图形学实验1,2.docx

数字图像处理实验指导书3D游戏图形学实验报告书（实验一、二）姓名： 学号：班级：浙江理工大学二一二 年 十 月2实验一 VC+6.0+OpenGL绘图环境及简单图形的输出一、实验目的1、 熟练使用实验主要开发平台VC+6.0；2、 进一步熟悉OpenGL的主要功能；3、 掌握OpenGL的绘图流程和原理；4、 掌握OpenGL的基本数据类型、核心函数的使用。二、实验内容创建一个OpenGL工程，利用OpenGL库函数进行简单图形设计与绘制。三、实验原理1、 基本语法（C版本下的OpenGL语法）OpenGL基本函数均使用gl作为函数名的前缀，如glClearColor（）；实用函数则使用glu作为函数名的前缀，如gluSphere（）。OpenGL基本常量的名字以GL_开头，如GL_LINE_LOOP；实用常量的名字以GLU_开头，如GLU_FILL。一些函数如glColor*（）（定义颜色值），函数名后可以接不同的后缀以支持不同的数据类型和格式，如glColor3b（）、glColor3d（）、glColor3f（）和glColor3bv（）等，这几个函数在功能上是相似的，只是适用于不同的数据类型和格式，其中3表示该函数带有三个参数，b、d、f分别表示参数的类型是字节型、双精度浮点型和单精度浮点型，v则表示这些参数是以向量形式出现的。OpenGL定义了一些特殊标识符，如GLfloat、GLvoid，它们其实就是C中的float和void。2、 程序的基本结构OpenGL程序的基本结构可分为三个部分：第一部分是初始化，主要是设置一些OpenGL的状态开关，如颜色模式（RGBA或ALPHA）的选择，是否作光照处理（若有的话，还需设置光源的特性），深度检验、裁剪等。这些状态一般都用函数glEnable（）、glDisable（）来设置，“”表示特定的状态。第二部分设置观察坐标系下的取景模式和取景框位置大小，主要利用了三个函数：函数void glViewport(left, top, right, bottom) 设置在屏幕上的窗口大小，四个参数描述屏幕窗口四个角上的坐标（以像素表示）；函数void glOrtho(left, right, bottom, top, near, far) 设置投影方式为正交投影（平行投影），其取景体积是一个各面均为矩形的六面体；函数void gluPerspective(fovy, aspect, zNear, zFar) 设置投影方式为透视投影，其取景体积是一个截头锥体。第三部分是OpenGL的主要部分，是使用OpenGL的库函数构造几何物体对象的数学描述，包括点线面的位置和拓扑关系、几何变换、光照处理等。3、 OpenGL状态机制OpenGL的工作方式是一种状态机制，它可以进行各种状态或模式设置，这些状态或模式在重新改变它们之前一直有效。例如，当前颜色就是一个状态变量，在这个状态改变之前，绘制的每个像素都将使用该颜色，直到当前颜色被设置为其他颜色为止。OpenGL中大量地使用了这种状态机制，如颜色模式、投影模式、单双显示缓存区的设置、背景色的设置、光源的位置和特性等。许多状态变量可以通过glEnabel()、glDisable()这两个函数来设置成有效或无效状态，如是否设置光照、是否进行深度测试等；在被设置成有效状态之后，绝大部分状态变量都有一个缺省值。该程序是在一个黑色的窗口中画两条线，分别用白色和红色绘制。首先，需要包含头文件#include ，这是GLUT的头文件。本来OpenGL程序一般还要包含和，但GLUT的头文件中已经自动将这两个文件包含了，不必再次包含。然后是main函数，其使用GLUT库实现窗口管理。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。函数glVertex2f(x, y)设置二维顶点。函数glBegin(UINT State)、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(UINT State)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。大家把每一种状态都试一试。另外，程序可以有多组glBegin()、glEnd()并列的形式，如：. .glBegin(GL_LINES);.glEnd();glBegin(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);四、实验代码#include #include /初始化OpenGL场景void myinit (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glMatrixMode(GL_PROJECTION); /设定投影参数 gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0);/用户的绘图过程void display(void) glClear (GL_COLOR_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glColor3f (0.0f, 0.0f, 1.0f);/绘制一个蓝色的矩形 glRectf(100.0f, 100.0f, 110.0f,110.0f);glColor3f (0.0f, 1.0f, 0.0f);/颜色为黄色 glBegin(GL_LINE_LOOP);/画封闭图形 glVertex2f(20.0f, 30.0f); glVertex2f(60.0f, 30.0f);glVertex2f(25.0f, 10.0f);glVertex2f(40.0f, 40.0f); glVertex2f(55.0f, 10.0f); glEnd();/绘制结束/主过程：/初始化Windows的窗口界面/并初始化OpenGL场景，绘图int main(int argc, char* argv)glutInit(&argc,argv);glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB); /初始化窗口的显示模式glutInitWindowSize(400,300); /设置窗口的尺寸glutInitWindowPosition(100,120); /设置窗口的位置glutCreateWindow(); /创建一个名为的窗口glutDisplayFunc(display); /设置当前窗口的显示回调函数myinit(); /完成窗口初始化glutMainLoop(); /启动主GLUT事件处理循环 return(0);五、实验结果六、实验心得实验二 基本图形学算法实验一 实验目的1、 理解基本图形元素光栅的基本原理；2、 掌握直线和圆的多种生成算法；二 实验内容1、 编程实现DDA算法、中点算法和改进Bresenham算法生成直线；2、 编程实现简单方程算法和中点Bresenham算法生成圆；三 实验原理各算法的原理参考教材第五章内容。下面介绍一下OpenGL画线的一些基础知识和glutReshapeFunc（）函数。（1） 数学上的直线没有宽度，但OpenGL的直线则是有宽度的。同时，OpenGL的直线必须是有限长度，而不是像数学概念那样是无限的。可以认为，OpenGL的“直线”概念与数学上的“线段”接近，它可以由两个端点来确定。这里的线由一系列顶点顺次连接而成，有闭合和不闭合两种。（2） 首次打开窗口、移动窗口和改变窗口大小时，窗口系统都将发送一个事件，以通知程序员。如果使用的是GLUT，通知将自动完成，并调用向glutReshapeFunc（）注册的函数。该函数必须完成下列工作：a 重新建立用作新渲染画布的矩形区域；b 定义绘制物体时使用的坐标系。如：void Reshape(int w, int h)glViewport(0, 0, (GLsizei)w, (GLsizei)h);glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();gluOrtho2D(0.0, (GLdouble)w, 0.0, (GLdouble)h); 在GLUT内部，将给该函数传递两个参数：窗口被移动或修改大小后的宽度和高度，单位为像素。glViewport( )调整像素矩形，用于绘制整个窗口。接下来三个函数调整绘图坐标系，使左下角位置为（0，0），右上角为（w，h）。四 实验要求1）根据所给的直线光栅化的示范源程序，在计算机上编译运行，输出正确结果（示范代码有错误，指出并改正）；2）指出示范程序采用的算法，以此为基础将其改造为中点Bresenham算法和改进的Bresenham算法，写入实验报告；3）根据示范代码，将其改造为圆的光栅化算法，要求实现简单圆方程生成圆和中点Bresenham算法，并利用八分法画出整圆。五、实验代码DDA算法代码：# includevoid LineDDA(int x0, int y0, int x1, int y1)int x, dx;float m, y, dy;dx=x1-x0;dy=y1-y0;m=dy/dx;/m需要为非整形，则dy/dx的结果需为非整形y=y0;glColor3f(1.0f, 1.0f, 0.0f);glPointSize(1);for(x=x0;x=x1;x+)glBegin(GL_POINTS);glVertex2i(x,(int)(y+0.5);glEnd();y+=m;void myDisplay(void)glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);glRectf(25.0,25.0,75.0,75.0);glPointSize(5);glBegin(GL_POINTS);glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f); glVertex2f(0.0f,0.0f);glEnd();LineDDA(0,0,200,300);glBegin(GL_LINES);glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f); glVertex2f(100.0f,0.0f);glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f); glVertex2f(180.0f,240.0f);glEnd();glFlush();void Init()glClearColor(0.0,0.0,0.0,0.0);glShadeModel(GL_FLAT);void Reshape(int w, int h)glViewport(0,0,(GLsizei)w,(GLsizei)h);glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();gluOrtho2D(0.0,(GLdouble)w,0.0, (GLdouble)h);int main(int argc, char * argv)glutInit(&argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_RGB|GLUT_SINGLE);glutInitWindowPosition(100,100);glutInitWindowSize(400,400);glutCreateWindow(Hello World!);Init();glutDisplayFunc(myDisplay);glutReshapeFunc(Reshape);glutMainLoop();return 0;算法步骤分析：当斜率大于1时，即表示y方向的增长速度大于x方向，此时当y轴每增加1，x方向增加斜率m，故m需要为非整形，再对x方向进行取整工作。同理，当斜率小于1是，当x轴每增加1，y方向增加斜率m，并对y轴进行取整操作。由于在光栅化过程中不可能绘制半个像素点，因此对求出的x和y进行四舍五入。中点算法主要代码：void LineDDA(int x0, int y0, int x1, int y1)int x, dy, dx;float m, d, y;dx=x1-x0;dy=y1-y0;m=dy/dx; /m需要为非整形，则dy/dx的结果需为非整形x=x0;/b=y1-m*x1;glColor3f(1.0f, 1.0f, 0.0f);glPointSize(1);d=dx-2*dy;for(y=y0;y=0)x=x;d=d-2*dx;else x=x+1;d=d+2*dy-2*dx;glEnd();/y+=m;算法步骤分析：根据直线的斜率确定变量在x或y方向上每次递增一个单位，而另一方向的增量为1或0，它取决于实际直线与相邻象素点的距离，这一距离称为误差项。输入直线的两端点P0(x0,y0)和P1(x1,y1)。计算初始值x、y、D0=x-2y、x=x0、y=y0。绘制点(x,y)。判断D的符号。若D0，则(x,y)更新为(x+1,y+1)，D更新为D+2x-2y；否则(x,y)更新为(x+1,y), D更新为D-2y。当直线没有画完时，重复上一步骤，否则结束。改进Bresenham算法主要代码：void LineDDA(int x0, int y0, int x1, int y1)int x, dy, dx;float m, e, y;dx=x1-x0;dy=y1-y0;m=dy/dx; /m需要为非整形，则dy/dx的结果需为非整形x=x0;e=-1*dy;/b=y1-m*x1;glColor3f(1.0f, 1.0f, 0.0f);glPointSize(1);/d=dx-2*dy;for(y=y0;y0)x=x+1;e=e-2*dy;/y+=m;算法步骤分析：1.输入直线的两端点P0(x0,y0)和P1(x1,y1)。2.计算初始值x、y、e=-x、x=x0、y=y0。3.绘制点(x,y)。4.e更新为e+2y，判断e的符号。若e0，则(x,y)更新为(x+1,y+1)，同时将e更新为e-2x；否则(x,y)更新为(x+1,y)。5.当直线没有画完时，重复步骤3和4。否则结束。简单圆方程生成圆主要代码：void LineDDA(int x, int y, int r)/确定圆心坐标、半径 float a;glPointSize(1);for(a=0;a=(3.14*2);a=a+0.01) /将a转换为弧度制glBegin(GL_POINTS);glVertex2i(int)(x+r*sin(a),(int)(y+r*cos(a);/要将整个值取值glEnd();算法步骤分析：在程序中首先指定圆心坐标和半径，对于圆心为任意的圆弧，可以先将其平移到原点，然后光栅化，再平移到原来的位置。在程序中for循环的判断条件的a应该转换为弧度制，并且由于用到sin、cos等数学运算符因此要包含头文件#include，而且此时LineDDA函数的参数为三个