计算机图形学课程教学设计报告

1、一、设计内容与要求1.1、 设计题目算法实现时钟运动1.2、 总体目标和要求(1)目标：以图形学算法为目标，深入研究。继而策划、设计并实 现一个能够表现计算机图形学算法原理的或完整过程的演示系统，并 能从某些方面作出评价和改进意见。通过完成一个完整程序，经历策 划、设计、开发、测试、总结和验收各阶段，达到巩固和实践计算机 图形学课程中的理论和算法；学习表现计算机图形学算法的技巧；培 养认真学习、积极探索的精神。(2)总体要求：策划、设计并实现一个能够充分表现图形学算法的 演示系统，界面要求美观大方，能清楚地演示算法执行的每一个步骤。(3)开发环境：Viusal C+ 6.01.3、 设计要求内

2、容：(1)掌握动画基本原理；(2)实现平面几何变换；功能要求：(1)显示时钟三个时针，实现三根时针间的相互关系；(2)通过右键菜单切换时钟背景与时针颜色；1.4、 计方案通过使用OpenGL提供的标准库函数，综合图形学 Bresenham画 线和画圆的算法，OpenGL颜色模型中颜色表示模式等实现指针式时 钟运动，并通过点击右键菜单实习时钟背景与时针颜色的转换。根据 Bresenham画线和画圆的算法，画出时钟的指针和表盘。再根据 OpenGL颜色模型定义当前颜色。设置当时钟运行时交换的菜单，运 行程序时可变换时钟背景与时针的颜色。最后再设置一个恢复菜单恢 复开始时表盘与指针的颜色。二、总体设

3、计2.1、过程流程图JL画椭圆IT右键设置秒针颜色菜单可以改变秒针颜色右键恢复菜单 可以恢复表盘 及各指针原来颜色I.q 7结束2.2、椭圆的中点生成算法1、椭圆对称性质原理：(1)圆是满足x轴对称的，这样只需要计算原来的1/2点的位置；(2)圆是满足y轴对称的，这样只需要计算原来的1/2点的位置；通过上面分析可以得到实际上我们计算椭圆生成时候，只需要计算1/4个椭圆就可以实现对于所有点的生成了。2、中点椭圆算法内容：(1)输入椭圆的两个半径r1和r2,并且输入椭圆的圆心。设置初始点(x0,y0)的位置为(0,r2);(2)计算区域1中央决策参数的初始值p = ry*ry - rx*rx*ry

4、 + 1/4*(rx*rx);(3)在区域1中的每个Xn为止，从n = 0开始，直到|K|(斜率)小于-1时后结束；<1>如果p < 0 ,绘制下一个点(x+1,y),并且计算p = p + r2*r2*(3+2*x);<2>如果P >=0 ,绘制下一个点(x+1,y-1),并且计算p = p + r2*r2*(3+2*point.x) - 2*r1*r1*(y-1)(4)设置新的参数初始值；p = ry*ry(X0+1/2)*(X0+1 + rx*rx*(Y0-1) - rx*rx*ry*ry;(5)在区域2中的每个Yn为止，从n = 0开始，直到y =

5、0时结束。<1>如果P>0的情况下，下一个目标点为(x,y-1),并且计算p = p - 2rx*rx*(Yn+1) + rx*rx;<2>如果p<=0的情况下，下一个目标点为 (x+1,y-1),并且计算p = p - 2rx*rx*Y(n+1) + 2ry*ry*(Xn+1)+rx*rx;(6)更具对称性原理计算其他3个象限的坐标。(7)急速拿出中心位置在 (x1,y1)的位置x = x + x1; y = y + y1;2.3、直线的Bresenham算法原理这种生成直线的算法与数值微分法类似，每次迭代在增量最大方 向上均走一步，其方向由增量的正负而定

6、；另一方向上是否也走，取 决于计算出来的误差项，误差项所记录的方向同最大增量方向垂直。 下面讨论误差项 ，如图1所示。图1误差项计算示意图1设图1中直线满足：0 x ，即：0 m 1,所以X为最大增yi i yi m量方向，有xi 1-xi=1，故有每点的坐标计算：xi 1 xi 1(4)因此直线上点的显示坐标为xi ,round( yi),round(yi)表示最靠近y的整数。从图1可以看出，对于计算出来的(xi, yi)点，yi的 取之为yi,r;计算出来的(xi1, yi1)点，yi1的取值为yi 1,r。其根据 就是因为yi更靠近yi,r, yi1更靠近yi1r。图1中A点为yi 1与

7、yi，r的中心点，计算BC长度，若值大于0.5 , 说明在A点之上，应取yi 1，r ,否则取yi,值。设误差：(xi1)yi1yi,r0.5 (5)当(xi 1)0,B 点在 A 点上方，有 yi 1,r yi,r 1;当 (xi1)<0, B点在 A点下方,有 yi 1,r yi,r。由公式(4) (5)得：(xi 2) yi 2yi 1,r0.5yi 1 myi 1,r0.5yi 1 yi,r 1 m 0.5(xi 1)0yi 1 yi,r m 0.5(xi 1)0(xi 1)m 1(xi 1)0(xi 1m)(xi 1)0(6)2.4、 图形变换基本原理1、平移变换平移变换函数如

8、下：void glTranslatefd(TYPE x, TYPE y, TYPE z);三个函数参数就是目标分别沿三个轴向平移的偏移量。这个函数表示用于这三个偏移量生成的矩阵乘以当前矩阵。当参数是 (0.0,0.0,0.0) 时，表示对函数 glTranslate*()的操作是单位矩阵，也就是对物体没有影响。2、旋转变换旋转变换函数如下：Void glRotafdTYPE angle, TYPE x, TYPE y, TYPE z) ;函数中第一个参数是表示目标沿从点(x,y,z)到原点方向逆时针旋转的角度，后三个参数是旋转的方向点坐标。这个函数表示用这四个参数生成的矩阵乘以当前矩阵。当角度

9、参数是0.0时，表示对物体没有影响。3、比例变换比例变换函数如下：Void glScalefd(TYPE x, TYPE y, TYPE z) ;单个函数参数值就是目标分别沿三个轴方向缩放的比例因子。这个函数表示用这三个比例因子生成的矩阵乘以当前矩阵。这个函数能完成沿相应的轴对目标进行拉伸、压缩和反射三项功能。以参数 x为例，若当x大于1.0时，表示沿x方向拉伸目标；若 x小于1.0,表示沿x轴方向收缩目标；若 x=-1.0表示沿x轴反射目标。其中参数为负值时表示对目标进行相应轴的反射变换。三、详细设计3.1、主程序代码及解释#include "stdafx.h"#incl

10、ude "Clock.h"#include "math.h"#include "ClockDoc.h"#include "ClockView.h"#ifdef _DEBUG#define new DEBUG_NEW#undef THIS_FILEstatic char THIS_FILE口 = _FILE_;#endif/ CClockViewIMPLEMENT_DYNCREATE(CClockView, CView)BEGIN_MESSAGE_MAP(CClockView, CView)/AFX_MSG_MAP(

11、CClockView)ON_WM_TIMER()ON_WM_CREATE()ON_WM_CONTEXTMENU()/AFX_MSG_MAP/ Standard printing commandsON_COMMAND(ID_FILE_PRINT, CView:OnFilePrint)ON_COMMAND(ID_FILE_PRINT_DIRECT, CView:OnFilePrint)ON_COMMAND(ID_FILE_PRINT_PREVIEW, CView:OnFilePrintPreview) ON_COMMAND(ID_CONTEXT_BK,OnContextBK) ON_COMMAND

12、(ID_CONTEXT_HOUR,OnContextHour) ON_COMMAND(ID_CONTEXT_MINUTE,OnContextMinute) ON_COMMAND(ID_CONTEXT_SECOND,OnContextSecond) ON_COMMAND(ID_CONTEXT_RESTORE,OnContextRestore)END_MESSAGE_MAP()/ / CClockView construction/destructionCClockView:CClockView()/ TODO: add construction code herebrushColor = RGB

13、(240,255,255);HourColor = RGB(0,255,0);MinuteColor = RGB(0,0,255);SecondColor = RGB(255,0,255);CClockView:CClockView()BOOL CClockView:PreCreateWindow(CREATESTRUCT& cs)/ TODO: Modify the Window class or styles here by modifying/ the CREATESTRUCT csreturn CView:PreCreateWindow(cs);/ CClockView dra

14、wingvoid CClockView:OnDraw(CDC* pDC) CClockDoc* pDoc = GetDocument();ASSERT_VALID(pDoc);/ TODO: add draw code for native data here/获取客户区RECT Rect;GetClientRect(&Rect);计算椭圆中心位置int CenterX = Rect.right/2;int CenterY = Rect.bottom/2;取当前时间CTime Time = CTime:GetCurrentTime();CString str;int i,x,y;CSi

15、ze size;创建一支黄色的笔，用来画椭圆CPen Pen(PS_SOLID,5,RGB(0,0,0);设置当前画笔，并记下以前的画笔CPen *OldPen = pDC->SelectObject(&Pen);CBrush brush(brushColor);pDC ->SelectObject(&brush);绘制钟面椭圆pDC->Ellipse(5,5,Rect.right-5,Rect.bottom-5);double Radians;设置字体颜色为红色pDC->SetTextColor(RGB(255,0,0);for(i = 1;i <

16、;= 12;i+)格式化钟点值str.Format("%d",i);size = pDC->GetTextExtent(str,str.GetLength();Radians = (double)i*6.28/12.0;计算钟点放置的位置x = CenterX - (size.cx/2) + (int)(double)(CenterX - 20)* sin(Radians);y = CenterY - (size.cy/2) - (int)(double)(CenterY - 20)* cos(Radians);绘制钟点pDC->TextOut(x,y,str)

17、;计算时钟指针的夹角Radians = (double)Time.GetHour() + (double)Time.GetMinute()/60.0 + (double)Time.GetSecond()/3600.0;Radians *= 6.28/12.0;创建时钟指针画笔CPen HourPen(PS_SOLID,5,HourColor);pDC->SelectObject(&HourPen);绘制时钟指针pDC->MoveTo(CenterX,CenterY);pDC->LineTo(CenterX + (int)(double)(CenterX/3)*sin(

18、Radians),CenterY - (int)(double)(CenterY/3)*cos(Radians);Radians = (double)Time.GetMinuteO+(double)Time.GetSecond()/60.0;Radians *= 6.28/60.0;创建分钟指针画笔CPen MinutePen(PS_SOLID,3,MinuteColor);pDC->SelectObject(&MinutePen);绘制分钟指针pDC->MoveTo(CenterX,CenterY);pDC->LineTo(CenterX + (int)(doubl

19、e)(CenterX*2)/3)*sin(Radians), CenterY - (int)(double)(CenterY*2/3)*cos(Radians);Radians = (double)Time.GetSecond();Radians *= 6.28/60.0;创建秒钟指针画笔CPen SecondPen(PS_SOLID,1,SecondColor);pDC->SelectObject(&SecondPen);绘制秒钟指针pDC->MoveTo(CenterX,CenterY);pDC->LineTo(CenterX + (int)(double)(Ce

20、nterX*4)/5)*sin(Radians), CenterY - (int)(double)(CenterY*4)巧*cos(Radians);pDC->SelectObject(OldPen);/ CClockView printingBOOL CClockView:OnPreparePrinting(CPrintInfo* pInfo)/ default preparationreturn DoPreparePrinting(pInfo);void CClockView:OnBeginPrinting(CDC* /*pDC*/, CPrintInfo* /*pInfo*/)/

21、TODO: add extra initialization before printingvoid CClockView:OnEndPrinting(CDC* /*pDC*/, CPrintInfo* /*pInfo*/)/ TODO: add cleanup after printingIlllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll/ CClockView diagnostics#ifdef _DEBUGvoid CClockView:AssertValid() const CView

22、:AssertValid();void CClockView:Dump(CDumpContext& dc) constCView:Dump(dc);CClockDoc* CClockView:GetDocument() ll non-debug version is inline ASSERT(m_pDocument->IsKindOf(RUNTIME_CLASS(CClockDoc); return (CClockDoc*)m_pDocument;#endif ll_DEBUGlllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll

23、llllllllllllllllllllllll CClockView message handlersvoid CClockView:OnTimer(UINT nIDEvent) ll TODO: Add your message handler code here andlor call default InvalidateRect(NULL,true);UpdateWindow();CView:OnTimer(nIDEvent);int CClockView:OnCreate(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct) if (CView:OnCreate(lpCrea

24、teStruct) = -1)return -1;ll TODO: Add your specialized creation code here SetTimer(1,1000,NULL);return 0;void CClockView:OnContextMenu(CWnd* pWnd, CPoint point) ll TODO: Add your message handler code hereCMenu menu;menu.LoadMenu(IDR_CONTEXTMENU);CMenu* pContextMenu = menu.GetSubMenu(O);pContextMenu-

25、>TrackPopupMenu(TPM_LEFTALIGN|TPM_LEFTBUTTON|TPM_RIGHTBUTT ON,point.x,point.y,AfxGetMainWnd();void CClockView:OnContextBK() brushColor = RGB(255,228,181);void CClockView:OnContextHour() HourColor = RGB(255,0,0);void CClockView:OnContextMinute() MinuteC010r = RGB(128,128,0);void CClockView:OnConte

26、xtSecond()SecondC010r = RGB(0,192,255);void CClockView:OnContextRestore() brushColor = RGB(240,255,255);HourColor = RGB(0,255,0);MinuteColor = RGB(0,0,255);SecondColor = RGB(255,0,255);四、程序运行说明4.1 程序运行结果分析单击运行，生成一个椭圆表盘时钟，其表盘与各指针颜色各不相 同，用右键五个菜单修改表盘与指针颜色，菜单”设置背景色”来改 变表盘颜色、菜单”设置时针颜色”来改变时针指针颜色、菜单”设 置分针颜色”来改变分针指针颜色、菜单”设置秒针颜色”来改变秒 针指针颜色、用“恢复”菜单来还原成表盘与指针原来的颜色。改变 后的颜色与原来颜色也不各不相同，改变后只能是指定的颜色，不足 就是没有对话框多种颜色用来选择，颜色有点单一，用恢复菜单可以 恢复原来颜色。因为程序里调用了windows的时间函数，所以显示的时间永远跟电脑时间同步。此结果的实现是通过MFC方法实现的。基本上达