),scy(y2[i]));
pdc->LineTo(scx(x2[i+1]),scy(y2[i+1]));
}
}
pdc->DeleteDC();
}
int CSampleView::scx(double xj)
{
int x;
x=(int)(xj+xmax/2);
return(x);
}
int CSampleView:: scy(double yj)
{
int y;
y=(int)ymax-(int)(yj+(ymax/2));
return(y);
}
void CSampleView:: parallel(double dx,double dy)
{
f[0][0]=1.0;f[0][1]=0.0;f[0][2]=0.0;
f[1][0]=0.0;f[1][1]=1.0;f[1][2]=0.0;
f[2][0]=dx;f[2][1]=dy;f[2][2]=1.0;
}
double CSampleView::affinex(double x,double y,double d)
{
double xx;
xx=x*f[0][0]+y*f[1][0]+d*f[2][0];
return(xx);
}
double CSampleView::affiney(double x,double y,double d)
{
double yy;
yy=x*f[0][1]+y*f[1][1]+d*f[2][1];
return(yy);
}
⑷添加事件响应函数调用平移函数
void CSampleView::OnPan()
{
// TODO: 在此添加命令处理程序代码
Pan();
}
平移完成。
2、旋转
步骤一：在平移完成的基础上添加旋转函数void Rotate()和辅助函数void rotate();
实现函数如下：
void CSampleView::rotate(double theta)
{
double th;
th=theta/180*3.1415927;
f[0][0]=cos(th);f[0][1]=sin(th);f[0][2]=0.0;
f[1][0]=-sin(th);f[1][1]=cos(th);f[1][2]=0.0;
f[2][0]=0.0;f[2][1]=0.0;f[2][2]=1.0;
}
实现代码如下：
//旋转函数
void CSampleView::Rotate()
{
static double x1[]={0.0,10.0,100.0,110.0,0.0};
static double y1[]={0.0,50.0,50.0,0.0,0.0};
static double x2[5];
static double y2[5];
int i;
double r;
CClientDC *pdc=new CClientDC(this);
CPen pen;
pen.CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(0,0xff,0x1f));
CPen *oldpen=(CPen*)pdc->SelectObject(&pen);
pdc->MoveTo(scx(0),scy(-ymax/2));
pdc->LineTo(scx(0),scy(ymax/2));
pdc->MoveTo(scx(-xmax/2),scy(0.0));
pdc->LineTo(scx(xmax/2),scy(0.0));
for(r=0;r<360;r=r+10){
rotate(r);
for (i=0;i<=4;i++){
x2[i]=affinex(x1[i],y1[i],1.0);
y2[i]=affiney(x1[i],y1[i],1.0);
}
for (i=0;i<=3;i++){
pdc->MoveTo(scx(x2[i]),scy(y2[i]));
pdc->LineTo(scx(x2[i+1]),scy(y2[i+1]));
}
}
pdc->DeleteDC();
}
添加事件响应函数调用旋转函数：
void CSampleView::Onrotate()
{
// TODO: 在此添加命令处理程序代码
Rotate();
}
旋转完成。
四、实验结果：
1.程序
实验步骤中已包含完整的程序代码。
2.图形
程序打开时如图：

平移N次后：

旋转n次后：

五、 其它的实验内容：
其它内容：用工具栏按钮实现平移和旋转。
六、 实验中发现的问题及你解决的方法：
发现的问题：老师给的参考程序上有些函数没有定义，需自己编。
解决方法：自己在网上找图形学的资料，找到该函数后在程序中自己定义。