图形学实验报告.docx
《图形学实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《图形学实验报告.docx（44页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
图形学实验报告
图形学实验报告
计
算
机
图
形
学
实验指导书
学号：
1441901105
姓名：
谢卉
实验一：
图形的几何变换
实验学时：
4学时
实验类型：
验证
实验要求：
必修
一、实验目的
二维图形的平移、缩放、旋转和投影变换（投影变换可在实验三中实现）等是最基本的图形变换，被广泛用于计算机图形学的各种应用程序中，本实验通过算法分析以及程序设计实验二维的图形变换，以了解变换实现的方法。
如可能也可进行裁剪设计。
二、实验内容
掌握平移、缩放、旋转变换的基本原理，理解线段裁剪的算法原理，并通过程序设计实现上述变换。
建议采用VC++实现OpenGL程序设计。
三、实验原理、方法和手段
1．图形的平移
在屏幕上显示一个人或其它物体（如图1所示），用交互操作方式使其在屏幕上沿水平和垂直方向移动Tx和Ty，则有
x’=x+Txy’=y+Ty
其中：
x与y为变换前图形中某一点的坐标，x’和y’为变换后图形中该点的坐标。
其交互方式可先定义键值，然后操作功能键使其移动。
2．图形的缩放
在屏幕上显示一个帆船（使它生成在右下方），使其相对于屏幕坐标原点缩小s倍（即x方向和y方向均缩小s倍）。
则有：
x’=x*sy’=y*s
注意：
有时图形缩放并不一定相对于原点，而是事先确定一个参考位置。
一般情况下，参考点在图形的左下角或中心。
设参考点坐标为xf、yf则有变换公式
x’=x*Sx+xf*（1-Sx）=xf+（x-xf）*Sx
y’=y*Sy+yf*（1-Sy）=yf+（y-yf）*Sy
式中的x与y为变换前图形中某一点的坐标，x’和y’为变换后图形中该点的坐标。
当Sx>1和Sy>1时为放大倍数，Sx<1和Sy<1时为缩小倍数（但Sx和Sy必须大于零）。
3．图形的旋转
在屏幕上显示一个汽车，根据自己确定的旋转角度和旋转中心对图形进行旋转。
旋转公式为
x’=xf+（x-xf）*cos（angle）-（y-yf）*sin（angle）
y’=yf+（y-yf）*cos（angle）+（x-xf）*sin（angle）
其中：
xf,yf为围绕旋转的中心点的坐标。
x,y为旋转前图形中某点的坐标，x’和y’为旋转后图形中该点的坐标。
4．裁剪
对一个三角形进行裁剪，裁剪后的图形应是一个封闭的图形。
可采用线段裁剪法，其方法可用书上的线段相交求点的公式，确定可见线段予以保存，不在窗口的线段则应舍弃。
图1
四、实验组织运行要求
本实验采用集中授课形式，每个同学独立完成上述实验要求。
五、实验条件
每人一台计算机独立完成实验。
六、实验步骤
（1）将图形显示在初始位置。
（2）对图形各点按变换表达式作坐标变换，计算出各点变换后的相应点的坐标。
（3）将原来的图形抹去。
（4）在新的位置显示图形。
七、程序代码
平移缩放
//test1.cpp:
定义控制台应用程序的入口点。
//
#include"stdafx.h"
#include"gl/glut.h"
#include"math.h"
#include
floatwidth,highth,angle;
voidinit（void）//画正方形
{
glClearColor（1.0,1.0,1.0,0.0）;//背景颜色
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;//投影
gluOrtho2D（0.0,600.0,0.0,600.0）;//参数分别代表（左下角x坐标，右上角x坐标，左下角y坐标，右上角y坐标）
}
voiddisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;
glColor3f（0.0,1.0,1.0）;//矩形颜色
glBegin（GL_POLYGON）;
glTranslatef（0,0,0）;
glRotatef（angle,0,0,1）;
glVertex2f（100.0f+width,100.0f+highth）;//用来画点
glVertex2f（100.0f+width,300.0f+highth）;
glVertex2f（300.0f+width,300.0f+highth）;
glVertex2f（300.0f+width,100.0f+highth）;
glEnd（）;
glFlush（）;
}
voidmySpecialKeyboard（intkey,intx,inty）
{
if（key==GLUT_KEY_RIGHT）
width+=5;
if（key==GLUT_KEY_LEFT）
width-=5;
if（key==GLUT_KEY_UP）
highth+=5;
if（key==GLUT_KEY_DOWN）
highth-=5;
glutPostRedisplay（）;
}
voidmyKeyboard（unsignedcharkey,intx,inty）
{
if（key=='c'||key=='C'）
exit（0）;
glutPostRedisplay（）;
}
voidmymouse（intbutton,intstate,intx,inty）//鼠标控制缩放
{
if（state==GLUT_DOWN）
{
if（button==GLUT_LEFT_BUTTON）
{
glScalef（0.5,0.5,0.0）;
display（）;
}
elseif（button==GLUT_RIGHT_BUTTON）
{
glScalef（1.5,1.5,0.0）;
display（）;
}
glutPostRedisplay（）;//重新调用绘制函数
}
return;
}
voidmain（intargc,char**argv）
{
glutInit（&argc,argv）;
glutInitDisplayMode（GLUT_SINGLE|GLUT_RGB）;
glutInitWindowPosition（50,50）;
glutInitWindowSize（600,600）;
glutCreateWindow（"方向键控制平移，鼠标控制缩放"）;
init（）;
glutDisplayFunc（display）;
glutSpecialFunc（mySpecialKeyboard）;
glutMouseFunc（&mymouse）;
glutKeyboardFunc（myKeyboard）;
glutMainLoop（）;
}
旋转
#include"stdafx.h"
#include
#include
#include"stdlib.h"
#defineDEG_TO_RAD0.017453//角度转为弧度的参数，即2*PI/360
floattheta=30.0;//直线与X轴正方向的夹角
floatlength=200.0;//直线的长度
floatx=300.0,y=200.0;//直线的第一个端点
voidinit（void）
{
glClearColor（1.0,1.0,1.0,0.0）;
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;
gluOrtho2D（0.0,640.0,0.0,480.0）;
}
voiddisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;
glColor3f（0.0,1.0,1.0）;
glBegin（GL_POLYGON）;
glVertex2f（x,y）;
glVertex2f（x+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（）;//交换前后台缓存
}
/*voididleFunc（）
{
theta+=0.1;
if（theta>360）theta-=360;
glutPostRedisplay（）;//重新调用绘制函数
}*/
voidmyKeyboard（unsignedcharkey,intx,inty）
{
if（key=='a'||key=='A'）
theta+=5.0;
if（key=='s'||key=='S'）
theta-=5.0;
if（key=='c'||key=='C'）
exit（0）;
if（theta>360）theta-=360;
if（theta<0）theta+=360;
glutPostRedisplay（）;//重新调用绘制函数
}
voidmain（intargc,char**argv）
{
glutInit（&argc,argv）;
glutInitDisplayMode（GLUT_DOUBLE|GLUT_RGB）;
glutInitWindowPosition（100,100）;
glutInitWindowSize（640,480）;
glutCreateWindow（"A键左转，S键右转"）;
init（）;
glutDisplayFunc（display）;
glutKeyboardFunc（myKeyboard）;
//glutIdleFunc（idleFunc）;//指定空闲回调函数
glutMainLoop（）;
}
八、实验结果
实验二：
图形的区域填充
实验学时：
4学时
实验类型：
验证
实验要求：
必修
一、实验目的
区域填充是指先将区域内的一点（常称为种子点）赋予给定颜色，然后将这种颜色扩展到整个区域内的过程。
区域填充技术广泛应用于交互式图形、动画和美术画的计算机辅助制作中。
本实验采用递归填充算法或扫描线算法实现对光栅图形的区域填充。
通过本实验，可以掌握光栅图形编程的基本原理和方法。
二、实验内容
掌握光栅图形的表示方法，实现种子算法或扫描线算法。
通过程序设计实现上述算法。
建议采用VC++实现OpenGL程序设计。
三、实验原理、方法和手段
1．递归算法
在要填充的区域内取一点（X，Y）的当前颜色记为oldcolor，用要填充的颜色newcolor去取代，递归函数如下：
procedureflood-fill（X,Y,oldcolor,newcolor:
integer）;
begin
ifgetpixel（framebuffer,x,y）=oldcolor
thenbegin
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）;
end
end
2．扫描线算法
扫描线算法的效率明显高于递归算法，其算法的基本思想如下：
（1）（初始化）将算法设置的堆栈置为空，将给定的种子点（x,y）压入堆栈。
（2）（出栈）如果堆栈为空，算法结束；否则取栈顶元素（x,y）作为种子点。
（3）（区段填充）从种子点（x,y）开始沿纵坐标为y的当前扫描线向左右两个方向逐个象素进行填色，其值置为newcolor,直到抵达边界为止。
（4）（定范围）以xleft和xright分别表示在步骤3中填充的区段两端点的横坐标。
（5）（进栈）分别在与当前扫描线相邻的上下两条扫描线上，确定位于区间[xleft，xright]内的给定区域的区段。
如果这些区段内的象素的颜色值为newcolor或者boundarycolor（边界上象素的颜色值），则转到步骤2，否则取区段的右端点为种子压入堆栈，再转到步骤2继续执行。
四、实验组织运行要求
本实验采用集中授课形式，每个同学独立完成上述实验要求。
五、实验条件
每人一台计算机独立完成实验。
六、实验步骤
（1）将图形显示在初始位置。
（2）给定种子点的坐标。
（3）显示从种子点开始的扩散过程。
（4）显示填充后的图形。
七、程序代码
种子扫描线算法
usingSystem;
usingSystem.Collections.Generic;
usingSystem.ComponentModel;
usingSystem.Data;
usingSystem.Drawing;
usingSystem.Linq;
usingSystem.Text;
usingSystem.Windows.Forms;
usingSystem.Runtime.InteropServices;//
usingSystem.Threading;
namespaceClipLine
{
publicpartialclassFrmMain:
Form
{
[DllImport（"gdi32.dll"）]
privatestaticexternintSetPixel（IntPtrhdc,intx1,inty1,intcolor）;
[DllImport（"gdi32.dll"）]
privatestaticexternuintGetPixel（IntPtrhdc,intXPos,intYPos）;
[DllImport（"gdi32.dll"）]
privatestaticexternuintGetPixel（IntPtrhdc,Pointp）;
[DllImport（"user32.dll"）]
publicstaticexternInt32ReleaseDC（IntPtrhwnd,IntPtrhdc）;
publicFrmMain（）
{
InitializeComponent（）;
}
Listmcp=newList（）;
Listmwp=newList（）;
Graphicsg;//画布
Pointlastp;
PointmSeed;
intFlag;//选择绘制图形类型（窗口或线段）
//初始化
privatevoidFrmMain_Load（objectsender,EventArgse）
{
g=Graphics.FromHwnd（picShow.Handle）;
picShow.Cursor=System.Windows.Forms.Cursors.Cross;
Flag=1;
btnFillColor.BackColor=Color.Green;
}
privatevoidpicShow_MouseDown（objectsender,MouseEventArgse）
{
lastp.X=e.X;
lastp.Y=e.Y;
if（Flag==1）
{
mwp.Add（lastp）;
if（mwp.Count>1）
{
g.DrawLine（Pens.Black,mwp[mwp.Count-2],mwp[mwp.Count-1]）;
}
}
elseif（Flag==2）
{
mcp.Add（lastp）;
if（mcp.Count>1）
{
g.DrawLine（Pens.Blue,mcp[mcp.Count-2],mcp[mcp.Count-1]）;
}
}
else
{
mSeed=newPoint（e.X,e.Y）;
MessageBox.Show（"已选择种子，可以开始扫描线种子填充了！
","提示"）;
}
}
//绘制裁剪窗口
privatevoidbtnDrawWindow_Click（objectsender,EventArgse）
{
Flag=1;
mwp.Clear（）;
//g.Clear（Color.White）;
g.DrawRectangle（Pens.Black,10,10,picShow.Width-25,picShow.Height-25）;
}
//执行裁剪操作
privatevoidbtnClip_Click（objectsender,EventArgse）
{
//ClipPolygon（mcp,mwp）;
if（mwp.Count>2）
FillPolygon（btnFillColor.BackColor）;
}
//求直线方程（斜率和截距）
privatevoidSolveLine（Pointp1,Pointp2,reffloatk,reffloatb）
{
if（p1.X!
=p2.X）
{
k=（float）（p1.Y-p2.Y）/（p1.X-p2.X）;
b=p1.Y-k*p1.X;
}
}
//裁剪多边形
privatevoidClipPolygon（Listcp,Listwp）
{
Listtp=newList（）;
floatk1=0,b1=0,k2=0,b2=0;
Points,p,t,p1,p2;
Pointcwp=newPoint（）;
boolIsTrue;
for（inti=0;i{
p1=wp[i];
if（i==wp.Count-1）
{
p2=wp[0];
t=wp[1];
}
else
{
p2=wp[i+1];
if（i==wp.Count-2）
{
t=wp[0];
}
else
{
t=wp[i+2];
}
}
//计算窗口边的斜率和截距
SolveLine（p1,p2,refk1,refb1）;
if（p1.X!
=p2.X）
{
#region
if（t.Y>=k1*t.X+b1）
{
IsTrue=true;
}
else
{
IsTrue=false;
}
//用此边裁剪多边形
for（intj=0;j{
s=cp[j];
if（j==cp.Count-1）
{
p=cp[0];
}
else
{
p=cp[j+1];
}
//先判断线段是否穿过窗口
if（（k1*s.X+b1-s.Y）*（k1*p.X+b1-p.Y）<0）
{
SolveLine（s,p,refk2,refb2）;
//求解交点
if（p1.X==p2.X）
{
cwp.X=p1.X;
cwp.Y=Convert.ToInt16（k2*p1.X+b2）;
}
elseif（s.X==p.X）
{
cwp.X=s.X;
cwp.Y=Convert.ToInt16（k1*s.X+b1）;
}
else
{
cwp.X=Convert.ToInt16（（b2-b1）/（k1-k2））;
cwp.Y=Convert.ToInt16（k2*cwp.X+b2）;
}
tp.Add（cwp）;
}
//
if（（p.Y>=k1*p.X+b1）==IsTrue）
{
tp.Add（p）;
}
}
#endregion
}
else
{
#region
if（t.X>=p1.X）
{
IsTrue=true;
}
else
{
IsTrue=false;
}
//用此边裁剪多边形
for（intj=0;j{
s=cp[j];
if（j==cp.Count-1）
{
p=cp[0];
}
else
{
p=cp[j+1];
}
//先判断线段是否穿过窗口
if（（s.X-p1.X）*（p.X-p1.X）<0）
{
SolveLine（s,p,refk2,refb2）;
//求解交点
if（p1.X==p2.X）
{
cwp.X=p1.X;
cwp.Y=Convert.ToInt16（k2*p1.X+b2）;
}
elseif（s.X==p.X）
{
cwp.X=s.X;
cwp.Y=Convert.ToInt16（k1*s.X+b1）;
}
else
{
cwp.X=Convert.ToInt16（（b2-b1）/（k1-k2））;
cwp.Y=Convert.ToInt16（k2*cwp.X+b2）;
}
tp.Add（cwp）;
}
//
if（（p.X>=p1.X）==IsTrue）
{
tp.Add（p）;
}
}
#endregion
}
//
cp.Clear（）;
cp.AddRange（tp）;
tp.Clear（）;
}
Point[]ps=newPoint[cp.Count];
//绘制图形
for（inti=0;i{
ps[i]
升级会员 