計(jì)算機(jī)圖形學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)書1

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)書[1]PAGE《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書Ver2.0傅由甲盧宇編重慶理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院2008年10月PAGE16目錄深度優(yōu)先線框繪圖方式(depth_cued)--用線框方式繪圖，增加模擬人眼看物體一樣的效果，遠(yuǎn)處的物體比近處的物體要暗些；反走樣線框繪圖方式(antialiased)--用線框方式繪圖，繪圖時(shí)采用反走樣技術(shù)以減少圖形線條的參差不齊；平面消隱繪圖方式(flat_shade)--對(duì)模型的隱藏面進(jìn)行消隱，對(duì)模型的平面單元按光照程度進(jìn)行著色但不進(jìn)行光滑處理；光滑消隱繪圖方式(smooth_shade)--對(duì)模型進(jìn)行消隱按光照渲染著色的過程中再進(jìn)行光滑處理，這種方式更接近于現(xiàn)實(shí)；加陰影和紋理的繪圖方式(shadows，textures)--在模型表面貼上紋理甚至于加上光照陰影，使得三維景觀象照片一樣；運(yùn)動(dòng)模糊的繪圖方式(motion-blured)--模擬物體運(yùn)動(dòng)時(shí)人眼觀察所感覺的動(dòng)感現(xiàn)象；大氣環(huán)境效果(atmosphere-effects)--在三維景觀中加入如霧等大氣環(huán)境效果，使人身臨其境；深度域效果(depth-of-effects)--類似于照相機(jī)鏡頭效果,模型在聚焦點(diǎn)處清晰，反之則模糊。整個(gè)OpenGL的基本工作流程如下圖幾何頂點(diǎn)數(shù)據(jù)幾何頂點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示列表評(píng)價(jià)器逐個(gè)頂點(diǎn)操作和圖元組裝紋理映射光柵化片元操作幀緩沖區(qū)像素?cái)?shù)據(jù)像素操作圖1-1OpenGL基本工作流程其中幾何頂點(diǎn)數(shù)據(jù)包括模型的頂點(diǎn)集、線集、多邊形集，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過流程圖的上部，包括運(yùn)算器、逐個(gè)頂點(diǎn)操作等；像素?cái)?shù)據(jù)包括像素集、影像集、位圖集等，像素?cái)?shù)據(jù)的處理方式與幾何頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理方式是不同的，但它們都經(jīng)過光柵化、逐個(gè)片元(Fragment)處理直至把最后的光柵數(shù)據(jù)寫入幀緩沖器。在OpenGL中的所有數(shù)據(jù)包括幾何頂點(diǎn)數(shù)據(jù)和像素?cái)?shù)據(jù)都可以被存儲(chǔ)在顯示列表中或者立即可以得到處理。OpenGL要求把所有的幾何圖形單元都用頂點(diǎn)來描述，這樣運(yùn)算器和逐個(gè)頂點(diǎn)計(jì)算操作都可以針對(duì)每個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和操作，然后進(jìn)行光柵化形成圖形片元；對(duì)于像素?cái)?shù)據(jù)，像素操作結(jié)果被存儲(chǔ)在紋理組裝用的內(nèi)存中，再象幾何頂點(diǎn)操作一樣光柵化形成圖形片元。整個(gè)流程操作的最后，圖形片元都要進(jìn)行一系列的逐個(gè)片元操作，這樣最后的像素值被送入幀緩沖器實(shí)現(xiàn)圖形的顯示。在OpenGL中進(jìn)行主要的圖形操作直至在計(jì)算機(jī)屏幕上渲染繪制出三維圖形景觀的基本步驟為：根據(jù)基本圖形單元建立景物模型，并且對(duì)所建立的模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述（OpenGL中把點(diǎn)、線、多邊形、圖像和位圖都作為基本圖形單元）；把景物模型放在三維空間中的合適的位置，并且設(shè)置視點(diǎn)(viewpoint)以觀察所感興趣的景觀；計(jì)算模型中所有物體的色彩，其中的色彩根據(jù)應(yīng)用要求來確定，同時(shí)確定光照條件、紋理粘貼方式等；把景物模型的數(shù)學(xué)描述及其色彩信息轉(zhuǎn)換至計(jì)算機(jī)屏幕上的像素，這個(gè)過程也就是光柵化(rasterization)。在這些步驟的執(zhí)行過程中，OpenGL可能執(zhí)行其他的一些操作，例如自動(dòng)消隱處理等。另外，景物光柵化之后被送入幀緩沖器之前還可以根據(jù)需要對(duì)像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行操作。OpenGL能夠?qū)φ麄€(gè)三維模型進(jìn)行渲染著色，從而繪制出與客觀世界十分類似的三維景象。另外OpenGL還可以進(jìn)行三維交互、動(dòng)作模擬等。具體的功能主要有以下這些內(nèi)容。(1)模型繪制OpenGL能夠繪制點(diǎn)、線和多邊形。應(yīng)用這些基本的形體，可以構(gòu)造出幾乎所有的三維模型。OpenGL通常用模型的多邊形的頂點(diǎn)來描述三維模型。(2)模型觀察在建立了三維景物模型后，就需要用OpenGL描述如何觀察所建立的三維模型。觀察三維模型是通過一系列的坐標(biāo)變換進(jìn)行的。模型的坐標(biāo)變換使觀察者能夠在視點(diǎn)位置觀察與視點(diǎn)相適應(yīng)的三維模型景觀。在整個(gè)三維模型的觀察過程中，投影變換的類型決定觀察三維模型的觀察方式，不同的投影變換得到的三維模型的景象也是不同的。最后的視窗變換則對(duì)模型的景象進(jìn)行裁剪縮放，即決定整個(gè)三維模型在屏幕上的圖像。(3)顏色模式的指定OpenGL應(yīng)用了一些專門的函數(shù)來指定三維模型的顏色。程序開發(fā)者可以選擇二個(gè)顏色模式，即RGBA模式和顏色表模式。在RGBA模式中，顏色直接由RGB值來指定；在顏色表模式中，顏色值則由顏色表中的一個(gè)顏色索引值來指定。開發(fā)者還可以選擇平面著色和光滑著色二種著色方式對(duì)整個(gè)三維景觀進(jìn)行著色。(4)光照應(yīng)用用OpenGL繪制的三維模型必須加上光照才能更加與客觀物體相似。OpenGL提供了管理四種光(自發(fā)光、環(huán)境光、鏡面光和漫反射光)的方法，另外還可以指定模型表面的反射特性。(5)圖像效果增強(qiáng)OpenGL提供了一系列的增強(qiáng)三維景觀的圖像效果的函數(shù)，這些函數(shù)通過反走樣、混合和霧化來增強(qiáng)圖像的效果。反走樣用于改善圖像中線段圖形的鋸齒而更平滑，混合用于處理模型的半透明效果，霧使得影像從視點(diǎn)到遠(yuǎn)處逐漸褪色，更接近于真實(shí)。(6)位圖和圖像處理OpenGL還提供了專門對(duì)位圖和圖像進(jìn)行操作的函數(shù)。(7)紋理映射三維景物因缺少景物的具體細(xì)節(jié)而顯得不夠真實(shí)，為了更加逼真地表現(xiàn)三維景物，OpenGL提供了紋理映射的功能。OpenGL提供的一系列紋理映射函數(shù)使得開發(fā)者可以十分方便地把真實(shí)圖像貼到景物的多邊形上，從而可以在視窗內(nèi)繪制逼真的三維景觀。(8)實(shí)時(shí)動(dòng)畫為了獲得平滑的動(dòng)畫效果，需要先在內(nèi)存中生成下一幅圖像，然后把已經(jīng)生成的圖像從內(nèi)存拷貝到屏幕上，這就是OpenGL的雙存技術(shù)(doublebuffer)。OpenGL提供了雙緩存技術(shù)的一系列函數(shù)。(9)交互技術(shù)目前有許多圖形應(yīng)用需要人機(jī)交互，OpenGL提供了方便的三維圖形人機(jī)交互接口，用戶可以選擇修改三維景觀中的物體。1.2OpenGL函數(shù)的語法OpenGL函數(shù)以“gl”為前綴，并把組成函數(shù)名的每個(gè)單詞的首字母進(jìn)行大寫（glClearColor()）。類似地，OpenGL還定義了以前綴GL_開頭的常量，所有單詞使用大寫形式，并以下劃線分割（例如GL_COLOR_BUFFER_BIT）。此外，有些函數(shù)，同一函數(shù)有多個(gè)不同版本，如glColor3f()，glColor3ub()，glColor3bv()等都用于設(shè)置當(dāng)前繪圖顏色，其中“3”表示函數(shù)接受3個(gè)參數(shù)，“f”表示參數(shù)類型為浮點(diǎn)數(shù)，“ub”表示參數(shù)類型為8位無符號(hào)整數(shù)，“bv”表1-1列出用于指定數(shù)據(jù)類型的后綴字母，以供參考：后綴數(shù)據(jù)類型對(duì)應(yīng)典型C語言O(shè)penGL類型定義b8位整數(shù)signedcharGLbytes16位整數(shù)shortGLshorti32位整數(shù)int或longGLint,GLsizeif32位浮點(diǎn)數(shù)floatGLfloat,GLclampfd64位浮點(diǎn)數(shù)doubleGLdouble,GLclampdub8位無符號(hào)整數(shù)unsignedcharGLubyte,GLbooleanus16位無符號(hào)整數(shù)unsignedshortGLushortui32位無符號(hào)整數(shù)unsignedint或unsignedlongGLuint,GLenum,GLbitfield1.3OpenGL是狀態(tài)機(jī)OpenGL是個(gè)狀態(tài)機(jī)。設(shè)置它的各種狀態(tài)（或模式），則這些狀態(tài)一直生效，直到它們被修改。OpenGL所維護(hù)的狀態(tài)變量很多，例如顏色，控制當(dāng)前視圖和投影變換，直線和多邊形點(diǎn)畫模式，多邊形繪圖模式，像素包裝約定，光照位置和特征，被繪制物體的材料屬性等。許多表示模式的狀態(tài)變量可以用glEnable()和glDisable()函數(shù)進(jìn)行啟用和禁用。每個(gè)狀態(tài)變量（或模式）都有一個(gè)默認(rèn)值。任何時(shí)候，都可以向系統(tǒng)查詢每個(gè)狀態(tài)變量的當(dāng)前值。使用6個(gè)函數(shù)之一完成這個(gè)任務(wù)：glGetBooleanv()，glGetDoublev()，glGetFloatv()，glGetIntegerv()，glGetPointerv()，glIsEnabled()。所選擇的具體函數(shù)取決于希望返回的結(jié)果的數(shù)據(jù)類型。有些狀態(tài)變量還有更為特定的查詢函數(shù)，可以查閱《OpenGL編程指南》等參考書，在此不在詳述。1.4OpenGL相關(guān)的函數(shù)庫OpenGL提供了一組功能強(qiáng)大但又比較原始的渲染函數(shù)，所有高層繪圖操作必須根據(jù)這些函數(shù)完成。同樣，OpenGL程序必須使用窗口系統(tǒng)的底層機(jī)制。有一些函數(shù)庫可以用來幫助簡(jiǎn)化任務(wù)，它們是：OpenGL工具函數(shù)庫(GLU)包含了一些函數(shù)，它們利用低層OpenGL函數(shù)來執(zhí)行諸如為特定視圖定向和投影設(shè)置矩陣、多邊形分格化以及表面渲染等任務(wù)。所有OpenGL實(shí)現(xiàn)都把這個(gè)函數(shù)庫作為它的一部分。GLU函數(shù)都使用前綴glu。所有的窗口系統(tǒng)都提供一個(gè)函數(shù)庫，對(duì)該窗口系統(tǒng)的功能進(jìn)行擴(kuò)展，以支持OpenGL渲染。對(duì)于MicrosoftWindows，WGL函數(shù)提供了Windows到OpenGL的接口。所有的WGL函數(shù)都使用前綴wgl。OpenGL實(shí)用工具包（GLUT）是MarkKilgard所編寫的一個(gè)獨(dú)立于窗口系統(tǒng)的工具包，其目的是隱藏不同窗口系統(tǒng)API的復(fù)雜性。GLUT函數(shù)使用前綴glut。1.5OpenGL的緩沖區(qū)OpenGL需要用到4個(gè)緩沖區(qū)進(jìn)行圖形顯示，它們分別是：顏色緩存、深度緩存、模板緩存和累積緩存。這里我們只介紹顏色緩存和深度緩存的基本概念，更多內(nèi)容請(qǐng)參閱《OpenGL編程指南》。1.5.1顏色緩存顏色緩存由紅、綠、藍(lán)、alpha位等位平面（bitplane）組成的，有前緩存（frontbuffer）、后緩存（backbuffer）、左前（front_left）和右前（front_right）緩存、左后（back_left）和右后（back_right）緩存。左前緩存是必須的顏色緩存。前緩存是可見緩存，后緩存是不可見緩存。前后緩存技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫操作。與顏色緩存相關(guān)的主要函數(shù)有：清除顏色緩存：glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)，用于清除當(dāng)前顯示緩沖區(qū)內(nèi)容，為開始新的繪制做好準(zhǔn)備。設(shè)置清除顏色：glClearColor(red，green，blue，alpha)，用當(dāng)前顏色(red，green，blue，alpha)清除當(dāng)前顯示緩沖區(qū)內(nèi)容，為開始新的繪制做好準(zhǔn)備。屏蔽顏色緩存：glColorMask()，分別設(shè)置紅、綠、藍(lán)和alpha的可寫屬性。選擇顏色緩存：glDrawBuffer()，對(duì)雙緩存中的一個(gè)進(jìn)行選擇。交換顏色緩存：swapBuffer()，交換前后緩存中的顏色，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫。1.5.2深度緩存深度緩存也叫Z-buffer，它記錄每個(gè)像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的物體點(diǎn)到視點(diǎn)的距離，由此決定表面的可見性。在進(jìn)行消隱的時(shí)候，OpenGL必須知道各物體間的相對(duì)位置關(guān)系，從而模擬出物體相互遮擋的效果，因此，需要進(jìn)行深度測(cè)試。而深度測(cè)試的結(jié)果就生成了深度緩存。與深度緩存相關(guān)的OpenGL操作主要有：清除深度緩存：glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT)，用于清除當(dāng)前顯示緩沖區(qū)內(nèi)容，為開始新的繪制做好準(zhǔn)備。設(shè)置清除值：glClearDepth(1.0)，1.0為最大深度。屏蔽深度緩存：glDepthMask(GL_TRUE)，表示可以寫深度緩存；glDepthMask(GL_FALSE)，表示禁止寫深度緩存。啟動(dòng)和關(guān)閉深度測(cè)試：glEnableGL_DEPTH_TEST)，表示開啟深度測(cè)試；glDisable(GL_DEPTH_TEST)，表示禁止深度測(cè)試。確定測(cè)試條件：glDepthFunc()，根據(jù)函數(shù)參數(shù)確定測(cè)試方式，具體的參數(shù)說明請(qǐng)參考實(shí)驗(yàn)五。確定深度范圍：glDepthRange(GLclampdzNear,GLclampdzFar)，參數(shù)zNear和zFar分別說明視景體的前景和后景面向窗口坐標(biāo)映射的規(guī)格化坐標(biāo)，便于后續(xù)使用。2MicrosoftVisualC++6.0MFC編程基礎(chǔ)2.1MFC事件驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)介用OpenGL編寫的程序結(jié)構(gòu)類似于用其他語言編寫的程序。實(shí)際上，OpenGL是一個(gè)豐富的三維圖形函數(shù)庫，編寫OpenGL程序并非難事，只需在基本C語言中調(diào)用這些函數(shù)，用法同TurboC、VC++等類似。微軟基礎(chǔ)類庫（Microsoftfoundationclass，MFC）是微軟為Windows程序員提供的一個(gè)面向?qū)ο蟮腤indows編程接口，它大大簡(jiǎn)化了Windows編程工作，使開發(fā)人員不必從頭設(shè)計(jì)創(chuàng)建和管理一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)Windows應(yīng)用程序所需的程序，節(jié)省了時(shí)間；同時(shí)它提供了大量代碼，指導(dǎo)用戶編程時(shí)實(shí)現(xiàn)某些技術(shù)和功能。在事件驅(qū)動(dòng)編程方面，通過MFC的核心——消息映射機(jī)制，定義一個(gè)消息與處理函數(shù)的對(duì)照表，實(shí)現(xiàn)消息處理的分離編程。每當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)事件，便可通過這個(gè)對(duì)照表找到相應(yīng)的消息處理函數(shù)，執(zhí)行這個(gè)函數(shù)完成相應(yīng)功能；相應(yīng)的，程序員只需利用VC集成開發(fā)環(huán)境提供的工具指定當(dāng)鼠標(biāo)在哪個(gè)GUI對(duì)象上操作時(shí)執(zhí)行哪個(gè)函數(shù)即可，MFC事件驅(qū)動(dòng)編程模式如圖2.1所示。2.1MFC中事件驅(qū)動(dòng)編程模式為了提高交互式繪圖性能，為以后二維/三維開發(fā)打下基礎(chǔ)，考慮到MicrosoftVisualC++的MFC開發(fā)環(huán)境提供了GDI工具及相對(duì)較好的交互式繪圖環(huán)境，所以，本書采用該環(huán)境進(jìn)行二維/三維圖形的實(shí)驗(yàn)。2.2MFC事件驅(qū)動(dòng)編程2.2.1建立MFC工程步驟一：打開MicrosoftVisualC++6.0應(yīng)用程序。在菜單中選擇“文件”—>“新建”打開建立用戶應(yīng)用程序?qū)υ捒?，在?duì)話框的“工程”頁面左邊選擇MFCAppWizard[exe]；在右邊“位置”編輯框中鍵入要建的項(xiàng)目存放位置，例如D盤根目錄；在右邊“工程”編輯框中鍵入要建的項(xiàng)目的名稱，例如MFCTest，這時(shí)我們會(huì)看到“位置”編輯框中信息變?yōu)椤癉:\MFCTest”，表示我們的項(xiàng)目文件都將存放在這個(gè)目錄中。如圖2.2所示。圖2.2：建立MFC應(yīng)用程序步驟二：我們點(diǎn)擊“確定”按鈕進(jìn)行下一步設(shè)置。在“MFCAppWizard–Step1”對(duì)話框中有“S單個(gè)文檔”、“M多個(gè)文檔”“D基本對(duì)話框”三個(gè)選項(xiàng)。“S單個(gè)文檔”表示用戶程序一次只能打開一個(gè)文檔窗口；“M多個(gè)文檔”表示用戶程序除了一個(gè)文檔主窗口外，還可以打開若干個(gè)顯示不同文檔的小窗口，即子窗口；“D基本對(duì)話框”表示用戶程序的界面是對(duì)話框形式的。這里我們選擇“S單個(gè)文檔”，然后，單擊“下一個(gè)”按鈕。如圖2圖2.3：MFCAppWizard–Step1步驟三：“MFCAppWizard–Step2of6”對(duì)話框是關(guān)于所建立的程序是否用到數(shù)據(jù)庫，我們選擇“否”，然后，單擊“下一個(gè)”步驟四：“MFCAppWizard–Step3of6”對(duì)話框是關(guān)于所建立的程序是否用到復(fù)合文檔，我們選擇“否”，然后，單擊“下一個(gè)”步驟五：“MFCAppWizard–Step4of6”對(duì)話框是關(guān)于所建立的程序的特點(diǎn)及是否支持打印及預(yù)覽，我們選擇其默認(rèn)設(shè)置，單擊“下一個(gè)”步驟六：“MFCAppWizard–Step5of6”對(duì)話框是關(guān)于所建立的程序的風(fēng)格等的設(shè)置，我們選擇其默認(rèn)設(shè)置，單擊“下一步”步驟七：“MFCAppWizard–Step6of6”對(duì)話框我們看到VC開發(fā)環(huán)境已經(jīng)為我們的用戶程序生成了四個(gè)類，包括它們的類名、頭文件(.h)、實(shí)現(xiàn)文件(.cpp)及基類。單擊“完成”圖2.4：MFCAppWizard–Step6of6完成了MFC應(yīng)用程序框架后我們看到MFC用戶程序開發(fā)環(huán)境，如圖2.5所示。圖2.5：MFC用戶程序開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境的左邊是項(xiàng)目工作區(qū)，有三頁，依次為類視圖（ClassView）、資源視圖（ResourceView）及文件視圖（FileView），分別對(duì)應(yīng)生成的類、項(xiàng)目資源及相應(yīng)文件。開發(fā)環(huán)境右邊文檔區(qū)中則顯示相應(yīng)類的具體代碼。2.2.2編譯和運(yùn)行MFC用戶程序項(xiàng)目現(xiàn)在開發(fā)環(huán)境已為我們搭建好了框架，我們只需對(duì)其進(jìn)行編譯和連接就可以得到一個(gè)用戶程序的框架。步驟一：在前面打開MFCTest項(xiàng)目中，選擇菜單的“編譯”（Build）—>“全部重建”(RebuildAll)，對(duì)剛才生成的應(yīng)用程序框架進(jìn)行編譯和連接。成功后在開發(fā)環(huán)境的輸出欄里看到“MFCTest.exe-0error(s),0warning(s)”提示。步驟二：選擇菜單的“編譯”—>“執(zhí)行MFCTest.exe”，可看到生成的MFC應(yīng)用程序框架。如圖2.6所示。圖2.6：MFCTest應(yīng)用程序框架2.2.3關(guān)閉和打開用戶程序項(xiàng)目要關(guān)閉MFCTest項(xiàng)目，只需選擇菜單的“文件”—>“關(guān)閉工作區(qū)”（CloseWorkspace）；反之，要打開一個(gè)已存在的用戶程序項(xiàng)目選擇菜單項(xiàng)“文件”—>“打開工作區(qū)”（OpenWorkspace），在彈出的文件對(duì)話框中找到要打開的項(xiàng)目名稱，這里是D:\MFCTest\MFCTest.dsw。如圖2.7所示。圖2.7：打開MFCTest項(xiàng)目2.2.4在MFC中建立新類的方法右鍵單擊項(xiàng)目工作區(qū)的類視圖頁面的項(xiàng)目名稱，在右鍵菜單中選擇“NewClass…”，彈出如圖2.8所示“新類（NewClass）”對(duì)話框：圖2.8建立新類在Classtype中選擇新建類的類型，其中“GenericClass”表示新建一般類，這也是本書實(shí)驗(yàn)中建類時(shí)經(jīng)常用到的選項(xiàng)。在Name欄中鍵入類名，按照VC約定，新類以”C”作為前綴，表示建立的是一個(gè)類，VC將新建的類按頭文件(*.h)和實(shí)現(xiàn)文件(*.cpp)分開保存，并以去掉“C”前綴的類名作為文件名。如果建立的類是一個(gè)派生類，則在“Bassclass”欄中選擇基類。最后點(diǎn)“OK”鍵完成類的建立。2.2.5在MFC中添加類成員變量和成員函數(shù)的方法右鍵單擊項(xiàng)目工作區(qū)的類視圖頁面中需添加成員的類名，在右鍵菜單中選擇“AddMemberFunction…”，添加成員函數(shù)，或者“AddMemberVariable…”添加成員變量，根據(jù)約定，類的成員變量名一律以”m_”為前綴，以便和臨時(shí)變量或全局變量區(qū)別。2.2.6在MFC中添加菜單項(xiàng)方法步驟一：切換到項(xiàng)目左邊工作區(qū)的資源視圖頁（ResourceView），雙擊“Menu”文件夾下的IDR_MAINFRAME，則項(xiàng)目右邊出現(xiàn)菜單欄。如圖2.9所示。預(yù)留菜項(xiàng)單菜單欄預(yù)留菜項(xiàng)單菜單欄圖2.9菜單編輯界面步驟二：雙擊菜單欄上的預(yù)留菜單項(xiàng)，彈出菜單項(xiàng)屬性對(duì)話框。在其標(biāo)題欄中輸入菜單項(xiàng)標(biāo)題，如“茶壺”，在ID欄中給菜單項(xiàng)取一個(gè)ID號(hào)，如圖2.10所示。如果沒有取，系統(tǒng)自動(dòng)命名該菜單項(xiàng)ID，如果對(duì)自動(dòng)命名的ID不滿意（大多數(shù)情況），可以再次打開屬性對(duì)話框，給菜單項(xiàng)取一個(gè)自己滿意的ID。2.10菜單項(xiàng)屬性對(duì)話框2.2.7在MFC中添加消息響應(yīng)的方法按照MFC規(guī)定，對(duì)于窗口類，如視圖類，對(duì)話框類等可以添加事件響應(yīng)處理函數(shù)。方法如下：切換到項(xiàng)目左邊工作區(qū)的類視圖頁（ClassView），鼠標(biāo)右擊需添加事件響應(yīng)的窗口類，在彈出的下拉列表中選擇“AddWindowsMessageHandler…”，彈出“NewWindowsMessageandEventHandlersforclass*”對(duì)話框，如圖2.11所示。該對(duì)話框左邊框中以“WM_”開頭列出所有可供響應(yīng)的事件消息，右上角框中列出項(xiàng)目中已作處理的響應(yīng)事件消息，右下角則列出某個(gè)事件消息是哪個(gè)類或?qū)ο蟮摹．?dāng)我們要處理某個(gè)事件時(shí)，如“鼠標(biāo)左鍵按下”，我們?cè)趶棾龅膶?duì)話框中左邊雙擊“WM_LBUTTONDOWN”，將其添加到右邊的“Existingmessage/Eventhandlers:”列表框中，如圖2.11所示，然后選擇“AddandEdit”，則VC會(huì)自動(dòng)添加該事件的處理函數(shù)，并將界面切換到處理函數(shù)位置，供程序員編寫相應(yīng)的處理代碼。2.11消息/事件處理對(duì)話框2.3在VC下實(shí)現(xiàn)OpenGL程序的編譯OpenGL包括*.h庫，*.lib庫和*.dll庫三部分。一般情況下，Windows操作系統(tǒng)已包含OpenGL的核心庫。設(shè)VC安裝在C:\ProgramFiles\下，則在VC++6.0中*.h核心庫存放在“C:\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio\VC98\Include\GL”中；*.lib核心庫存放在“C:\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio\VC98\Lib”中；*.dll核心庫存放在“C:\WINDOWS\system32”具有OpenGL所需的函數(shù)庫后，在VC++6的“Project”菜單下，選擇“Setting”項(xiàng)，彈出“ProjectSetting”對(duì)話框，選擇“Link”項(xiàng)，在“Libaray”欄目中加入OpenGL提供的函數(shù)庫：“opengl32.libglu32.libglaux.lib”。最后，在調(diào)用OpenGL函數(shù)的C++文件中將函數(shù)所在頭文件包含進(jìn)來，就可以使用OpenGL了。實(shí)驗(yàn)1Windows操作系統(tǒng)圖形開發(fā)基礎(chǔ)一、實(shí)驗(yàn)要求和目的掌握Windows圖形環(huán)境及圖形程序開發(fā)方法；掌握MFC應(yīng)用程序中OpenGL程序開發(fā)基本方法；掌握VC++程序設(shè)計(jì)方法。二、相關(guān)知識(shí)提要1．GDI工具的使用（1）GDI工具主要指MFC中各種GDI（圖形設(shè)備接口）函數(shù)，包含了可用于繪制點(diǎn)、線、矩形、多邊形、橢圓、位圖以及文本的功能函數(shù)。VC中對(duì)其進(jìn)行封裝，形成GDI對(duì)象類，并派生出以下各類：CBitmap、CBrush、CPen、CFont、CPalette、CRgn。（2）在MFC類庫中，CPen類封裝了GDI的畫筆工具，CBrush類封裝了GDI的畫刷工具。在定義畫筆和畫刷工具時(shí)，都要調(diào)用構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建默認(rèn)的畫筆（黑色，實(shí)線，寬度為一個(gè)像素）和畫刷（將封閉圖形內(nèi)部填充為白色）。繪圖時(shí)使用畫筆和畫刷步驟如下：①創(chuàng)建CPen類對(duì)象或CBrush類對(duì)象；②調(diào)用合適的成員函數(shù)初始化畫筆或畫刷；③將畫筆或畫刷對(duì)象選入當(dāng)前設(shè)備文本對(duì)象，并保存原先的畫筆或畫刷對(duì)象；④調(diào)用繪圖函數(shù)繪制圖形；⑤將原先的畫筆或畫刷對(duì)象選入設(shè)備文本對(duì)象，以便恢復(fù)原來狀態(tài)。（3）顏色的數(shù)據(jù)類型是COLORREF，表示RGB值是一個(gè)32位整數(shù)，由RGB(紅,綠,藍(lán))的形式指定，每個(gè)分量值從0到255，0最低，255最高。3種顏色分量結(jié)合起來產(chǎn)生實(shí)際顏色。指定RGB值可以用手工（如0x00FF0000是純藍(lán)），也可以用宏RGB()指定，如RGB(255,0,0)為紅色。（4）GDI定義畫筆風(fēng)格與含義如表S1.1：表S1.1畫筆風(fēng)格與含義畫筆風(fēng)格含義畫筆風(fēng)格含義PS_DASH劃線，即虛線PS_INSIDEFRAME在邊界區(qū)域內(nèi)實(shí)線PS_DASHDOT點(diǎn)劃線PS_NULL空畫筆PS_DASHDOTDOT雙點(diǎn)劃線PS_SOLID實(shí)線PS_DOT點(diǎn)線（5）CBrush的成員函數(shù)CreateSolidBrush用顏色來初始化填充畫刷，函數(shù)原型如下：BOOLCreateSolidBrush(COLORREFcrColor);此外，還可調(diào)用成員函數(shù)CreateHatchBrush用某種影線來初始化填充畫刷。函數(shù)原型為：BOOLCreateHatchBrush(intnIndex,COLORREFcrColor);其中參數(shù)nIndex用于指定影線模式，其值如表S1.2，crColor用于指定畫刷顏色。表S1.2畫刷影線模式及含義陰影模式含義陰影模式含義HS_BDIAGONAL反斜線HS_FDIAGONAL斜線HS_CROSS十字線HS_HORIZONAL水平線HS_DIAGCROSS斜十字線HS_VERTICAL豎線（6）除了使用定制的畫筆和畫刷外，MFC中也庫存了一部分繪圖工具，使用時(shí)只需調(diào)用CDC成員函數(shù)SelectStockObject即可，函數(shù)原型是：virtualCGdiObject*SelectStockObject(intnIndex);如果調(diào)用成功，返回指向CGdiObject對(duì)象的指針（實(shí)際指向的對(duì)象是CPen或CBrush對(duì)象），否則返回NULL。nIndex是所要選入的庫存對(duì)象，對(duì)于畫筆和畫刷，值如表S1.3。表S1.3GDI庫存對(duì)象含義宏代碼庫存對(duì)象宏代碼庫存對(duì)象BLACK_BRUSH黑色畫刷NULL_BRUSH空畫刷(內(nèi)部不填充)DKGRAY_BRUSH深灰色畫刷WHITE_BRUSH白色畫刷GRAY_BRUSH灰色畫刷BLACK_PEN黑色畫筆HOLLOW_BRUSH透明窗口畫刷NULL_PEN空畫筆(什么也不畫)LTGRAY_BRUSH淺灰色畫刷WHITE_PEN白色畫筆2．Windows下開發(fā)OpenGL程序的基本方法（1）在MFC單文檔應(yīng)用程序中，視圖類用來顯示圖形，需要修改該類的成員函數(shù)代碼實(shí)現(xiàn)OpenGL繪圖，主要過程如下：①改造OnCreate函數(shù)開發(fā)OpenGL繪圖程序時(shí)，需要設(shè)置像素格式。像素格式告訴OpenGL繪制風(fēng)格、顏色模式、顏色位數(shù)和深度位數(shù)等重要信息。Windows平臺(tái)下OpenGL提供了專門函數(shù)進(jìn)行處理?？梢栽贠nCreate函數(shù)中定義像素格式，并創(chuàng)建一個(gè)OpenGL操作所必須的繪圖上下文RC（renderingcontext）。使用PIXELFORMATDESCRIPTOR結(jié)構(gòu)指定像素格式，使用wglCreateContext()函數(shù)創(chuàng)建繪圖上下文RC。②改造OnSize函數(shù)當(dāng)視圖發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)將新的客戶區(qū)尺寸通知OpenGL，才能夠正確在窗口客戶區(qū)域顯示三維場(chǎng)景的二維影像，通過命令glViewport完成該工作。③改造OnDestroy函數(shù)在OnDestory成員中用wglMakeCurrent()和wglDeleteContext()斷開OnCreate成員中RC與設(shè)備描述表DC的連接，并釋放RC所占資源。④改造OnDraw函數(shù)在OnDraw函數(shù)完成每次屏幕的繪制。（2）在每次繪制場(chǎng)景前，先要清除OpenGL顯示緩存中的信息，以免影響繪圖效果。用glClearColor設(shè)置屏幕背景顏色；用glClear清除顯示緩存。這兩個(gè)函數(shù)為：voidglClearColor(red,green,blue,alpha);//背景的RGBA信息voidglClear(mask);//清除標(biāo)志緩沖區(qū)mask參數(shù)如表S1.4所示：表S1.4OpenGL緩沖區(qū)代碼及含義緩沖區(qū)名稱緩沖區(qū)名稱顏色緩沖區(qū)GL_COLOR_BUFFER_BIT累加緩沖區(qū)GL_ACCUM_BUFFER_BIT深度緩沖區(qū)GL_DEPTH_BUFFER_BIT模板緩沖區(qū)GL_STENCIL_BUFFER_BIT三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1．創(chuàng)建My2D項(xiàng)目和My3D項(xiàng)目建立兩個(gè)單文檔MFC項(xiàng)目，一個(gè)為My2D，另一個(gè)為My3D。My2D項(xiàng)目用于二維GDI繪圖；My3D項(xiàng)目用于三維OpenGL繪圖。2．用GDI工具繪制不同顏色、線型和線寬的直線在My2D項(xiàng)目中①在CMy2DView類中添加DrawLine函數(shù)如下：voidCMy2DView::DrawLine(CDC*pDC,CPointstartPoint,CPointendPoint,COLORREFcolor,intwidth,unsignedshorttype/*畫筆風(fēng)格*/){ CPen*pOldPen; CPennewPen;//創(chuàng)建一個(gè)新畫筆 newPen.CreatePen(type,width,color);//設(shè)置畫筆屬性并初始化畫筆 pOldPen=pDC->SelectObject(&newPen);//將新畫筆選進(jìn)當(dāng)前設(shè)備，并保存原畫筆 pDC->MoveTo(startPoint.x,startPoint.y);//將畫筆移到直線起點(diǎn) pDC->LineTo(endPoint.x,endPoint.y);//將畫筆移到直線終點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)繪制 pDC->SelectObject(pOldPen);//將原畫筆選進(jìn)當(dāng)前設(shè)備，恢復(fù)原來狀態(tài)}②在CMy2DView類中的OnDraw函數(shù)中調(diào)用DrawLine函數(shù)（粗體為添加部分），畫一條從(300,200)到(600,100)，寬度為2，顏色為紅色的虛線。voidCMy2DView::OnDraw(CDC*pDC){ CMy2DDoc*pDoc=GetDocument(); ASSERT_VALID(pDoc); DrawLine(pDC,CPoint(300,200),CPoint(600,100),RGB(255,0,0),2,PS_DASH);}3．用GDI工具繪制不同顏色的填充矩形①在CMy2DView類中添加DrawSolidRectangle函數(shù)如下：voidCMy2DView::DrawSolidRectangle(CDC*pDC,intleft,inttop,intright,intdown,COLORREFfilledcolor){CBrush*pOldBrush=NULL;CBrushSolidBrush;SolidBrush.CreateSolidBrush(filledcolor);//設(shè)置畫刷顏色，并初始化一個(gè)實(shí)畫刷pOldBrush=(CBrush*)pDC->SelectObject(&SolidBrush);pDC->Rectangle(left,top,right,down);//繪制矩形,參數(shù)分別為左上角點(diǎn)及右下角點(diǎn)x,y坐標(biāo)pDC->SelectObject(pOldBrush);}②在CMy2DView類中的OnDraw函數(shù)中調(diào)用DrawSolidRectangle函數(shù)（粗體為添加部分），繪制從左上角(10,20)到右下角(300,500)，顏色為綠色的矩形。voidCMy2DView::OnDraw(CDC*pDC){ CMy2DDoc*pDoc=GetDocument(); ASSERT_VALID(pDoc); DrawSolidRectangle(pDC,10,20,300,500,RGB(0,255,0));}4．創(chuàng)建OpenGL繪圖環(huán)境在My3D項(xiàng)目中①在CMy3DView頭文件中添加包含文件：#include<gl\glut.h>。②在CMy3DView中添加成員變量HGLRCm_hRC，CDC*m_pDC。③在CMy3DView中添加成員函數(shù)InitOpenGL如下：BOOLCMy3DView::InitOpenGL(){ staticPIXELFORMATDESCRIPTORpfd= { sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR),//pfd大小 1,//結(jié)構(gòu)版本號(hào) PFD_DRAW_TO_WINDOW|//支持窗口 PFD_SUPPORT_OPENGL| //支持OpenGL PFD_DOUBLEBUFFER, //雙緩存 PFD_TYPE_RGBA,//RGBA顏色模式 24,//24位顏色深度 0,0,0,0,0,0,//colorbitsignored 0,//noalphabuffer 0,//shiftbitignored 0,//不使用累積緩存 0,0,0,0,//accumbitsignored 32,//32位Z緩沖 0,//不使用模板緩存 0,//noauxiliarybuffer PFD_MAIN_PLANE,//選擇主層面 0,//保留 0,0,0//layermasksignored }; //得到客戶區(qū)設(shè)備上下文 m_pDC=newCClientDC(this); if(m_pDC==NULL) { MessageBox("獲得設(shè)備上下文失敗!"); returnfalse; } intpixelFormat=::ChoosePixelFormat(m_pDC->GetSafeHdc(),&pfd); BOOLsuccess=::SetPixelFormat(m_pDC->GetSafeHdc(),pixelFormat,&pfd); if(!success) returnFALSE; //創(chuàng)建繪圖上下文RC m_hRC=::wglCreateContext(m_pDC->GetSafeHdc()); if(m_hRC==0) { MessageBox("繪圖上下文RC創(chuàng)建失敗!"); returnFALSE; } if(::wglMakeCurrent(m_pDC->GetSafeHdc(),m_hRC)==FALSE) { MessageBox("關(guān)聯(lián)當(dāng)前RC失敗!"); returnFALSE; } glShadeModel(GL_SMOOTH); //啟用光順渲染 glClearColor(0.0f,0.0f,0.0f,0.0f); //黑色背景 returnTRUE;}④在CMy3DView中添加OnCreate消息響應(yīng)函數(shù)，并在其中調(diào)用InitOpenGL()函數(shù)。⑤在CMy3DView中添加OnSize消息響應(yīng)函數(shù)如下：voidCMy3DView::OnSize(UINTnType,intcx,intcy){ C3DView::OnSize(nType,cx,cy); if(0>=cx||0>=cy) return; //selectthefullclientarea ::glViewport(0,0,cx,cy);}⑥在CMy3DView中添加OnDestroy消息響應(yīng)函數(shù)如下：voidCMy3DView::OnDestroy(){ CView::OnDestroy(); ::wglMakeCurrent(NULL,NULL); ::wglDeleteContext(m_hRC); if(m_pDC)//釋放DC { deletem_pDC; m_pDC=NULL; }}⑦在CMy3DView中添加成員函數(shù)DrawOGLScene如下：voidCMy3DView::DrawOGLScene(){ glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);//清顏色緩存 glLoadIdentity(); //在此處添加場(chǎng)景繪制代碼 glFinish();//強(qiáng)制發(fā)出的OpenGL命令完成執(zhí)行 SwapBuffers(m_pDC->GetSafeHdc());//將繪制好的后臺(tái)緩存內(nèi)容交換到前臺(tái)顯示}⑧在OnDraw()函數(shù)中調(diào)用DrawOGLScene()函數(shù)。5．OpenGL中繪制漸變?nèi)切卧贒rawOGLScene函數(shù)的“場(chǎng)景繪制代碼”處添加如下代碼：voidCMy3DView::DrawOGLScene(){…… //在此處添加場(chǎng)景繪制代碼//繪制漸變?nèi)切蝕lBegin(GL_TRIANGLES);//每三個(gè)頂點(diǎn)組成一個(gè)三角形glColor3f(1.0,0.0,0.0);//設(shè)置頂點(diǎn)顏色 glVertex3f(-1.0,0.0,0.0);//頂點(diǎn)坐標(biāo) glColor3f(0.0,1.0,0.0); glVertex3f(0.0,1.0,0.0); glColor3f(0.0,0.0,1.0); glVertex3f(1.0,0.0,0.0);glEnd();……}四、實(shí)驗(yàn)習(xí)題1、用GDI工具繪制不同顏色、寬度、線型邊框，不同填充模式及顏色的矩形。2、用GDI工具繪制不同顏色、寬度、線型的折線，折線端點(diǎn)用數(shù)組事先存儲(chǔ)。3、用GDI工具繪制不同顏色、寬度、線型邊框，不同填充模式及顏色的橢圓。4、用OpenGL在MFC應(yīng)用程序中繪制不同顏色的多邊形。實(shí)驗(yàn)2基本光柵圖形生成一、實(shí)驗(yàn)要求和目的了解MFC常用繪圖函數(shù)；掌握用中點(diǎn)畫圓法繪制二次曲線的方法；掌握常用種子填充算法；掌握用OpenGL生成基本圖形的方法。二、相關(guān)知識(shí)提要1．常用MFC繪圖函數(shù)介紹繪圖函數(shù)都要求坐標(biāo)按邏輯坐標(biāo)給出。默認(rèn)時(shí)，圖形坐標(biāo)系統(tǒng)的左上角位于(0,0)處，邏輯單位為像素。下面介紹常用CDC類的畫圖成員函數(shù)，更多畫圖函數(shù)請(qǐng)參照MSDN。（1）設(shè)置像素（畫點(diǎn)）COLORREFSetPixel(intx,inty,COLORREFcrColor);COLORREFSetPixel(POINTpoint,COLORREFcrColor);（2）設(shè)置當(dāng)前位置CPointMoveTo(intx,inty);CPointMoveTo(POINTpoint);（3）畫直線BOOLLineTo(intx,inty);BOOLLineTo(POINTpoint);（4）畫弧BOOLArc(intx1,inty1,intx2,inty2,intx3,inty3,intx4,inty4);BOOLArc(LPCRECTlpRect,POINTptStart,POINTptEnd);邊界矩形由左上角參數(shù)(x1,y1)和右下角(x2,y2)或者lpRect定義，(x3,y3)或者ptStart是弧的起始點(diǎn)，(x4,y4)或者ptEnd是弧的終止點(diǎn)。（5）畫矩形BOOLRectangle(intx1,inty1,intx2,inty2);BOOLRectangle(LPCRECTlpRect);（6）畫橢圓或圓BOOLEllipse(intx1,inty1,intx2,inty2);BOOLEllipse(LPCRECTlpRect);（7）畫多邊形BOOLPolygon(LPPOINTlpPoints,intnCount);參數(shù)lpPoints為多邊形頂點(diǎn)數(shù)組地址，nCount為指定數(shù)組的頂點(diǎn)數(shù)。（8）用指定畫刷填充一個(gè)矩形區(qū)域，但不畫邊線voidFillRect(LPCRECTlpRect,CBrush*pBrush);（9）用指定畫刷填充一個(gè)封閉區(qū)域BOOLFloodFill(intx,inty,COLORREFcrColor);參數(shù)（x,y）是填充開始點(diǎn)坐標(biāo)，crColor是指定邊界顏色。該函數(shù)用當(dāng)前畫刷從邏輯點(diǎn)（x,y）開始填充某個(gè)crColor顏色邊界的區(qū)域，如果點(diǎn)（x,y）顏色為crColor，或者在區(qū)域外，則返回零。2．OpenGL生成基本圖形常用函數(shù)介紹（1）繪制點(diǎn)、線、多邊形OpenGL提供了描述點(diǎn)、線、多邊形的繪制機(jī)制。它們通過glBegin()函數(shù)和glEnd()函數(shù)配對(duì)完成。函數(shù)原型為：voidglBegin(GLenummode);voidglEnd();其中mode的取值決定了繪制圖形的類型，取值及含義如圖S2.1所示：圖S2.1幾何圖元類型圖形的頂點(diǎn)用glVertext2{fdsi}，或者glVertex3{fdsi}指定二維或者三維頂點(diǎn)。{}里面字符表示頂點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)類型，f—float，d—double，s—short，i—int。如glVertex3f(x,y,z)表示該頂點(diǎn)xyz坐標(biāo)為float型。頂點(diǎn)函數(shù)必須放在glBegin()和glEnd()函數(shù)之間。繪制多邊形時(shí)，頂點(diǎn)繪制的順序決定了多邊形面的方向，默認(rèn)情況下滿足右手螺旋法則，即頂點(diǎn)逆時(shí)針方向繪制時(shí)，右手大拇指方向?yàn)檎?。?）定義點(diǎn)的大小voidglPointSize(GLfloatsize)（3）設(shè)置直線寬度voidglLineWidth(GLfloatwidth);（4）設(shè)置線型voidglLineStipple(GLintfactor,GLushortpattern);其中factor表示線型模式重復(fù)因子，說明了用二進(jìn)制點(diǎn)的重復(fù)次數(shù)，pattern為線型，用二進(jìn)制來描述，1代表一個(gè)實(shí)點(diǎn)，0代表該像素處不畫直線。為了啟動(dòng)線型，繪制前須在OpenGL中使用glEnable(GL_LINE_STIPPLE)函數(shù)使設(shè)置的線型有效。（5）多邊形面控制函數(shù)voidglPolygonMode(GLenumface,GLenummode);face控制多邊形的正面和背面的繪圖方式：GL_FRONT_AND_BACK，正面和反面都畫；GL_FRONT，只畫正面；GL_BACK，只畫反面。Mode控制繪點(diǎn)、線框或填充多邊形：GL_POINT，用有一定間隔的點(diǎn)填充；GL_LINE，只畫多邊形邊框；GL_FILL，填充多邊形。默認(rèn)值：glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK,GL_FILL)（6）三維物體繪制函數(shù)voidglutWireSphere(GLdoubleradius,Glintslices,Glintstacks);voidglutSolidSphere(GLdoubleradius,Glintslices,Glintstacks);voidglutWireCube(GLdoublesize);voidglutSolidCube(GLdoublesize);voidglutWireTorus(GLdoubleinnerRadius,GLdoubleouterRadius,Glintnsides,Glintrings);voidglutSolidTours(GLdoubleinnerRadius,GLdoubleouterRadius,Glintnsides,Glintrings);voidglutWireDodecahedron(GLdoubleradius);voidglutSolidDodecahedron(GLdoubleradius);voidglutWireCone(GLdoubleradius,GLdoubleheight,GLintslices,Glintstacks);voidglutSolidCone(GLdoubleradius,GLdoubleheight,GLintslices,Glintstacks);voidglutWireTeapot(GLdoublesize);voidglutSolidTeapot(GLdoublesize);以上每組三維物體可以采用線框（Wire）和實(shí)體（Solid）兩種渲染模式，依次為球體，立方體，環(huán)，正十二面體，圓錐，茶壺。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及題目（1）建立2D折線類及對(duì)象①在VC++的My2D項(xiàng)目的類視圖中建立一個(gè)2D折線類C2DBrokenLine，含有成員變量顏色（COLORREFm_color）、頂點(diǎn)數(shù)量（intm_nVertexNum）、頂點(diǎn)表（CPointm_ptVertices[100]）。②在CMy2DView頭文件中添加包含文件#include"2DBrokenLine.h"。③在CMy2DView頭文件中添加成員變量：C2DBrokenLinem_2dbrokenline。（2）建立2D圓類及對(duì)象在VC++的My2D項(xiàng)目的類視圖中建立一個(gè)2D圓類C2DCircle，含有成員變量顏色、圓心、圓半徑。仿造（1）的步驟②③在CMy2DView中添加對(duì)象m_2dcircle。（3）建立2D多邊形類及對(duì)象在VC++的My2D項(xiàng)目的類視圖中建立一個(gè)2D多邊形類C2DPolygon，含有成員變量顏色、頂點(diǎn)數(shù)量、頂點(diǎn)表。仿造（1）的步驟②③在CMy2DView中添加對(duì)象m_2dpolygon。（4）建立3D向量類在VC++的My3D項(xiàng)目的類視圖中建立一個(gè)3D向量類CVector3，含有x、y、z三個(gè)成員變量floatm_x，floatm_y，floatm_z。（5）建立3D多邊形類及對(duì)象在VC++的My3D項(xiàng)目的類視圖中建立一個(gè)3D多邊形類C3DPolygon，含有成員變量顏色、頂點(diǎn)數(shù)量、頂點(diǎn)表（CVector3m_ptVertices[100]）。仿造（1）的步驟②③在CMy3DView中添加對(duì)象m_3dpolygon。另外，需將CVector3類的頭文件添加到C3Dpolygon類頭文件中。（6）建立3D茶壺類及對(duì)象在VC++的My3D項(xiàng)目的類視圖中建立一個(gè)3D茶壺類C3DTeapot，含有成員變量茶壺包圍球半徑floatm_fRoundRdius，茶壺位置CVector3m_position。仿造（5）的步驟在CMy3DView中添加對(duì)象m_3dteapot。（7）用GDI繪制2D折線在C2DBrokenLine類中定義成員函數(shù)voidDrawBrokenLinewithGDI(CDC*pDC)，實(shí)現(xiàn)用GDI繪制折線。（8）用Bresenham算法繪制2D折線①在C2DBrokenLine類中定義成員函數(shù)voidDrawLinewithMidPoint(CDC*pDC,CPointstartPt,CPointendPt)，實(shí)現(xiàn)用Bresenham算法繪制從點(diǎn)startPt到endPt繪制直線，算法中繪點(diǎn)函數(shù)用CDC類的成員函數(shù)SetPixel()。②在C2DBrokenLine類中定義成員函數(shù)voidDrawBrokenLinewithMidPoint(CDC*pDC)，在該函數(shù)中實(shí)現(xiàn)通過調(diào)用DrawLinewithMidPoint函數(shù)完成折線的繪制。注意：（7）~（8）要判斷折線頂點(diǎn)數(shù)是否合法（<100），合法則繪制，否則不繪制，直接返回。（9）用GDI繪制2D圓（不填充）在C2DCircle類中定義成員函數(shù)voidDrawCirclewithGDI(CDC*pDC)，實(shí)現(xiàn)用GDI繪制圓。（10）用中點(diǎn)畫圓算法繪制2D圓在C2DCircle類中定義成員函數(shù)voidDrawCirclewithMidPoint(CDC*pDC)，實(shí)現(xiàn)用中點(diǎn)畫圓算法繪制的圓。算法中繪點(diǎn)函數(shù)用CDC類的成員函數(shù)SetPixel()。（11）用GDI畫刷填充2D圓在C2DCircle類中定義成員函數(shù)voidDrawSolidCirclewithGDI(CDC*pDC,CPointcenterPt,intradius)，實(shí)現(xiàn)用GDI繪制實(shí)心圓。（12）種子填充算法填充2D圓在C2DCircle類中定義成員函數(shù)voidFillCirclewithSeed(CDC*pDC,CPointseed,COLORREFfilledcolor)，實(shí)現(xiàn)用種子填充算法填充繪制的圓。算法中繪點(diǎn)函數(shù)用CDC類的成員函數(shù)SetPixel()。注意：（9）~（12）要判斷圓半徑是否合法（>0），合法則繪制，否則不繪，直接返回。（13）用GDI繪制2D多邊形（不填充）在C2DPolygon類中定義成員函數(shù)voidDrawPolygonwithGDI(CDC*pDC)，實(shí)現(xiàn)用CDC類的Polygon函數(shù)繪制多邊形。（14）用OpenGL繪制線框3D多邊形在C3DPolygon類中定義成員函數(shù)voidDrawWirePolygonwithOpenGL()，實(shí)現(xiàn)用OpenGL繪制線框多邊形。（15）用OpenGL填充3D多邊形在C3DPolygon類中定義成員函數(shù)voidDrawSolidPolygonwithOpenGL()，實(shí)現(xiàn)用OpenGL繪制填充多邊形。注意：（13）~（15）要判斷多邊形頂點(diǎn)數(shù)是否合法，合法則繪制，否則不繪，直接返回。最后，在CMy2DView或CMy3DView的OnDraw()函數(shù)中調(diào)用相應(yīng)類對(duì)象繪制函數(shù)，完成繪制。實(shí)驗(yàn)3圖形變換一、實(shí)驗(yàn)要求和目的掌握二維、三維圖形幾何變換原理及實(shí)現(xiàn)方法；掌握OpenGL圖形變換實(shí)現(xiàn)方法；掌握OpenGL三維圖形觀察、裁減方法；二、相關(guān)知識(shí)提要幾何變換均可表示成的形式，其中，P為變換前圖形的規(guī)范化齊次坐標(biāo)，1．圖形幾何變換方法（1）點(diǎn)的變換將點(diǎn)表示為規(guī)范化齊次坐標(biāo)形式，然后乘以變換矩陣；（2）直線的變換直線的變換通過對(duì)直線兩端點(diǎn)進(jìn)行變換，從而改變直線的位置和方向。（3）多邊形的變換多邊形變換是將變換矩陣作用到每個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)位置，并按新的頂點(diǎn)坐標(biāo)值和當(dāng)前屬性設(shè)置來生成新的多邊形。（4）曲線的變換曲線的變換可以通過變換曲線上的每一點(diǎn)并依據(jù)這些點(diǎn)重新畫線來完成。但對(duì)某些特殊的曲線，該過程可以得到簡(jiǎn)化，如圓的平移和旋轉(zhuǎn)。2．常用圖形復(fù)合變換（1）相對(duì)任一參考點(diǎn)的幾何變換相對(duì)某個(gè)參考點(diǎn)作比例、旋轉(zhuǎn)幾何變換，其變換過程如下：①將參考點(diǎn)移至坐標(biāo)原點(diǎn)，此時(shí)進(jìn)行平移變換；②針對(duì)原點(diǎn)進(jìn)行幾何變換；③進(jìn)行反平移，將參考點(diǎn)又移回原來位置。（2）相對(duì)任意方向的幾何變換相對(duì)任意方向作比例、旋轉(zhuǎn)幾何變換，其變換過程如下：①先進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，使針對(duì)變換的方向與坐標(biāo)軸重合；②針對(duì)坐標(biāo)軸進(jìn)行幾何變換；③進(jìn)行反方向旋轉(zhuǎn)，以回復(fù)到原來的方向。3．OpenGL坐標(biāo)變換機(jī)制（1）OpenGL三維圖形的顯示變換步驟如圖S3.1。圖S3.1OpenGL三維圖形的顯示變換步驟（2）OpenGL中與變換有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)OpenGL實(shí)現(xiàn)了將物體的各個(gè)頂點(diǎn)通過各種變換矩陣的作用映射到屏幕上的過程。其中與變換有關(guān)的矩陣有ModelView矩陣、Projection矩陣。Projection矩陣描述怎樣從三維空間變換到屏幕坐標(biāo)，而ModelView矩陣描述物體的旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等變換。調(diào)用變換命令前，需聲明其后矩陣操作的對(duì)象，用命令glMatrixMode定義，原型為：voidglMatrixMode(GLenummode)當(dāng)mode為GL_MODELVIEW時(shí)，表示對(duì)ModelView矩陣操作，如果為GL_PROJECTION，表示對(duì)Projection矩陣操作，系統(tǒng)默認(rèn)對(duì)ModelView矩陣操作。OpenGL矩陣堆棧用來保存和恢復(fù)矩陣的狀態(tài)，用于具有層次結(jié)構(gòu)的模型繪制中，以提高繪圖效率，與變換有關(guān)的矩陣堆棧有ModelView矩陣堆棧和Projection矩陣堆棧。OpenGL提供glPushMatrix()和glPopMatrix()兩條命令進(jìn)行矩陣堆棧操作。（3）OpenGL中ModelView坐標(biāo)變換機(jī)制Model變換相當(dāng)于確定被攝物體在場(chǎng)景中擺放方式，相當(dāng)于幾何變換。View變換相當(dāng)于在照相時(shí)相機(jī)的位置和拍攝方向，相當(dāng)于坐標(biāo)變換，這兩者的操作是等價(jià)的，因而在OpenGL中用同一個(gè)ModelView矩陣表示。（4）OpenGL中ModelView變換方法進(jìn)行視點(diǎn)變換和模型變換前，必須調(diào)用glMatrixMode(GL_MODELVIEW)，申請(qǐng)以下變換命令只能改變ModelView矩陣。Model變換函數(shù)：平移變換：voidglTranslate{fd}(TYPEx,TYPEy,TYPEz)；旋轉(zhuǎn)變換：voidglRotate{fd}(TYPEangle,TYPEx,TYPEy,TYPEz)；縮放變換：voidglScale{fd}(TYPEx,TYPEy,TYPEz)。注意：以上角度單位為度。4．View變換函數(shù)View變換一般是平移和旋轉(zhuǎn)的組合。視點(diǎn)變換的實(shí)現(xiàn)可以有以下幾種方法，也可以直接使用視點(diǎn)在原點(diǎn)，方向指向z軸負(fù)方向的默認(rèn)設(shè)置。①使用模型變換命令glTranslate*()和glRotate*()。②利用OpenGL應(yīng)用程序庫函數(shù)gluLookAt()定義視點(diǎn)位置和視線方向。gluLookAt()函數(shù)原型：voidgluLookAt(GLdoubleeyex,GLdoubleeyey,GLdoubleeyez,GLdoublecenterx,GLdoublecentery,GLdoublecenterz,GLdoubleupx,GLdoubleupy,GLdoubleupz)視點(diǎn)由參數(shù)eyex、eyey、eyez確定，觀察點(diǎn)由參數(shù)centerx、centery、centerz確定，參數(shù)upx、upy、upz指定向上的方向。5．OpenGL投影變換voidgluPerspective(GLdouble,fovy,GLdoubleaspect,GLdoublezNear,GLdoublezFar)通過指定x-z平面內(nèi)的視角大小及寬高比aspect=w/h來確定沿視線方向的棱錐，并通過指定遠(yuǎn)、近剪切面與視點(diǎn)間的距離來截?cái)嗬忮F，從而確定視景體大小。gluPerspective()只能建立沿視線方向關(guān)于x，y軸都對(duì)稱的視景體，zNear、zFar的值均為正值。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1．OpenGL透視投影觀察①三維觀察采用透視投影，在CMy3DView的OnSize消息響應(yīng)函數(shù)中繼續(xù)添加如下代碼：voidCMy3DView::OnSize(UINTnType,intcx,intcy){ CView::OnSize(nType,cx,cy); if(0>=cx||0>=cy) return; //selectthefullclientarea ::glViewport(0,0,cx,cy); GLdoubleaspect_ratio;//width/heightratio //計(jì)算寬高比 aspect_ratio=(GLdouble)cx/(GLdouble)cy; //選擇投影變換模式 ::glMatrixMode(GL_PROJECTION); ::glLoadIdentity(); //設(shè)置視景體 ::gluPerspective(45.0f,aspect_ratio,1.0f,1000.0f); //切換到模型視圖變換模式 ::glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity();}②修改CMy3DView中DrawOGLScene()函數(shù)，放置照相機(jī)位置和視線方向：voidCMy3DView::DrawOGLScene(){ glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); //設(shè)置攝像機(jī)位置和視線方向 gluLookAt(0,0,2,0,0,0,0,1,0); //此處添加場(chǎng)景渲染代碼 glFinish(); SwapBuffers(m_pDC->GetSafeHdc());}至此完成OpenGL中三維觀察的設(shè)置。四、實(shí)驗(yàn)習(xí)題（1）折線的平移、旋轉(zhuǎn)在C2DBrokenLine類里添加成員函數(shù)voidTranslateBrokenLine(intx,inty,intz)，根據(jù)圖形幾何變換矩陣實(shí)現(xiàn)折線在GDI環(huán)境中的平移；在C2DBrokenLine類里添加成員函數(shù)voidRotateBrokenLine(CPointcenter,floatangle)，根據(jù)圖形幾何變換矩陣實(shí)現(xiàn)折線在GDI環(huán)境中繞中心點(diǎn)center，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)angle角度。（2）圓的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放在C2DCircle類里添加成員函數(shù)voidTranslateCircle(intx,inty,intz)，根據(jù)圖形幾何變換矩陣實(shí)現(xiàn)圓在GDI環(huán)境中的平移；在C2DCircle類里添加成員函數(shù)voidRotateCircle(CPointcenter,floatangle)，根據(jù)圖形幾何變換矩陣實(shí)現(xiàn)圓在GDI環(huán)境中繞中心點(diǎn)center，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)angle角度；在C2DCircle類里添加成員函數(shù)voidScaleCircle(CPointcenter,intxS,intyS,intzS)，根據(jù)圖形幾何變換矩陣實(shí)現(xiàn)圓在GDI環(huán)境中以點(diǎn)center為中心，x，y，z方向縮放比例依次為xS，yS，zS的縮放。（3）多邊形的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放在C2DPolygon類里添加成員函數(shù)voidTranslatePolygon(intx,inty,intz)，根據(jù)圖形幾何變換矩陣實(shí)現(xiàn)多邊形在GDI環(huán)境中的平移；在C2DPolygon類里添加成員函數(shù)voidRotatePolygon(CPointcenter,floatangle)，根據(jù)圖形幾何變換矩陣實(shí)現(xiàn)多邊形在GDI環(huán)境中繞中心點(diǎn)center，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)angle角度。在C2DPolygon類里添加成員函數(shù)voidScalePolygon(CPointcenter,intxS,intyS,intzS)，根據(jù)圖形幾何變換矩陣實(shí)現(xiàn)多邊形在GDI環(huán)境中以點(diǎn)center為中心，x，y，z方向縮放比例依次為xS，yS，zS的縮放。（4）OpenGL中三維圖形的幾何變換在DrawOGLScene函數(shù)中添加glutWireTeapot函數(shù)繪制m_teapot，然后在glutWireTeapot函數(shù)前面添加OpenGL的Model變換函數(shù)，觀察茶壺位置變化。實(shí)驗(yàn)4交互式繪圖技術(shù)一、實(shí)驗(yàn)要求和目的掌握MFC下菜單、鼠標(biāo)、鍵盤事件驅(qū)動(dòng)編程方法；掌握橡皮筋交互式繪圖技術(shù)；掌握OpenGL下利用Model變換函數(shù)，通過鼠標(biāo)鍵盤觀察三維場(chǎng)景。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1．用模態(tài)對(duì)話框在GDI環(huán)境中繪制2D圓①在CMy2DView類中添加成員變量UINTm_uDrawType，控制繪制圖元類型。m_uDrawType=0畫圓，m_uDrawType=1畫折線，m_uDrawType=2畫多邊形，在CMy2DView構(gòu)造函數(shù)中令m_uDrawType=0。②添加C2DCircle成員函數(shù)voidCreate(CPointcenter,UINTradius,COLORREFcolor)，函數(shù)代碼如下：voidC2DCircle::Create(CPointcenter,UINTradius,COLORREFcolor){ m_nCenter=center;//圓心 m_uRadius=radius;//半徑 m_color=color;//圓的顏色}③切換到My2D項(xiàng)目下的“Resource（資源）”欄，選擇Menu下的ID_MAINFRAME，打開菜單編輯欄，增加“繪圖”菜單項(xiàng)，在“繪圖”菜單下增加子菜單“圓”，ID為ID_DRAW_2D_CIRCLE。④鼠標(biāo)右擊“Resource（資源）”欄的“Dialog”文件夾，在彈出菜單中選擇“InsertDialog”，增加一個(gè)對(duì)話框。鼠標(biāo)右擊新增的對(duì)話框邊框，在彈出菜單中選擇“Properties（屬性）”，在屬性對(duì)話框中修改ID為“IDD_DIALOG_CIRCLE”，Caption（標(biāo)題）為“畫圓”。⑤在左邊“Control”工具欄中選擇工具，并將之拖動(dòng)到新增的畫圓對(duì)話框中，并命名為“半徑”；在“Control”工具欄中選擇工具，拖到畫圓對(duì)話框中，打開其屬性對(duì)話框后將ID改為“IDC_EDIT_RADIUS”。以同樣方法增加圓心坐標(biāo)：“X坐標(biāo)”，“Y坐標(biāo)”，顏色分量：“RED”，“GREEN”，“BLUE”，ID分別為“IDC_EDIT_COORD_X”，“IDC_EDIT_COORD_Y”，“IDC_EDIT_COLOR_RED”，“IDC_EDIT_COLOR_GREEN”，“IDC_EDIT_COLOR_BLUE”。最后增加組框（GroupBox）控件，并將各控件布局如圖S4.1：圖S4.1畫圓對(duì)話框⑥右鍵單擊畫圓對(duì)話框，在彈出菜單中選擇“ClassWinzard…”，再選擇“Createanewclass”，確定后為畫圓對(duì)話框建立一個(gè)對(duì)話框類，類名為CDlgDrawCircle，基類為CDialog（默認(rèn)）。確定后在打開的“MFCClasswizard”對(duì)話框中選擇“成員變量（MemberVariables）”頁面，雙擊除IDOK和IDCANCEL以外的每個(gè)控件ID號(hào)，為各個(gè)控件添加相應(yīng)的成員變量，各變量命名和類型如表S4.1所示：表S4.1畫圓對(duì)話框成員變量表控件ID數(shù)據(jù)類型變量名數(shù)據(jù)范圍IDC_EDIT_COORD_Xintm_nCoord_XIDC_EDIT_COORD_Yintm_nCoord_YIDC_EDIT_RADIUSUINTm_uRadiusIDC_EDIT_REDUINTm_uRed0~255IDC_EDIT_GREENUINTm_uGreen0~255IDC_EDIT_BLUEUINTm_uBlue0~255⑦在CMy2DView的實(shí)現(xiàn)文件（My2DView.cpp）的文件頭部添加包含文件：#include"DlgDrawCircle.h"。右鍵單擊“繪圖”下的“圓”子菜單，在彈出菜單中，選擇“ClassWinzard…”，打開MFCClassWizard對(duì)話框，在“ObjectIDs:”列表框中選擇ID_DRAW_2D_CIRCLE，在“Classname:”下拉表框中選擇CMy2DView，在“Message:”列表框中雙擊COMMAND，在彈出的對(duì)話框中選擇“OK”，再選擇“EditCode”按鈕。這樣我們?yōu)椤皥A”添加了菜單響應(yīng)函數(shù)OnDraw2DCircle()，我們?cè)谄渲刑砑尤缦麓a：voidCMy2DView::On2DDrawCircle(){ CDlgDrawCircletheDlg;//創(chuàng)建一個(gè)繪圓對(duì)話框 if(theDlg.DoModal()==IDOK)//建立一個(gè)模態(tài)對(duì)話框，如果對(duì)話框?yàn)椤癘K”狀態(tài) {m_uDrawType=0;//畫圓 //將對(duì)話框里的值賦給CMy2DView類的圓對(duì)象 m_2dcircle.Create(CPoint(theDlg.m_nCoord_X,theDlg.m_nCoord_Y),theDlg.m_uRadius,RGB(theDlg.m_uRed,theDlg.m_uGreen,theDlg.m_uBlue)); Invalidate(TRUE); }}⑧修改CMy2DView類的OnDraw()函數(shù)代碼如下：voidCMy2DView::OnDraw(CDC*pDC){ CMy2DDoc*pDoc=GetDocument(); ASSERT_VALID(pDoc); m_2dcircle.DrawCirclewithGDI(pDC);//畫圓}⑨編譯運(yùn)行。2．橡皮筋方式繪制2D折線實(shí)現(xiàn)功能：選擇菜單欄“繪圖/折線”菜單后，鼠標(biāo)左鍵按下開始繪制并確定折線頂點(diǎn)，移動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)以橡皮筋方式顯示下一段折線段位置，右鍵按下結(jié)束繪制。步驟：①在CMy2DView類的頭文件中添加成員變量如下：intm_nMouseLButtonDownNum;//記錄鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊客戶區(qū)次數(shù)CPointm_TempLineStartPos;//交互式繪圖時(shí)折線段起點(diǎn)CPointm_TempMovePos;//交互式繪圖時(shí)鼠標(biāo)移動(dòng)點(diǎn)在CMy2DView類的構(gòu)造函數(shù)中令m_nMouseLButtonDownNum=0②切換到My2D項(xiàng)目下的“Resource（資源）”欄，選擇Menu下的ID_MAINFARME，打開菜單編輯欄，在“繪圖”菜單下增加子菜單“折線”，ID為ID_DRAW_2D_BROKENLINE。③利用ClassWinzard為“繪圖”下的“折線”子菜單在CMy2DVi