圖形學實驗報告

1、計 算 機 圖 形學實 驗 指 導 書學號：姓名：謝卉 實驗一：圖形的幾何變換實驗學時：4學時實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗目的二維圖形的平移、縮放、旋轉(zhuǎn)和投影變換（投影變換可在實驗三中實現(xiàn)）等是最基本的圖形變換，被廣泛用于計算機圖形學的各種應用程序中，本實驗通過算法分析以及程序設計實驗二維的圖形變換，以了解變換實現(xiàn)的方法。如可能也可進行裁剪設計。二、實驗內(nèi)容掌握平移、縮放、旋轉(zhuǎn)變換的基本原理，理解線段裁剪的算法原理，并通過程序設計實現(xiàn)上述變換。建議采用VC+實現(xiàn)OpenGL程序設計。三、實驗原理、方法和手段1 圖形的平移在屏幕上顯示一個人或其它物體（如圖1所示），用交互操作方式使其在屏

2、幕上沿水平和垂直方向移動Tx和Ty，則有 x=x+Tx y=y+Ty其中：x與y為變換前圖形中某一點的坐標，x和y為變換后圖形中該點的坐標。其交互方式可先定義鍵值，然后操作功能鍵使其移動。2 圖形的縮放在屏幕上顯示一個帆船（使它生成在右下方），使其相對于屏幕坐標原點縮小s倍（即x方向和y方向均縮小s倍）。則有： x=x*s y=y*s注意：有時圖形縮放并不一定相對于原點，而是事先確定一個參考位置。一般情況下，參考點在圖形的左下角或中心。設參考點坐標為xf、yf則有變換公式 x=x*Sx+xf*(1-Sx)=xf+(x-xf)*Sx y=y*Sy+yf*(1-Sy)=yf+(y-yf)*Sy式中

3、的x與y為變換前圖形中某一點的坐標，x和y為變換后圖形中該點的坐標。當Sx1和Sy1時為放大倍數(shù)，Sx1和Sy1時為縮小倍數(shù)（但Sx和Sy必須大于零）。3 圖形的旋轉(zhuǎn)在屏幕上顯示一個汽車，根據(jù)自己確定的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)中心對圖形進行旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)公式為 x=xf+(x-xf)*cos(angle)-(y-yf)*sin(angle) y=yf+(y-yf)*cos(angle)+(x-xf)*sin(angle)其中：xf,yf為圍繞旋轉(zhuǎn)的中心點的坐標。x,y為旋轉(zhuǎn)前圖形中某點的坐標，x和y為旋轉(zhuǎn)后圖形中該點的坐標。4 裁剪對一個三角形進行裁剪，裁剪后的圖形應是一個封閉的圖形?？刹捎镁€段裁剪法，其方

4、法可用書上的線段相交求點的公式，確定可見線段予以保存，不在窗口的線段則應舍棄。 圖1四、實驗組織運行要求本實驗采用集中授課形式，每個同學獨立完成上述實驗要求。五、實驗條件每人一臺計算機獨立完成實驗。六、實驗步驟（1） 將圖形顯示在初始位置。（2） 對圖形各點按變換表達式作坐標變換，計算出各點變換后的相應點的坐標。（3） 將原來的圖形抹去。（4） 在新的位置顯示圖形。七、程序代碼平移縮放/ test1.cpp : 定義控制臺應用程序的入口點。/#include stdafx.h#include gl/glut.h#include math.h#include float width,highth

5、,angle;void init (void)/畫正方形glClearColor (1.0,1.0, 1.0, 0.0);/背景顏色glMatrixMode (GL_PROJECTION);/ 投影gluOrtho2D (0.0, 600.0, 0.0, 600.0);/參數(shù)分別代表（左下角x坐標，右上角x坐標，左下角y坐標，右上角y坐標）void display (void)glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT);glColor3f (0.0, 1.0, 1.0);/矩形顏色glBegin(GL_POLYGON);glTranslatef(0,0,0);glRotatef

6、(angle,0,0,1); glVertex2f(100.0f+width,100.0f+highth);/用來畫點glVertex2f(100.0f+width,300.0f+highth);glVertex2f(300.0f+width,300.0f+highth);glVertex2f(300.0f+width,100.0f+highth);glEnd();glFlush ( );void mySpecialKeyboard(int key, int x, int y)if(key=GLUT_KEY_RIGHT)width+=5;if(key=GLUT_KEY_LEFT)width-=

7、5;if(key=GLUT_KEY_UP)highth+=5;if(key=GLUT_KEY_DOWN)highth-=5;glutPostRedisplay();void myKeyboard(unsigned char key, int x, int y)if(key = c | key = C)exit(0);glutPostRedisplay();void mymouse(int button,int state,int x,int y)/鼠標控制縮放 if(state=GLUT_DOWN) if(button=GLUT_LEFT_BUTTON) glScalef(0.5,0.5,0.

8、0);display(); else if(button=GLUT_RIGHT_BUTTON) glScalef(1.5,1.5,0.0);display(); glutPostRedisplay();/重新調(diào)用繪制函數(shù) return; void main (int argc, char* argv)glutInit (&argc, argv);glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);glutInitWindowPosition (50, 50);glutInitWindowSize (600, 600);glutCreateWindow (方

9、向鍵控制平移，鼠標控制縮放);init ( );glutDisplayFunc (display);glutSpecialFunc( mySpecialKeyboard);glutMouseFunc(&mymouse);glutKeyboardFunc( myKeyboard);glutMainLoop ( );旋轉(zhuǎn)#includestdafx.h#include #include #includestdlib.h#define DEG_TO_RAD 0. /角度轉(zhuǎn)為弧度的參數(shù)，即 2*PI/360 float theta=30.0; /直線與X軸正方向的夾角 float length=200

10、.0; /直線的長度 float x=300.0, y=200.0; /直線的第一個端點 void init (void) glClearColor (1.0, 1.0, 1.0, 0.0); glMatrixMode (GL_PROJECTION); gluOrtho2D (0.0, 640.0, 0.0, 480.0); void display (void) glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT); glColor3f (0.0, 1.0, 1.0); glBegin (GL_POLYGON); glVertex2f (x, y); glVertex2f ( x +

11、length*cos(DEG_TO_RAD*theta), y + length*sin(DEG_TO_RAD*theta) ); glVertex2f ( x + length*cos(DEG_TO_RAD* (theta+30) ), y + length*sin(DEG_TO_RAD* (theta+30) ); glEnd ( ); glutSwapBuffers ( ); /交換前后臺緩存 /*void idleFunc() theta += 0.1; if (theta360) theta -=360; glutPostRedisplay(); /重新調(diào)用繪制函數(shù) */void m

12、yKeyboard(unsigned char key, int x, int y) if(key = a | key = A) theta += 5.0; if(key = s | key = S) theta -= 5.0; if(key = c | key = C) exit(0); if (theta360) theta -=360; if (theta0) theta +=360; glutPostRedisplay(); /重新調(diào)用繪制函數(shù) void main (int argc, char* argv) glutInit (&argc, argv); glutInitDispla

13、yMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB); glutInitWindowPosition (100, 100); glutInitWindowSize (640, 480); glutCreateWindow (A鍵左轉(zhuǎn)，S鍵右轉(zhuǎn)); init ( ); glutDisplayFunc (display); glutKeyboardFunc( myKeyboard); / glutIdleFunc(idleFunc); /指定空閑回調(diào)函數(shù) glutMainLoop ( ); 八、實驗結(jié)果實驗二：圖形的區(qū)域填充實驗學時：4學時實驗類型：驗證實驗要求：必修一、實驗目的區(qū)域填充是

14、指先將區(qū)域內(nèi)的一點（常稱為種子點）賦予給定顏色，然后將這種顏色擴展到整個區(qū)域內(nèi)的過程。區(qū)域填充技術廣泛應用于交互式圖形、動畫和美術畫的計算機輔助制作中。本實驗采用遞歸填充算法或掃描線算法實現(xiàn)對光柵圖形的區(qū)域填充。通過本實驗，可以掌握光柵圖形編程的基本原理和方法。二、實驗內(nèi)容掌握光柵圖形的表示方法，實現(xiàn)種子算法或掃描線算法。通過程序設計實現(xiàn)上述算法。建議采用VC+實現(xiàn)OpenGL程序設計。三、實驗原理、方法和手段1 遞歸算法在要填充的區(qū)域內(nèi)取一點（X，Y）的當前顏色記為oldcolor，用要填充的顏色newcolor去取代，遞歸函數(shù)如下：procedure flood-fill(X,Y,oldc

15、olor,newcolor:integer);begin if getpixel(framebuffer,x,y)=oldcolor then begin setpixel(framebuffer,x,y,newcolor); flood-fill(X,Y+1,oldcolor,newcolor); flood-fill(X,Y-1,oldcolor,newcolor); flood-fill(X-1,Y,oldcolor,newcolor); flood-fill(X+1,Y,oldcolor,newcolor); endend2 掃描線算法掃描線算法的效率明顯高于遞歸算法，其算法的基本思想

16、如下：（1）（初始化）將算法設置的堆棧置為空，將給定的種子點（x,y）壓入堆棧。（2）（出棧）如果堆棧為空，算法結(jié)束；否則取棧頂元素(x,y)作為種子點。（3）（區(qū)段填充）從種子點（x,y）開始沿縱坐標為y的當前掃描線向左右兩個方向逐個象素進行填色，其值置為newcolor,直到抵達邊界為止。（4）（定范圍）以xleft和xright分別表示在步驟3中填充的區(qū)段兩端點的橫坐標。（5）（進棧）分別在與當前掃描線相鄰的上下兩條掃描線上，確定位于區(qū)間xleft，xright內(nèi)的給定區(qū)域的區(qū)段。如果這些區(qū)段內(nèi)的象素的顏色值為newcolor或者boundarycolor(邊界上象素的顏色值)，則轉(zhuǎn)到步

17、驟2，否則取區(qū)段的右端點為種子壓入堆棧，再轉(zhuǎn)到步驟2繼續(xù)執(zhí)行。四、實驗組織運行要求本實驗采用集中授課形式，每個同學獨立完成上述實驗要求。五、實驗條件每人一臺計算機獨立完成實驗。六、實驗步驟（1） 將圖形顯示在初始位置。（2） 給定種子點的坐標。（3） 顯示從種子點開始的擴散過程。（4） 顯示填充后的圖形。七、程序代碼 種子掃描線算法using System;using System.Collections.Generic;using System.ComponentModel;using System.Data;using System.Drawing;using System.Linq;us

18、ing System.Text;using System.Windows.Forms;using System.Runtime.InteropServices;/using System.Threading;namespace ClipLine public partial class FrmMain : Form DllImport(gdi32.dll) private static extern int SetPixel(IntPtr hdc, int x1, int y1, int color); DllImport(gdi32.dll) private static extern ui

19、nt GetPixel(IntPtr hdc, int XPos, int YPos); DllImport(gdi32.dll) private static extern uint GetPixel(IntPtr hdc, Point p); DllImport(user32.dll) public static extern Int32 ReleaseDC(IntPtr hwnd, IntPtr hdc); public FrmMain() InitializeComponent(); List mcp = new List(); List mwp = new List(); Graph

20、ics g; /畫布 Point lastp; Point mSeed; int Flag; /選擇繪制圖形類型（窗口或線段） /初始化 private void FrmMain_Load(object sender, EventArgs e) g =Graphics.FromHwnd(picShow.Handle); picShow.Cursor = System.Windows.Forms.Cursors.Cross; Flag = 1; btnFillColor.BackColor = Color.Green; private void picShow_MouseDown(object

21、sender, MouseEventArgs e) lastp.X = e.X; lastp.Y = e.Y; if (Flag = 1) mwp.Add(lastp); if (mwp.Count 1) g.DrawLine(Pens.Black, mwpmwp.Count - 2, mwpmwp.Count - 1); else if (Flag = 2) mcp.Add(lastp); if (mcp.Count 1) g.DrawLine(Pens.Blue, mcpmcp.Count - 2, mcpmcp.Count - 1); else mSeed = new Point(e.X

22、, e.Y); MessageBox.Show(已選擇種子，可以開始掃描線種子填充了！,提示); /繪制裁剪窗口 private void btnDrawWindow_Click(object sender, EventArgs e) Flag = 1; mwp.Clear(); /g.Clear(Color.White); g.DrawRectangle(Pens.Black, 10, 10, picShow.Width - 25, picShow.Height - 25); /執(zhí)行裁剪操作 private void btnClip_Click(object sender, EventArg

23、s e) /ClipPolygon(mcp, mwp); if(mwp.Count2) FillPolygon(btnFillColor.BackColor); /求直線方程（斜率和截距） private void SolveLine(Point p1,Point p2,ref float k,ref float b) if (p1.X != p2.X) k =(float) (p1.Y - p2.Y) / (p1.X - p2.X); b = p1.Y - k * p1.X; /裁剪多邊形 private void ClipPolygon(List cp,List wp) List tp=n

24、ew List(); float k1=0, b1=0, k2=0, b2=0; Point s, p,t,p1,p2; Point cwp = new Point(); bool IsTrue; for (int i = 0; i = k1 * t.X + b1) IsTrue = true; else IsTrue = false; /用此邊裁剪多邊形 for (int j = 0; j cp.Count; j+) s = cpj; if (j = cp.Count - 1) p = cp0; else p = cpj + 1; /先判斷線段是否穿過窗口 if (k1 * s.X + b1

25、 - s.Y) * (k1 * p.X + b1 - p.Y) = k1 * p.X + b1) = IsTrue) tp.Add(p); #endregion else #region if (t.X =p1.X) IsTrue = true; else IsTrue = false; /用此邊裁剪多邊形 for (int j = 0; j cp.Count; j+) s = cpj; if (j = cp.Count - 1) p = cp0; else p = cpj + 1; /先判斷線段是否穿過窗口 if (s.X - p1.X) * (p.X - p1.X) = p1.X) = I

26、sTrue) tp.Add(p); #endregion / cp.Clear(); cp.AddRange(tp); tp.Clear(); Point ps = new Pointcp.Count; /繪制圖形 for (int i = 0; i 0) g.FillPolygon(Brushes.Red, ps); /繪制多邊形 private void btnDrawPolygon_Click(object sender, EventArgs e) Flag = 2; mcp.Clear(); private void picShow_MouseDoubleClick(object se

27、nder, MouseEventArgs e) if (Flag = 1) g.DrawLine(Pens.Black, mwpmwp.Count - 1, mwp0); mwp.RemoveAt(mwp.Count - 1); /FillPolygon(); else if(Flag=2) g.DrawLine(Pens.Blue, mcpmcp.Count - 1, mcp0); mcp.RemoveAt(mcp.Count - 1); private void btnClear_Click(object sender, EventArgs e) mwp.Clear(); g.Clear(

28、Color.White); private void btnRectant_Click(object sender, EventArgs e) mwp.Clear(); /g.Clear(Color.White); Point wps = new Point4; wps0.X = 150; wps0.Y = 100; wps1.X = 400; wps1.Y = 100; wps2.X = 400; wps2.Y = 300; wps3.X = 150; wps3.Y = 300; mwp.AddRange(wps); g.DrawPolygon(Pens.Black, wps); g.Dra

29、wRectangle(Pens.Black,10, 10, picShow.Width-25 , picShow.Height-25 ); /求多邊形的包絡線 private void PloygonEnvelope(ref Point minP,ref Point maxP) minP.X = mwp0.X; minP.Y = mwp0.Y; maxP.X = mwp0.X; maxP.Y = mwp0.Y; for (int i =1; i mwp.Count; i+) if (mwpi.X minP.X) minP.X = mwpi.X; if (mwpi.Y maxP.X) maxP.X = mwpi.X; if (mwpi.Y maxP.Y) maxP.Y = mwpi.Y; /g.DrawRectangle(Pens.Blue,minP.X, minP.Y, maxP.X - m