计算机图形学课程设计报告.docx

计算机图形学课程设计学生姓名:陈 育 伟 学 号:20096361 专业班级:信息与计算科学1班指导教师:霍 星 2012年6月28日实验一:点、线、圆、多边形等基本计算机图元的绘制实验目的：掌握点、线、圆、多边形等基本计算机图元的生成算法，并用C/WIN-TC/VC+实现算法。实验内容：Bresenham算法生成直线和圆，点和多边形绘制1、Bresenham算法生成直线算法思想：过各行各列象素中心构造一组虚拟网格线。按直线从起点到终点的顺序计算直线与各垂直网格线的交点，然后确定该列象素中与此交点最近的象素。设图中xi列上（xi,yi）作为表示直线的点，B点是直线上的点，其坐标为（xi+1,yi+1），它只能用下面两个象素点来逼近:C(xi+1,yi,) 、D(xi+1, yi+1,) 。y=m(xi+1)+b，d1=y-yi，d2=yi+1-y，若d1-d20，则yi+1=yi+1，否则d1-d20, yi+1=yi+1,Pi+1=Pi+2dy-2dx若Pi=0,yi+1=yi, Pi+1=Pi+2dy误差的初值P1，可将x1,y1,b=y1-mx1代入式得：P1=2dy-dx程序设源代码：#include #include#include void bresenham_line (x1, y1, x2, y2, c)int x1, y1, x2, y2, c;int dx,dy,x,y,p;int const1,const2;int inc,tmp;dx=x2-x1;dy=y2-y1;if(dx*dy=0)inc=1;elseinc=-1;if (abs(dx)abs(dy)if(dx0)/*将2a, 3a内的直线变到1a,4a象限方向*/tmp=x1;x1=x2;x2=tmp;tmp=y1;y1=y2;dx=-dx;dy=-dy;p=2*dy-dx;const1=2*dy;const2=2*(dy-dy);x=x1;y=y1;putpixel(x, y, c);while(xx2)x+;if(p0)p+=const1;elsey+=inc;p+=const2;putpixel(x, y, c);else/*将3b, 4b的直线变到2b,1b */if(dy0)tmp=x1;x1=x2;x2=tmp;tmp=y1;y1=y2;dx=-dx;dy=-dy;p=2*dx-dy;const1=2*dx;const2=2*(dx-dy); x=x1; y=y1; putpixel(x, y, c); while(yy2) y+; if(p0) p+=const1; else x+=inc; p+=const2; putpixel(x,y,c); void main()int x0,y0,x1,y1,c;int gd=DETECT,gm=0;initgraph(&gd,&gm, );printf(please input p0(x0,y0):);scanf(%d,%d,&x0,&y0);printf(please input p1(x1,y1):);scanf(%d,%d,&x1,&y1);printf(please input color c:);scanf(%d,&c);system(cls);bresenham_line(x0,y0,x1,y1,c);getch();closegraph();运行结果：2、Bresenham算法生成圆：算法思想：设圆的半径为r。先考虑圆心在(0,0),并从x=0、y=r开始的顺时针方向的1/8圆周的生成过程。若当前像素点是（xi，yi），则下一个像素可能是（xi+1，yi）或（xi+1，yi-1），若将xi+1带入圆的方程得出y值，考察精确值y靠近yi还是yi+1，选择靠近的点为下个像素点。选择判断:v y2=r2-(xi+1)2 v d21=yi2-y2=yi2-r2+(xi+1)2 v d22=y2-(yi-1)2=r2-(xi+1)2-(yi-1)2 v 令pi=d21-d22,并代入d21,d22,则有pi=2(xi+1)2+yi2+(yi-1)2-2r2 v pi称为误差。Pi+1的递归式为pi+1=pi+4xi+6+2(yi+12-yi2)-2(yi+1-yi) v 如果pi0则yi+1=yi，pi+1=pi+4xi+6，否则yi+1=yi-1, v pi+1=pi+4xi+6+2yi-1)2-yi2-2(yi-1-yi)=pi+4xi+6-4yi+2+2=pi+4(xiyi)+10v Pi的初值由式：pi=2(xi+1)2+yi2+(yi-1)2-2r2v 代入xi=0,yi=r而得p1=2+r2+(r-1)2-2r2=3-2r程序设源代码：#include#includevoid Circle(int xc,int yc,int radius,int c) int x,y,p; x=0; y=radius; p=3-2*radius; while(xy) putpixel(xc+x,yc+y,c);putpixel(xc-x,yc+y,c);putpixel(xc+x,yc-y,c);putpixel(xc-x,yc-y,c);putpixel(xc+y,yc+x,c);putpixel(xc-y,yc+x,c);putpixel(xc+y,yc-x,c);putpixel(xc-y,yc-x,c);if(p 1000#pragma once#endif / _MSC_VER 1000class SPPoint public:CPoint PCenterPoint;/点坐标/int PID; /点IDCOLORREF PointColor; /点颜色int PointStyle; /点类型SPPoint(CPoint point,COLORREF pc,int ps);SPPoint()virtual SPPoint();#endif / !defined(AFX_SPPOINT_H_F433DF25_AB93_4E46_9FD7_91A5B2763E9B_INCLUDED_)多边形的算法：#if !defined(AFX_SPPOLYGON_H_37CE9BA2_589B_49BB_B3DA_BB68555F86D8_INCLUDED_)#define AFX_SPPOLYGON_H_37CE9BA2_589B_49BB_B3DA_BB68555F86D8_INCLUDED_#if _MSC_VER 1000#pragma once#endif / _MSC_VER 1000#includeusing namespace std;#include SPLine.hclass SPPolygon public:SPPolygon();virtual SPPolygon();void AddSPLine(SPLine line); void Clear();public:vector v_sppolygon;int line_number;COLORREF PolygonColor;int PolygonLS;int PolygonLW;vector v_PolygonColor; vector v_PolygonLS;vector v_PolygonLW;#endif / !defined(AFX_SPPOLYGON_H_37CE9BA2_589B_49BB_B3DA_BB68555F86D8_INCLUDED_)运行结果：实验二:平移、缩放、旋转等计算机图形的几何变换实验内容二维的平移变换：二维旋转变换：二维缩放变换：void Tmove(double x,double y,CPoint temp);/平移void Tscale(double x,double y,CPoint temp);/缩放void Trotate(CPoint); /旋转程序设计说明及源代码按照上面的算法，直接算出变换后点的点平移：void CLabView:Tmove(double x,double y,CPoint PolygonNode)for(int i=0;iPolygonNodeCount;i+)PolygonNodei.x=PolygonNodei.x+x;PolygonNodei.y=PolygonNodei.y+y;/Draw(P,ntype);缩放：void CLabView:Tscale(double x,double y,CPoint PolygonNode)/放大for(int i=0;iPolygonNodeCount;i+)PolygonNodei.x=PolygonNodei.x*x;PolygonNodei.y=PolygonNodei.y*y;旋转：其中BasePoint为旋转的中心void CLabView:Trotate(CPoint temp)CClientDC dc(this);int dx=temp.x-BasePoint.x;int dy=temp.y-BasePoint.y;double x,y;double dd=sqrt(dx*dx+dy*dy);double dcos=dx/dd;double dsin=dy/dd;for(int i=0;iPolygonNodeCount;i+)x=PolygonNodei.x-BasePoint.x;y=PolygonNodei.y-BasePoint.y;TempPolygoni.x=(int)(x*dcos-y*dsin+0.5);TempPolygoni.y=(int)(x*dsin+y*dcos+0.5);使用OpenGL的函数直接完成平移旋转等变换glTranslatef(glfloat, glfloat, glfloat);glRotatef(glfloat, glfloat, glfloat, glfloat );glScalef(glfloat , glfloat, glfloat, glfloat);运行结果：实验三:分形算法的实现实验内容：分形中的迭代函数系统 相似变换是指在各个方向上变换的比率必须相同的一种比例变换；仿射变换是指在不同的方向上变换的比率可以不同的一种比例变换。 仿射变换的数学表达式为： 其中，a，b，c，d，e，f是仿射变换系数。 对于比较复杂的图形，可能需要多个不同的仿射变换来实现，而且，每个仿射变换被调用的概率不一定相同，所以引进一个参数概率p。a，b，c，d，e，f，p就构成了一个IFS码。 分形中计算机模拟算法： 递归算法。 字符串替换算法。 迭代函数系统算法。 逃逸时间算法。 程序片段#ifndef _FRACTAL_H #define _FRACTAL_H #include #include class CFractal private: float m77; float a; float b; float c; float d; float e; float f; float x; float y; float newx; float newy; int n; public: CFractal(); virtual CFractal(); void ifs(CDC* pDC); ; #endif fractal.cpp文件： #include stdafx.h #include fractal.h CFractal:CFractal() memset(m,0,49); m00=-0.04; m01=0; m02=-0.19; m03=-0.47; m04=-0.12; m05=0.3;m06=0.25; m10=0.65; m11=0; m02=0; m13=0.56; m14=0.06; m15=1.56;m16=0.25; m20=0.41; m21=0.46; m22=-0.39; m23=0.61; m24=0.46; m25=0.4;m26=0.25; m30=0.52; m31=-0.35; m32=0.25; m33=0.74; m34=-0.48; m35=0.38;m36=0.25; x=0; y=0; a=0; b=0; c=0; d=0; e=0; f=0; newx=0; newy=0; n=300000; CFractal:CFractal() void CFractal:ifs(CDC* pDC) srand( (unsigned)time( NULL ) ); float r; while (n0) r=(double)rand()/RAND_MAX; char buffer100; if (r=m06) a=m00; b=m01; c=m02; d=m03; e=m04; f=m05; else if (r=(m06+m16) a=m10; b=m11; c=m12; d=m13; e=m14; f=m15; else if (rSetPixel( 300+100*x, 400-100*y, RGB(x*50*r,r*100,y*200*r); -n; 可以在此程序上扩展，实现其他的一些分形图。 调用： void CFractralView:Onfractral1() / TODO: 在此添加命令处理程序代码 CDC *pDC=GetDC(); CFractal *f=new CFractal(); f-ifs(pDC); ReleaseDC(pDC); 运行结果：实验四：曲线曲面的绘制实验目的：掌握基本曲线曲面的生成算法，并用C/WIN-TC/VC+实现算法，包括圆，椭圆，抛物线的生成算法，填充图形的生成算法和图形的裁剪算法等。实验内容：绘制圆与椭圆、抛物线1圆与抛物线、椭圆的生成算法 1.1生成圆弧的函数算法生成圆弧的最简单方法莫过于利用其函数方程，直接离散计算。中心在坐标原点，半径为R的圆的方程为。考虑第一象限内的八分之一圆弧，首先将区间0，以1个像素为单位离散得到，其中。再根据圆的方程求得，其中，则，为所求的像素集。建立成员函数如下：#includevoid CMy2_6View:sqrtCircle(CDC *pDC, int radius, int color) float x,y; x=0;y=radius; pDC-SetPixel(x,y,color); while(y=x) x+; y=sqrt(radius*radius-x*x); pDC-SetPixel(int)(x+0.5),(int)(y+0.5),color); 编写OnDraw函数如下：void CMy2_6View:OnDraw(CDC* pDC)CMy2_6Doc* pDoc = GetDocument();ASSERT_VALID(pDoc);/ TODO: add draw code for native data heresqrtCircle(pDC,300,RGB(0,0,0);运行结果：1.2生成圆弧参数算法 生成圆弧也可以利用其参数方程，。考虑第一象限内的八分之一圆弧。首先将区间按一定的步长离散得，再求相应的像素集为。建立成员函数如下：void CMy2_7View:funCircle(CDC *pDC, int radius, int color) float x,y,afla,pie; pie=3.1415926; x=radius;y=0;afla=0; pDC-SetPixel(x,y,color); while (aflaSetPixel(int)(x+0.5),(int)(y+0.5),color); 编写OnDraw函数如下：void CMy2_7View:OnDraw(CDC* pDC)CMy2_7Doc* pDoc = GetDocument();ASSERT_VALID(pDoc);/ TODO: add draw code for native data here funCircle(pDC,300,RGB(0,0,0);运行结果：2. 用正负法作任意形状的抛物线：正负法的基本思想：假定要绘制的曲线的方程为F(x,y)=0，它具有正负划分性，即该曲线将平面分成了三个点集，分别记为:G+、G-、G。假定已获得起始点P0 G，当P0 沿某方向(如x轴)前进Dx时，就达到G+或G-中(设为G-)的P1 此时沿另一方向前进Dy,得到P2，若P2 G+，则改变前进方向，否则继续向G+前进，如此进行下去.这个程序算法的主要特色就是对正负法的思想进行了推广。使之能够处理画抛物线的问题，当然，也可能尝试作另外一些推广，如用正负法画椭圆。编写成员函数如下void CMy2_10View:PositiveNegativeParabola(CDC *pDC, float a, float b, float c, int color)int x,y,d; x=0; y=0; pDC-SetPixel(x+450+b,y+225+c,color); if(a0) y=1; pDC-SetPixel(x+450+b,y+225+c,color); d=1; while(y=0) d=d-2*a*x-a; x+; else d=d+1; y+; pDC-SetPixel(-x+450+b,y+225+c,color); pDC-SetPixel(x+450+b,y+225+c,color); else if(aSetPixel(x+450+b,y+225+c,color); d=1; while(y=-200) if(d=0) d=d-1; y-; else d=d-2*a*x-a; x+; pDC-SetPixel(-x+450+b,y+225+c,color); pDC-SetPixel(x+450+b,y+225+c,color); else printf(this is not a Parabola!n);编写OnDraw函数如下：void CMy2_10View:OnDraw(CDC* pDC)CMy2_10Doc* pDoc = GetDocument();ASSERT_VALID(pDoc);/ TODO: add draw code for native data herePositive