山东科技大学计算机图形学实验指导书.docx
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山东科技大学计算机图形学实验指导书
计算机图形学
实验指导书
张晓庆
信息科学与工程学院
2010年5月
目录
实验一环境设置（2学时）
实验二直线和圆的生成算法（2学时）
实验三填充和裁剪算法（4学时）
实验四（选择1）二维图形的几何变换（2学时）
实验四（选择2）真实感图形的绘制（2学时）
实验一环境设置（2学时）
一、实验目的
1．掌握图形驱动程序及图形模式的基本概念，掌握图形初始化方法；
2．掌握TurboC进行图形程序设计的基本方法；
3．了解TurboC的图形功能，了解常见的图形库函数；
4．初步了解OpenGL程序设计结构；了解OpenGL的基本数据类型、核心函数及辅助函数的使用。
二、实验要求
1．图形系统初始化；
2．综合应用TurboC中图形库函数，进行图形设计与绘制；
3．熟悉TurboC和OpenGL开发环境，要求会对程序进行编辑，编译，调试（包括分步，断点设置等调试手段）。
三、实验内容
1．图形系统初始化
#include
include
include
include
intmain（void）
{
intgdriver=DETECT,gmode=0;
initgraph（&gdiver,&gmode,”C:
\\BC31\\BGI”）;//进行图形初始化，//图形卡的采用自动检//测模式，同时//假设BC系统安装在C盘的BC31子目//录下。
setcolor（4）;//设定当前前景色为红色
circle（300,300,100）;//以点（300，300）为圆心，100为半径画//圆周。
setcolor
（2）;//设定当前前景色为绿色
line（100,100,100,600）;//在点（100,100）和点（100,600）之间画一条//直线段，并和以下三句结合，画出长为//500宽为400的矩形。
line（100,500,500,500）;
line（500,500,500,100）;
line（500,100,100,100）;
getch（）;//从键盘上获取一个字符，在此表示暂停，供//操作者观察图形。
closegrap（）;//关闭图形模式。
}
2．综合应用TurboC中图形库函数，进行图形设计与绘制
TurboC的库函数见附录A
3.这次试验的目的主要是使大家初步熟悉OpenGL这一图形系统的用法，编程平台是VisualC++，它对OpenGL提供了完备的支持。
OpenGL提供了一系列的辅助函数，用于简化Windows操作系统的窗口操作，使我们能把注意力集中到图形编程上，这次试验的程序就采用这些辅助函数。
（1）、在VC中新建项目
∙新建一个项目。
选择菜单File中的New选项，弹出一个分页的对话框，选中页Projects中的Win32ConsoleApplication项，然后填入你自己的Projectname，如Test，回车即可。
VC为你创建一个工作区（WorkSpace），你的项目Test就放在这个工作区里。
∙为项目添加文件
为了使用OpenGL，我们需要在项目中加入三个相关的Lib文件：
glu32.lib、glaux.lib、opengl32.lib，这三个文件位于c:
\programfiles\MicrosoftVisualStudio\vc98\lib目录中。
选中菜单Project->AddToProject->Files项（或用鼠标右键），把这三个文件加入项目，在FileView中会有显示。
这三个文件请务必加入，否则编译时会出错。
或者将这三个文件名添加到Project->Setting->Link->Object/libraryModules即可。
点击工具条中NewTextFile按钮，新建一个文本文件，存盘为Test.c作为你的源程序文件，再把它加入到项目中，然后就可以开始编程了。
#include
#include
#include
#include
//初始化OpenGL场景
voidmyinit（void）
{
glClearColor（0.0,0.0,0.0,0.0）;//将背景置成黑色
glShadeModel（GL_FLAT）;//设置明暗处理
}
//用户的绘图过程
voidCALLBACKdisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT）;
//清除缓存
glBegin（GL_LINES）;//开始画一根白线
glColor3f（1.0f,1.0f,1.0f）;
//设置颜色为白色
//设置第一根线的两个端点，请注意：
OpenGL坐标系的原点是在屏幕左下角
glVertex2f（10.0f,50.0f）;
glVertex2f（110.0f,50.0f）;
glColor3f（1.0f,0.0f,0.0f）;
//设置颜色为红色
//设置第二根线的两个端点
glVertex2f（110.0f,50.0f）;
glVertex2f（110.0f,150.0f）;
glEnd（）;//画线结束
glFlush（）;//绘图结束
}
//
//主过程：
//初始化Windows的窗口界面
//并初始化OpenGL场景，绘图
intmain（intargc,char**argv）
{
auxInitDisplayMode（AUX_RGB）;
//初始化显示模式，采用RGB彩色系统。
auxInitPosition（0,0,400,150）;//初始化窗口位置、大小
auxInitWindow（"DisplayLists"）;//初始化窗口，设置标题
myinit（）;
auxMainLoop（display）;
//循环运行display过程，display由用户编写
return（0）;
}
（2）、程序说明
每个函数的具体含义在程序注释中已作了叙述，不再多说。
OpenGL的函数在格式上很有特点，它以gl为前缀，并且函数名的最后一个字母指出所用的数据类型，如：
glColor3f（），字母f指明要使用浮点数。
字母前的数字指明参数个数或指明二维还是三维，如：
glVertex2f（）是要设置二维的点。
OpenGL采用的是状态机的方式，用户设定一种状态，程序照此运行。
如：
glBegin（GL_LINES）设定画线状态（GL_LINES是OpenGL已定义好的常量），glColor3f（）设定绘图所用颜色。
main（）函数中的几个aux前缀函数是OpenGL提供的辅助库，用以初始化窗口，大家不必深究，我们关注的是display（）函数，它是我们真正绘图的地方。
函数glColor3f（）以RGB方式设置颜色，格式为：
glColor3f（red，green，blue），每种颜色值在（0.0,1.0）之间。
为了能显示更多的颜色，最好把系统设置成16位真彩色模式。
函数glVertex2f（x,y）设置二维顶点。
函数glBegin（UINTState）、glEnd（）是最基本的作图函数，下面对它作一介绍。
如上所述，OpenGL是一个状态机，glBegin（UINTState）可以设定如下状态：
GL_POINTS画点
GL_LINES画线，每两个顶点（Vertex）为一组
GL_LINE_STRIP画线，把若干个顶点顺次连成折线
GL_LINE_LOOP画线，把若干个顶点顺次连成封闭折线
GL_TRIANGLES画三角形，每三个顶点为一组
GL_QUADS画四边形，每四个顶点为一组
GL_POLYGON画多边形
还有GL_TRIANGLE_STRIP,GL_TRIANGLE_FAN,GL_QUADS_STRIP等等。
大家可以把每一种状态都试一试。
程序可以有多组glBegin（）、glEnd（）并列的形式，如：
......
glBeing（GL_LINES）;
......
glEnd（）;
glBeing（GL_QUADS）;
......
glEnd（）;
......
除了上述的基本图元外，函数glRectf（x1,y1,x2,y2）可以画一个矩形，但这个函数不能放在glBegin（）和glEnd（）之间，下面的两句程序是画一个蓝色的矩形。
glColor3f（0.0f,0.0f,1.0f）;
glRectf（10.0f,10.0f,50.0f,50.0f）;
实验二直线和圆的生成算法（2学时）
一、实验目的
1.通过实现三种直线和圆生成算法对算法原理加深理解。
2.熟悉TurboC开发环境，要求会对程序进行编辑，编译，调试（包括分步，断点设置等调试手段）。
二、实验要求
在TurboC环境下实现三种直线生成算法。
三、实验内容
1）对逐点比较法、DDA算法、Bresenham算法进行理解。
2）画出程序流程图；
3）编写程序的源程序；
4）编辑源程序并进行调试；
5）进行特殊模式的运行测试，并结合情况进行调整；
6）打印源程序或把源程序以文件的形式提交。
四、实验报告
1）按实验报告册格式书写实验报告；
2）提交源程序文件或打印件。
五、建立工程步骤
1.在visualc++.net中使用opnengl,建立项目的步骤：
2、在visualc++中的建立控制台项目的步骤：
实验三填充和裁剪算法（4学时）
一、实验目的
1.加深对填充算法的理解。
2.综合运用以前学过数据结构和算法设计知识。
2.熟悉TurboC开发环境，要求会对程序进行编辑，编译，调试（包括分步，断点设置等调试手段）。
二、实验要求
在TurboC环境下实现扫描线种子填充算法和Y-X算法。
三、实验内容
1）对扫描线种子填充算法和Y-X算法、编码裁剪算法、中点分割裁剪算法进行复习理解进行复习理解。
2）画出程序流程图；
3）编写程序的源程序；
4）编辑源程序并进行调试；
5）打印源程序或把源程序以文件的形式提交。
四、实验报告
1）按实验报告册格式书写实验报告；
2）提交源程序文件或打印件。
五、建立win32应用程序工程。
1、visualc++ 6.0下的界面
接下来，请按实验二中的方法给上面建立的空项目添加文件“recursion.cpp”，由于同学们初次接触WIN32编程，所以对于下文中很多代码可暂时不要求理解，重点了解红色代码。
递归算法源码如下：
//INCLUDES///////////////////////////////////////////////
#defineWIN32_LEAN_AND_MEAN//justsaynotoMFC
#include//includeallthewindowsheaders
#include//includeusefulmacros
//DEFINES////////////////////////////////////////////////
//definesforwindows
#defineWINDOW_CLASS_NAME"WINCLASS1"
#defineWINDOW_WIDTH400
#defineWINDOW_HEIGHT300
//GLOBALS////////////////////////////////////////////////
HWNDmain_window_handle=NULL;//globallytrackmainwindow
HINSTANCEhinstance_app=NULL;//globallytrackhinstance
voidBoundaryFill4（HDC,int,int,COLORREF,COLORREF）;
//FUNCTIONS//////////////////////////////////////////////
LRESULTCALLBACKWindowProc（HWNDhwnd,
UINTmessage,
WPARAMwParam,
LPARAMlParam）
{
//thisisthemainmessagehandlerofthesystem
HDChdc;//handletoadevicecontext
HPENhnewpen;
HPENholdpen;
//whatisthemessage
switch（message）
{
caseWM_RBUTTONDOWN:
hdc=GetDC（hwnd）;
hnewpen=CreatePen（PS_SOLID,1,RGB（0,255,0））;
holdpen=（HPEN）SelectObject（hdc,hnewpen）;
//构造多边形
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;
caseWM_LBUTTONDOWN:
hdc=GetDC（hwnd）;BoundaryFill4（hdc,LOWORD（lParam）,HIWORD（lParam）,RGB（0,255,0）,RGB（255,0,0））;
//releasethedc
ReleaseDC（hwnd,hdc）;
return（0）;
break;
caseWM_DESTROY:
{
//killtheapplication,thissendsaWM_QUITmessage
PostQuitMessage（0）;
//returnsuccess
return（0）;
}break;
default:
break;
}//endswitch
//processanymessagesthatwedidn'ttakecareof
return（DefWindowProc（hwnd,message,wParam,lParam））;
}//endWinProc
//WINMAIN////////////////////////////////////////////////
intWINAPIWinMain（HINSTANCEhinstance,
HINSTANCEhprevinstance,
LPSTRlpcmdline,
intncmdshow）
{
WNDCLASSEXwinclass;//thiswillholdtheclasswecreate
HWNDhwnd;//genericwindowhandle
MSGmessage;//genericmessage
//firstfillinthewindowclassstucture
winclass.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.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）;
//savehinstanceinglobal
hinstance_app=hinstance;
//registerthewindowclass
if（!
RegisterClassEx（&winclass））
return（0）;
//createthewindow
if（!
（hwnd=CreateWindowEx（NULL,//extendedstyle
WINDOW_CLASS_NAME,//class
"ScanlineFillDemo",//title
WS_OVERLAPPEDWINDOW|WS_VISIBLE,
0,0,//initialx,y
WINDOW_WIDTH,//initialwidth
WINDOW_HEIGHT,//initialheight
NULL,//handletoparent
NULL,//handletomenu
hinstance,//instanceofthisapplication
NULL）））//extracreationparms
return（0）;
//savemainwindowhandle
main_window_handle=hwnd;
while（GetMessage（&message,NULL,0,0））
{
//translateanyacceleratorkeys
TranslateMessage（&message）;
//sendthemessagetothewindowproc
DispatchMessage（&message）;
}//endwhile
//returntoWindowslikethis
return（message.wParam）;
}//endWinMain
///////////////////////////////////////////////////////////
voidBoundaryFill4（HDChdc,intx,inty,COLORREFboundarycolor,COLORREFnewcolor）
{
COLORREFcolor;
color=GetPixel（hdc,x,y）;
if（（color!
=boundarycolor）&&（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
更改项目中recursion.cpp文件代码：
1）声明函数
voidBoundaryFill4（HDC,int,int,COLORREF,COLORREF）;
2）修改LRESULTCALLBACKWndProc（HWNDhWnd,UINTmessage,WPARAMwParam,LPARAMlParam）函数中代码，把visualc++6.0介绍的recursion.cpp中的WndProc函数体复制即可。
3）在recursion.cpp文件末尾添加BoundaryFill4函数。
2.
下面的程序绘制的是一个简单的太阳系，其中包括一个太阳和一颗行星，它们使用线框球体绘制函数实现。
当按下键盘“D”或“d”时，行星将实现自转；按下键盘“Y”或“y”时，行星将绕太阳公转。
请同学们认真读懂每一段代码，然后试着修改这段程序，实现
1）将行星的中心倾斜；
2）给行星加上卫星。
#include
#include
staticintyear=0,day=0;
voidinit（void）
{
glClearColor（0.0,0.0,0.0,0.0）;
glShadeModel（GL_FLAT）;
}
voiddisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;
glColor3f（1.0,1.0,1.0）;
glPushMatrix（）;
//glutWireSphere中第一、二、三个参数分别表示半径，经度线数、纬度线数
glutWireSphere（1.0,20,16）;/*drawsun*/
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）;/*drawsmallerplanet*/
glPopMatrix（）;
glutSwapBuffers（）;
}
voidreshape（intw,inth）
{
glViewport（0,0,（GLsizei）w,（GLsizei）h）;
gl
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