图形学实验报告

1、.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

2、），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+Tx y=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*s y=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)=y

3、f+(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Sx1和Sy1时为放大倍数，Sx1和Sy1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

4、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 float

5、 width,highth,angle;void init (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）void display (void)glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT);glColor3f (0.0, 1.0, 1.0);/矩形颜色glBegin(GL_POLYGON);glTranslatef(0,0

6、,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 ( );void mySpecialKeyboard(int key, int x, int y)if(key=GLUT_KEY_RIGHT)width+=5;if(key=GLUT_KEY

7、_LEFT)width-=5;if(key=GLUT_KEY_UP)highth+=5;if(key=GLUT_KEY_DOWN)highth-=5;glutPostRedisplay();void myKeyboard(unsigned char key, int x, int y)if(key = c | key = C)exit(0);glutPostRedisplay();void mymouse(int button,int state,int x,int y)/鼠标控制缩放 if(state=GLUT_DOWN) if(button=GLUT_LEFT_BUTTON) glScal

8、ef(0.5,0.5,0.0);display(); else if(button=GLUT_RIGHT_BUTTON) glScalef(1.5,1.5,0.0);display(); glutPostRedisplay();/重新调用绘制函数 return; void main (int argc, char* argv)glutInit (&argc, argv);glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);glutInitWindowPosition (50, 50);glutInitWindowSize (600, 600);glutCr

9、eateWindow (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#includestdafx.h#include #include #includestdlib.h#define DEG_TO_RAD 0.017453 /角度转为弧度的参数，即 2*PI/360 float theta=30.0; /直线与X轴正方向的

10、夹角 float length=200.0; /直线的长度 float x=300.0, y=200.0; /直线的第一个端点 void init (void) glClearColor (1.0, 1.0, 1.0, 0.0); glMatrixMode (GL_PROJECTION); gluOrtho2D (0.0, 640.0, 0.0, 480.0); void display (void) glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT); glColor3f (0.0, 1.0, 1.0); glBegin (GL_POLYGON); glVertex2f (x, y)

11、; 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 ( ); glutS ( ); /交换前后台缓存 /*void idleFunc() theta += 0.1; if (theta360) theta -=360; glutPostRedisplay(); /重新调用绘制函数

12、 */void myKeyboard(unsigned char key, int x, int y) if(key = a | key = A) theta += 5.0; if(key = s | key = S) theta -= 5.0; if(key = c | key = C) exit(0); if (theta360) theta -=360; if (theta0) theta +=360; glutPostRedisplay(); /重新调用绘制函数 void main (int argc, char* argv) glutInit (&argc, argv); glutI

13、nitDisplayMode (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、

14、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：procedure flood-fill

15、(X,Y,oldcolor,newcolor:integer);begin if getpixel(framebuffer,x,y)=oldcolor then begin 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); endend2 扫描线算法扫描线算法的效率明显高于递归算法

16、，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

17、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using System;using System.Collections.Generic;using System.ComponentModel;using System.Data;using System.Drawing;using Syste

18、m.Linq;using System.Text;using System.Windows.Forms;using System.Runtime.InteropServices;/using System.Threading;namespace ClipLine public partial class FrmMain : Form DllImport(gdi32.dll) private static extern int SetPixel(IntPtr hdc, int x1, int y1, int color); DllImport(gdi32.dll) private static

19、extern uint GetPixel(IntPtr hdc, int XPos, int YPos); DllImport(gdi32.dll) private static extern uint GetPixel(IntPtr hdc, Point p); DllImport(user32.dll) public static extern Int32 ReleaseDC(IntPtr hwnd, IntPtr hdc); public FrmMain() InitializeComponent(); List mcp = new List(); List mwp = new List

20、(); Graphics g; /画布 Point lastp; Point mSeed; int Flag; /选择绘制图形类型（窗口或线段） /初始化 private void FrmMain_Load(object sender, EventArgs e) g =Graphics.FromHwnd(picShow.Handle); picShow.Cursor = System.Windows.Forms.Cursors.Cross; Flag = 1; btnFillColor.BackColor = Color.Green; private void picShow_MouseDow

21、n(object sender, MouseEventArgs e) lastp.X = e.X; lastp.Y = e.Y; if (Flag = 1) mwp.Add(lastp); if (mwp.Count 1) g.DrawLine(Pens.Black, mwpmwp.Count - 2, mwpmwp.Count - 1); else if (Flag = 2) mcp.Add(lastp); if (mcp.Count 1) g.DrawLine(Pens.Blue, mcpmcp.Count - 2, mcpmcp.Count - 1); else mSeed = new

22、Point(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 private void btnDrawWindow_Click(object sender, EventArgs e) 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 private void btnClip_Click(object sender,

23、 EventArgs e) /ClipPolygon(mcp, mwp); if(mwp.Count2) FillPolygon(btnFillColor.BackColor); /求直线方程（斜率和截距） private void SolveLine(Point p1,Point p2,ref float k,ref float b) 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 private void ClipPolygon(List cp,List wp)

24、List tp=new List(); float k1=0, b1=0, k2=0, b2=0; Point s, p,t,p1,p2; Point cwp = new Point(); bool IsTrue; for (int i = 0; i = k1 * t.X + b1) IsTrue = true; else IsTrue = false; /用此边裁剪多边形 for (int j = 0; j cp.Count; j+) s = cpj; if (j = cp.Count - 1) p = cp0; else p = cpj + 1; /先判断线段是否穿过窗口 if (k1 *

25、 s.X + b1 - s.Y) * (k1 * p.X + b1 - 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 (int j = 0; j cp.Count; j+) s = cpj; if (j = cp.Count - 1) p = cp0; else p = cpj + 1; /先判断线段是否穿过窗口 if (s.X - p1.X) * (p.X - p1.X) =

26、p1.X) = IsTrue) tp.Add(p); #endregion / cp.Clear(); cp.AddRange(tp); tp.Clear(); Point ps = new Pointcp.Count; /绘制图形 for (int i = 0; i 0) g.FillPolygon(Brushes.Red, ps); /绘制多边形 private void btnDrawPolygon_Click(object sender, EventArgs e) Flag = 2; mcp.Clear(); private void picShow_MouseDoubleClick(

27、object sender, MouseEventArgs e) if (Flag = 1) g.DrawLine(Pens.Black, mwpmwp.Count - 1, mwp0); mwp.RemoveAt(mwp.Count - 1); /FillPolygon(); else if(Flag=2) g.DrawLine(Pens.Blue, mcpmcp.Count - 1, mcp0); mcp.RemoveAt(mcp.Count - 1); private void btnClear_Click(object sender, EventArgs e) mwp.Clear();

28、 g.Clear(Color.White); private void btnRectant_Click(object sender, EventArgs e) mwp.Clear(); /g.Clear(Color.White); Point wps = new Point4; wps0.X = 150; wps0.Y = 100; wps1.X = 400; wps1.Y = 100; wps2.X = 400; wps2.Y = 300; wps3.X = 150; wps3.Y = 300; mwp.AddRange(wps); g.DrawPolygon(Pens.Black, wp

29、s); g.DrawRectangle(Pens.Black,10, 10, picShow.Width-25 , picShow.Height-25 ); /求多边形的包络线 private void PloygonEnvelope(ref Point minP,ref Point maxP) minP.X = mwp0.X; minP.Y = mwp0.Y; maxP.X = mwp0.X; maxP.Y = mwp0.Y; for (int i =1; i mwp.Count; i+) if (mwpi.X minP.X) minP.X = mwpi.X; if (mwpi.Y maxP.X) maxP.X = mwpi.X; if (mwpi.Y maxP.Y) maxP.Y = mwpi.Y; /g.DrawRectangle(Pens.Blue,minP.X, minP.Y, maxP.X -