山東科技大學(xué)計算機圖形學(xué)實驗指導(dǎo)書

1、計算機圖形學(xué)實驗指導(dǎo)書張曉慶信息科學(xué)與工程學(xué)院2010年5月目錄實驗一 環(huán)境設(shè)置（2學(xué)時）實驗二 直線和圓的生成算法（2學(xué)時）實驗三 填充和裁剪算法（4學(xué)時）實驗四（選擇1） 二維圖形的幾何變換（2學(xué)時）實驗四（選擇2） 真實感圖形的繪制（2學(xué)時）實驗一 環(huán)境設(shè)置（2學(xué)時）一、實驗?zāi)康?掌握圖形驅(qū)動程序及圖形模式的基本概念，掌握圖形初始化方法；2掌握Turbo C 進(jìn)行圖形程序設(shè)計的基本方法；3了解Turbo C 的圖形功能，了解常見的圖形庫函數(shù)；4初步了解OpenGL程序設(shè)計結(jié)構(gòu)；了解OpenGL的基本數(shù)據(jù)類型、核心函數(shù)及輔助函數(shù)的使用。二、實驗要求1 圖形系統(tǒng)初始化；2 綜合應(yīng)用Turbo

2、 C 中圖形庫函數(shù)，進(jìn)行圖形設(shè)計與繪制；3 熟悉Turbo C 和OpenGL開發(fā)環(huán)境，要求會對程序進(jìn)行編輯，編譯，調(diào)試（包括分步，斷點設(shè)置等調(diào)試手段）。三、實驗內(nèi)容1 圖形系統(tǒng)初始化#include <graphics.h>include <stalib.h>include <stdio.h>include <conio.h>int main(void)int gdriver=DETECT,gmode=0;initgraph(&gdiver,&gmode,”C:BC31BGI”);/進(jìn)行圖形初始化，/圖形卡的采用自動檢/測模式，

3、同時/假設(shè)BC系統(tǒng)安裝在C盤的BC31子目/錄下。setcolor(4); /設(shè)定當(dāng)前前景色為紅色circle(300,300,100); /以點（300，300）為圓心，100為半徑畫/圓周。setcolor(2); /設(shè)定當(dāng)前前景色為綠色line(100,100,100,600); /在點(100,100)和點（100,600）之間畫一條/直線段，并和以下三句結(jié)合，畫出長為/500寬為400的矩形。line(100,500,500,500);line(500,500,500,100);line(500,100,100,100);getch(); /從鍵盤上獲取一個字符，在此表示暫停，供/操

4、作者觀察圖形。closegrap(); /關(guān)閉圖形模式。2綜合應(yīng)用Turbo C 中圖形庫函數(shù)，進(jìn)行圖形設(shè)計與繪制 Turbo C的庫函數(shù)見附錄A3.這次試驗的目的主要是使大家初步熟悉OpenGL這一圖形系統(tǒng)的用法，編程平臺是Visual C+，它對OpenGL提供了完備的支持。OpenGL提供了一系列的輔助函數(shù)，用于簡化Windows操作系統(tǒng)的窗口操作，使我們能把注意力集中到圖形編程上，這次試驗的程序就采用這些輔助函數(shù)。(1)、在VC中新建項目 · 新建一個項目。 選擇菜單File中的New選項，彈出一個分頁的對話框，選中頁Projects中的Win32 Console Appli

5、cation項，然后填入你自己的Project name，如Test，回車即可。VC為你創(chuàng)建一個工作區(qū)（WorkSpace），你的項目Test就放在這個工作區(qū)里。· 為項目添加文件 為了使用OpenGL，我們需要在項目中加入三個相關(guān)的Lib文件：glu32.lib、glaux.lib、opengl32.lib，這三個文件位于c:program filesMicrosoft Visual Studiovc98lib目錄中。選中菜單Project->Add To Project->Files項（或用鼠標(biāo)右鍵），把這三個文件加入項目，在FileView中會有顯示。這三個文件請務(wù)

6、必加入，否則編譯時會出錯?；蛘邔⑦@三個文件名添加到Project->Setting->Link->Object/library Modules 即可。點擊工具條中New Text File按鈕，新建一個文本文件，存盤為Test.c作為你的源程序文件，再把它加入到項目中，然后就可以開始編程了。#include <windows.h>#include <GL/gl.h>#include <GL/glu.h>#include <GL/glaux.h>/初始化OpenGL場景void myinit (void) glClearColor

7、 (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);/將背景置成黑色 glShadeModel (GL_FLAT);/設(shè)置明暗處理/用戶的繪圖過程void CALLBACK display(void) glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);/清除緩存 glBegin(GL_LINES);/開始畫一根白線 glColor3f (1.0f, 1.0f, 1.0f);/設(shè)置顏色為白色 /設(shè)置第一根線的兩個端點，請注意：OpenGL坐標(biāo)系的原點是在屏幕左下角 glVertex2f(10.0f, 50.0f); glVertex2f(110.0f

8、, 50.0f); glColor3f (1.0f, 0.0f, 0.0f);/設(shè)置顏色為紅色 /設(shè)置第二根線的兩個端點 glVertex2f(110.0f, 50.0f); glVertex2f(110.0f, 150.0f); glEnd();/畫線結(jié)束 glFlush ();/繪圖結(jié)束/主過程：/初始化Windows的窗口界面/并初始化OpenGL場景，繪圖int main(int argc, char* argv) auxInitDisplayMode (AUX_RGB);/初始化顯示模式，采用RGB彩色系統(tǒng)。 auxInitPosition (0, 0, 400, 150);/初始化

9、窗口位置、大小 auxInitWindow ("Display Lists");/初始化窗口，設(shè)置標(biāo)題 myinit (); auxMainLoop(display);/循環(huán)運行display過程，display由用戶編寫 return(0);（2）、程序說明 每個函數(shù)的具體含義在程序注釋中已作了敘述，不再多說。OpenGL的函數(shù)在格式上很有特點，它以gl為前綴，并且函數(shù)名的最后一個字母指出所用的數(shù)據(jù)類型，如：glColor3f()，字母f指明要使用浮點數(shù)。字母前的數(shù)字指明參數(shù)個數(shù)或指明二維還是三維，如：glVertex2f()是要設(shè)置二維的點。OpenGL采用的是狀態(tài)機的

10、方式，用戶設(shè)定一種狀態(tài)，程序照此運行。如：glBegin(GL_LINES)設(shè)定畫線狀態(tài)（GL_LINES是OpenGL已定義好的常量），glColor3f()設(shè)定繪圖所用顏色。main()函數(shù)中的幾個aux前綴函數(shù)是OpenGL提供的輔助庫，用以初始化窗口，大家不必深究，我們關(guān)注的是display()函數(shù)，它是我們真正繪圖的地方。函數(shù)glColor3f()以RGB方式設(shè)置顏色，格式為：glColor3f(red， green， blue)，每種顏色值在（0.0, 1.0)之間。為了能顯示更多的顏色，最好把系統(tǒng)設(shè)置成16位真彩色模式。函數(shù)glVertex2f(x, y)設(shè)置二維頂點。函數(shù)glB

11、egin(UINT State)、glEnd()是最基本的作圖函數(shù)，下面對它作一介紹。如上所述，OpenGL是一個狀態(tài)機，glBegin(UINT State)可以設(shè)定如下狀態(tài)：GL_POINTS畫點GL_LINES畫線，每兩個頂點(Vertex)為一組GL_LINE_STRIP畫線，把若干個頂點順次連成折線GL_LINE_LOOP畫線，把若干個頂點順次連成封閉折線GL_TRIANGLES畫三角形，每三個頂點為一組GL_QUADS畫四邊形，每四個頂點為一組GL_POLYGON畫多邊形還有GL_TRIANGLE_STRIP, GL_TRIANGLE_FAN, GL_QUADS_STRIP 等等。

12、大家可以把每一種狀態(tài)都試一試。程序可以有多組glBegin()、glEnd()并列的形式，如：. .glBeing(GL_LINES);.glEnd();glBeing(GL_QUADS);. .glEnd();. .除了上述的基本圖元外，函數(shù)glRectf(x1, y1, x2, y2)可以畫一個矩形，但這個函數(shù)不能放在glBegin()和glEnd()之間，下面的兩句程序是畫一個藍(lán)色的矩形。glColor3f (0.0f, 0.0f, 1.0f);glRectf(10.0f, 10.0f, 50.0f,50.0f);實驗二 直線和圓的生成算法（2學(xué)時）一、實驗?zāi)康?. 通過實現(xiàn)三種直線和圓

13、生成算法對算法原理加深理解。2. 熟悉Turbo C開發(fā)環(huán)境，要求會對程序進(jìn)行編輯，編譯，調(diào)試（包括分步，斷點設(shè)置等調(diào)試手段）。二、實驗要求在Turbo C環(huán)境下實現(xiàn)三種直線生成算法。三、實驗內(nèi)容1）對逐點比較法、DDA算法、Bresenham算法進(jìn)行理解。2）畫出程序流程圖；3）編寫程序的源程序；4）編輯源程序并進(jìn)行調(diào)試；5）進(jìn)行特殊模式的運行測試，并結(jié)合情況進(jìn)行調(diào)整；6）打印源程序或把源程序以文件的形式提交。四、實驗報告1）按實驗報告冊格式書寫實驗報告；2）提交源程序文件或打印件。五、建立工程步驟1.在visual c+.net中使用opnengl,建立項目的步驟：2、在visual c+

14、中的建立控制臺項目的步驟：實驗三 填充和裁剪算法（4學(xué)時）一、實驗?zāi)康?. 加深對填充算法的理解。2. 綜合運用以前學(xué)過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法設(shè)計知識。2. 熟悉Turbo C開發(fā)環(huán)境，要求會對程序進(jìn)行編輯，編譯，調(diào)試（包括分步，斷點設(shè)置等調(diào)試手段）。二、實驗要求在Turbo C環(huán)境下實現(xiàn)掃描線種子填充算法和Y-X算法。三、實驗內(nèi)容1）對掃描線種子填充算法和Y-X算法、編碼裁剪算法、中點分割裁剪算法進(jìn)行復(fù)習(xí)理解進(jìn)行復(fù)習(xí)理解。2）畫出程序流程圖；3）編寫程序的源程序；4）編輯源程序并進(jìn)行調(diào)試；5）打印源程序或把源程序以文件的形式提交。四、實驗報告1）按實驗報告冊格式書寫實驗報告；2）提交源程序文件或打印

15、件。五、建立win32應(yīng)用程序工程。1、visual c+6.0下的界面接下來，請按實驗二中的方法給上面建立的空項目添加文件“recursion.cpp”，由于同學(xué)們初次接觸WIN32編程，所以對于下文中很多代碼可暫時不要求理解，重點了解紅色代碼。遞歸算法源碼如下：/ INCLUDES /#define WIN32_LEAN_AND_MEAN / just say no to MFC#include <windows.h> / include all the windows headers#include <windowsx.h> / include useful ma

16、cros/ DEFINES / defines for windows #define WINDOW_CLASS_NAME "WINCLASS1"#define WINDOW_WIDTH 400#define WINDOW_HEIGHT 300/ GLOBALS /HWND main_window_handle = NULL; / globally track main windowHINSTANCE hinstance_app = NULL; / globally track hinstancevoid BoundaryFill4(HDC,int,int,COLORREF

17、,COLORREF);/ FUNCTIONS /LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hwnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)/ this is the main message handler of the systemHDChdc;/ handle to a device contextHPEN hnewpen;HPEN holdpen;/ what is the message switch(message)case WM_RBUTTONDOWN:hdc=GetDC(hwnd);hnewpen=Crea

18、tePen(PS_SOLID,1,RGB(0,255,0);holdpen=(HPEN)SelectObject(hdc,hnewpen);/ 構(gòu)造多邊形MoveToEx(hdc,30,40,NULL);LineTo(hdc,60,40);LineTo(hdc,90,100);LineTo(hdc,60,150);LineTo(hdc,30,150);LineTo(hdc,30,40);SelectObject(hdc,holdpen);DeleteObject(hnewpen);ReleaseDC(hwnd,hdc);return(0);break;case WM_LBUTTONDOWN:h

19、dc = GetDC(hwnd);BoundaryFill4(hdc,LOWORD(lParam),HIWORD(lParam),RGB(0,255,0),RGB(255,0,0); / release the dcReleaseDC(hwnd,hdc);return(0);break;case WM_DESTROY: / kill the application, this sends a WM_QUIT message PostQuitMessage(0); / return successreturn(0); break;default:break; / end switch/ proc

20、ess any messages that we didn't take care of return (DefWindowProc(hwnd, message, wParam, lParam); / end WinProc/ WINMAIN /int WINAPI WinMain(HINSTANCE hinstance,HINSTANCE hprevinstance,LPSTR lpcmdline,int ncmdshow)WNDCLASSEX winclass; / this will hold the class we createHWND hwnd; / generic win

21、dow handleMSG message; / generic message/ first fill in the window class stucturewinclass.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);winclass.style= CS_DBLCLKS | CS_OWNDC | CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;winclass.lpfnWndProc= WindowProc;winclass.cbClsExtra= 0;winclass.cbWndExtra= 0;winclass.hInstance= hinstance;winclass.

22、hIcon= LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);winclass.hCursor= LoadCursor(NULL, IDC_ARROW); winclass.hbrBackground= (HBRUSH)GetStockObject(WHITE_BRUSH);winclass.lpszMenuName= NULL;winclass.lpszClassName= WINDOW_CLASS_NAME;winclass.hIconSm = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);/ save hinstance in globalhinstan

23、ce_app = hinstance;/ register the window classif (!RegisterClassEx(&winclass)return(0);/ create the windowif (!(hwnd = CreateWindowEx(NULL, / extended style WINDOW_CLASS_NAME, / class "Scanline Fill Demo", / title WS_OVERLAPPEDWINDOW | WS_VISIBLE, 0,0, / initial x,y WINDOW_WIDTH, / ini

24、tial width WINDOW_HEIGHT,/ initial height NULL, / handle to parent NULL, / handle to menu hinstance,/ instance of this application NULL)/ extra creation parmsreturn(0);/ save main window handlemain_window_handle = hwnd;while(GetMessage(&message,NULL,0,0)/ translate any accelerator keysTranslateM

25、essage(&message);/ send the message to the window procDispatchMessage(&message); / end while/ return to Windows like thisreturn(message.wParam); / end WinMain/void BoundaryFill4(HDC hdc,int x,int y,COLORREF boundarycolor,COLORREF newcolor)COLORREF color;color=GetPixel(hdc,x,y);if(color != bo

26、undarycolor) && (color !=newcolor)SetPixel(hdc,x,y,newcolor);BoundaryFill4(hdc,x,y+1,boundarycolor,newcolor);BoundaryFill4(hdc,x,y-1,boundarycolor,newcolor);BoundaryFill4(hdc,x-1,y,boundarycolor,newcolor);BoundaryFill4(hdc,x+1,y,boundarycolor,newcolor);2、中建立Win32工程更改項目中recursion.cpp文件代碼：1）聲明

27、函數(shù)void BoundaryFill4(HDC,int,int,COLORREF,COLORREF);2）修改LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)函數(shù)中代碼，把visualc+6.0介紹的recursion.cpp中的WndProc函數(shù)體復(fù)制即可。3）在recursion.cpp文件末尾添加BoundaryFill4函數(shù)。2.下面的程序繪制的是一個簡單的太陽系，其中包括一個太陽和一顆行星，它們使用線框球體繪制函數(shù)實現(xiàn)。當(dāng)按下鍵盤“D”或“d”時，行星將實現(xiàn)自轉(zhuǎn)；按下鍵盤“

28、Y”或“y”時，行星將繞太陽公轉(zhuǎn)。請同學(xué)們認(rèn)真讀懂每一段代碼，然后試著修改這段程序，實現(xiàn)1)將行星的中心傾斜；2)給行星加上衛(wèi)星。#include <GL/glut.h>#include <stdlib.h>static int year = 0, day = 0;void init(void) glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glShadeModel (GL_FLAT);void display(void) glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT); glColor3f (1.0, 1.0, 1.0); glPu

29、shMatrix();/ glutWireSphere中第一、二、三個參數(shù)分別表示半徑，經(jīng)度線數(shù)、緯度線數(shù) glutWireSphere(1.0, 20, 16); /* draw sun */ glRotatef (GLfloat) year, 0.0, 1.0, 0.0); glTranslatef (2.0, 0.0, 0.0); glRotatef (GLfloat) day, 0.0, 1.0, 0.0); glutWireSphere(0.2, 10, 8); /* draw smaller planet */ glPopMatrix(); glutSwapBuffers();vo

30、id reshape (int w, int h) glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode (GL_PROJECTION); glLoadIdentity (); gluPerspective(60.0, (GLfloat) w/(GLfloat) h, 1.0, 20.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); gluLookAt (0.0, 0.0, 5.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);void keyboard (unsig

31、ned char key, int x, int y) switch (key) case 'd': day = (day + 10) % 360; glutPostRedisplay(); break; case 'D': day = (day - 10) % 360; glutPostRedisplay(); break; case 'y': year = (year + 5) % 360; glutPostRedisplay(); break; case 'Y': year = (year - 5) % 360; glutP

32、ostRedisplay(); break; case 27: exit(0); break; default: break; int main(int argc, char* argv) glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB); glutInitWindowSize (500, 500); glutInitWindowPosition (100, 100); glutCreateWindow (argv0); init (); glutDisplayFunc(display); glutR

33、eshapeFunc(reshape); glutKeyboardFunc(keyboard); glutMainLoop(); return 0;實驗四二維圖形的幾何變換一、實驗學(xué)時2學(xué)時二、實驗?zāi)康暮鸵?、掌握二維圖形的基本幾何變換，如平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、對稱、錯切變換；2、掌握OpenGL中模型變換函數(shù)，實現(xiàn)簡單的動畫技術(shù)。三、實驗內(nèi)容1、下面的代碼采用GLUT庫，實現(xiàn)了一個矩形在窗口中勻速轉(zhuǎn)動（單擊鼠標(biāo)右鍵停止轉(zhuǎn)動），請修改代碼，實現(xiàn)矩形在窗口內(nèi)沿著水平線勻速移動。/* * double.c * This is a simple double buffered program. * P

34、ressing the left mouse button rotates the rectangle. * Pressing the right mouse button stops the rotation. */#include <GL/glut.h>#include <stdlib.h>static GLfloat spin = 0.0;void display(void) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glPushMatrix(); glRotatef(spin, 0.0, 0.0, 1.0); glColor3f(1.0, 1.

35、0, 1.0); glRectf(-10.0, -10.0, 10.0, 10.0); glPopMatrix(); glutSwapBuffers();void spinDisplay(void) spin = spin + 2.0; if (spin > 360.0) spin = spin - 360.0; glutPostRedisplay();void init(void) glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glShadeModel (GL_FLAT);void reshape(int w, int h) glViewport (0, 0,

36、(GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); glOrtho(-50.0, 50.0, -50.0, 50.0, -1.0, 1.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity();void mouse(int button, int state, int x, int y) switch (button) case GLUT_LEFT_BUTTON: if (state = GLUT_DOWN) glutIdleFunc(spinDisplay)

37、; break; case GLUT_MIDDLE_BUTTON: case GLUT_RIGHT_BUTTON: if (state = GLUT_DOWN) glutIdleFunc(NULL); break; default: break; /* * Request double buffer display mode. * Register mouse input callback functions */int main(int argc, char* argv) glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE

38、| GLUT_RGB); glutInitWindowSize (500, 500); glutInitWindowPosition (100, 100); glutCreateWindow (argv0); init (); glutDisplayFunc(display); glutReshapeFunc(reshape); glutMouseFunc(mouse); glutMainLoop(); return 0; /* ANSI C requires main to return int. */2、課堂教學(xué)中關(guān)于模型變化講解時，對一個三角形分別實現(xiàn)平移、縮放、旋轉(zhuǎn)等變化的源碼及效果圖

39、。請以該例為藍(lán)本，實現(xiàn)3題的代碼編寫。源碼：#include <GL/glut.h>#include <stdlib.h>void init(void) glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glShadeModel (GL_FLAT);void draw_triangle(void) glBegin (GL_LINE_LOOP); glVertex2f(0.0, 25.0); glVertex2f(25.0, -25.0); glVertex2f(-25.0, -25.0); glEnd();void display(void) glC

40、lear (GL_COLOR_BUFFER_BIT); glColor3f (1.0, 1.0, 1.0); glLoadIdentity (); glColor3f (1.0, 1.0, 1.0); draw_triangle (); glEnable (GL_LINE_STIPPLE); glLineStipple (1, 0xF0F0); glLoadIdentity (); glTranslatef (-20.0, 0.0, 0.0); draw_triangle (); glLineStipple (1, 0xF00F); glLoadIdentity (); glScalef (1

41、.5, 0.5, 1.0); draw_triangle (); glLineStipple (1, 0x8888); glLoadIdentity (); glRotatef (90.0, 0.0, 0.0, 1.0); draw_triangle (); glDisable (GL_LINE_STIPPLE); glFlush ();void reshape (int w, int h) glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode (GL_PROJECTION); glLoadIdentity (); if (w &l

42、t;= h) gluOrtho2D (-50.0, 50.0, -50.0*(GLfloat)h/(GLfloat)w, 50.0*(GLfloat)h/(GLfloat)w); else gluOrtho2D (-50.0*(GLfloat)w/(GLfloat)h, 50.0*(GLfloat)w/(GLfloat)h, -50.0, 50.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW);int main(int argc, char* argv) glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GL

43、UT_RGB); glutInitWindowSize (500, 500); glutInitWindowPosition (100, 100); glutCreateWindow (argv0); init (); glutDisplayFunc(display); glutReshapeFunc(reshape); glutMainLoop(); return 0;實驗結(jié)果圖：3、已知某三角形的三頂點坐標(biāo)為50.0,25.0,150.0,25.0,100.0,100.0。要求：（1）創(chuàng)建一個長寬分別為600、600的窗口，窗口的左上角位于屏幕坐標(biāo)（100，100）處。（提示：請試著修改gluOrtho2D函數(shù)參數(shù)