山东科技大学计算机图形学实验指导书

1、计算机图形学实验指导书张晓庆信息科学与工程学院2010年5月目录实验一 环境设置（2学时）实验二 直线和圆的生成算法（2学时）实验三 填充和裁剪算法（4学时）实验四（选择1） 二维图形的几何变换（2学时）实验四（选择2） 真实感图形的绘制（2学时）实验一 环境设置（2学时）一、实验目的1掌握图形驱动程序及图形模式的基本概念，掌握图形初始化方法；2掌握Turbo C 进行图形程序设计的基本方法；3了解Turbo C 的图形功能，了解常见的图形库函数；4初步了解OpenGL程序设计结构；了解OpenGL的基本数据类型、核心函数及辅助函数的使用。二、实验要求1 图形系统初始化；2 综合应用Turbo

2、 C 中图形库函数，进行图形设计与绘制；3 熟悉Turbo C 和OpenGL开发环境，要求会对程序进行编辑，编译，调试（包括分步，断点设置等调试手段）。三、实验内容1 图形系统初始化#include <graphics.h>include <stalib.h>include <stdio.h>include <conio.h>int main(void)int gdriver=DETECT,gmode=0;initgraph(&gdiver,&gmode,”C:BC31BGI”);/进行图形初始化，/图形卡的采用自动检/测模式，

3、同时/假设BC系统安装在C盘的BC31子目/录下。setcolor(4); /设定当前前景色为红色circle(300,300,100); /以点（300，300）为圆心，100为半径画/圆周。setcolor(2); /设定当前前景色为绿色line(100,100,100,600); /在点(100,100)和点（100,600）之间画一条/直线段，并和以下三句结合，画出长为/500宽为400的矩形。line(100,500,500,500);line(500,500,500,100);line(500,100,100,100);getch(); /从键盘上获取一个字符，在此表示暂停，供/操

4、作者观察图形。closegrap(); /关闭图形模式。2综合应用Turbo C 中图形库函数，进行图形设计与绘制 Turbo C的库函数见附录A3.这次试验的目的主要是使大家初步熟悉OpenGL这一图形系统的用法，编程平台是Visual C+，它对OpenGL提供了完备的支持。OpenGL提供了一系列的辅助函数，用于简化Windows操作系统的窗口操作，使我们能把注意力集中到图形编程上，这次试验的程序就采用这些辅助函数。(1)、在VC中新建项目 · 新建一个项目。 选择菜单File中的New选项，弹出一个分页的对话框，选中页Projects中的Win32 Console Appli

5、cation项，然后填入你自己的Project name，如Test，回车即可。VC为你创建一个工作区（WorkSpace），你的项目Test就放在这个工作区里。· 为项目添加文件 为了使用OpenGL，我们需要在项目中加入三个相关的Lib文件：glu32.lib、glaux.lib、opengl32.lib，这三个文件位于c:program filesMicrosoft Visual Studiovc98lib目录中。选中菜单Project->Add To Project->Files项（或用鼠标右键），把这三个文件加入项目，在FileView中会有显示。这三个文件请务

6、必加入，否则编译时会出错。或者将这三个文件名添加到Project->Setting->Link->Object/library Modules 即可。点击工具条中New Text File按钮，新建一个文本文件，存盘为Test.c作为你的源程序文件，再把它加入到项目中，然后就可以开始编程了。#include <windows.h>#include <GL/gl.h>#include <GL/glu.h>#include <GL/glaux.h>/初始化OpenGL场景void myinit (void) glClearColor

7、 (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);/将背景置成黑色 glShadeModel (GL_FLAT);/设置明暗处理/用户的绘图过程void CALLBACK display(void) glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_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

8、, 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 glFlush ();/绘图结束/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) auxInitDisplayMode (AUX_RGB);/初始化显示模式，采用RGB彩色系统。 auxInitPosition (0, 0, 400, 150);/初始化

9、窗口位置、大小 auxInitWindow ("Display Lists");/初始化窗口，设置标题 myinit (); auxMainLoop(display);/循环运行display过程，display由用户编写 return(0);（2）、程序说明 每个函数的具体含义在程序注释中已作了叙述，不再多说。OpenGL的函数在格式上很有特点，它以gl为前缀，并且函数名的最后一个字母指出所用的数据类型，如：glColor3f()，字母f指明要使用浮点数。字母前的数字指明参数个数或指明二维还是三维，如：glVertex2f()是要设置二维的点。OpenGL采用的是状态机的

10、方式，用户设定一种状态，程序照此运行。如：glBegin(GL_LINES)设定画线状态（GL_LINES是OpenGL已定义好的常量），glColor3f()设定绘图所用颜色。main()函数中的几个aux前缀函数是OpenGL提供的辅助库，用以初始化窗口，大家不必深究，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。为了能显示更多的颜色，最好把系统设置成16位真彩色模式。函数glVertex2f(x, y)设置二维顶点。函数glB

11、egin(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。

12、大家可以把每一种状态都试一试。程序可以有多组glBegin()、glEnd()并列的形式，如：. .glBeing(GL_LINES);.glEnd();glBeing(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);实验二 直线和圆的生成算法（2学时）一、实验目的1. 通过实现三种直线和圆

13、生成算法对算法原理加深理解。2. 熟悉Turbo C开发环境，要求会对程序进行编辑，编译，调试（包括分步，断点设置等调试手段）。二、实验要求在Turbo C环境下实现三种直线生成算法。三、实验内容1）对逐点比较法、DDA算法、Bresenham算法进行理解。2）画出程序流程图；3）编写程序的源程序；4）编辑源程序并进行调试；5）进行特殊模式的运行测试，并结合情况进行调整；6）打印源程序或把源程序以文件的形式提交。四、实验报告1）按实验报告册格式书写实验报告；2）提交源程序文件或打印件。五、建立工程步骤1.在visual c+.net中使用opnengl,建立项目的步骤：2、在visual c+

14、中的建立控制台项目的步骤：实验三 填充和裁剪算法（4学时）一、实验目的1. 加深对填充算法的理解。2. 综合运用以前学过数据结构和算法设计知识。2. 熟悉Turbo C开发环境，要求会对程序进行编辑，编译，调试（包括分步，断点设置等调试手段）。二、实验要求在Turbo C环境下实现扫描线种子填充算法和Y-X算法。三、实验内容1）对扫描线种子填充算法和Y-X算法、编码裁剪算法、中点分割裁剪算法进行复习理解进行复习理解。2）画出程序流程图；3）编写程序的源程序；4）编辑源程序并进行调试；5）打印源程序或把源程序以文件的形式提交。四、实验报告1）按实验报告册格式书写实验报告；2）提交源程序文件或打印

15、件。五、建立win32应用程序工程。1、visual c+6.0下的界面接下来，请按实验二中的方法给上面建立的空项目添加文件“recursion.cpp”，由于同学们初次接触WIN32编程，所以对于下文中很多代码可暂时不要求理解，重点了解红色代码。递归算法源码如下：/ INCLUDES /#define WIN32_LEAN_AND_MEAN / just say no to MFC#include <windows.h> / include all the windows headers#include <windowsx.h> / include useful ma

16、cros/ DEFINES / defines for windows #define WINDOW_CLASS_NAME "WINCLASS1"#define WINDOW_WIDTH 400#define WINDOW_HEIGHT 300/ GLOBALS /HWND main_window_handle = NULL; / globally track main windowHINSTANCE hinstance_app = NULL; / globally track hinstancevoid BoundaryFill4(HDC,int,int,COLORREF

17、,COLORREF);/ FUNCTIONS /LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hwnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)/ this is the main message handler of the systemHDChdc;/ handle to a device contextHPEN hnewpen;HPEN holdpen;/ what is the message switch(message)case WM_RBUTTONDOWN:hdc=GetDC(hwnd);hnewpen=Crea

18、tePen(PS_SOLID,1,RGB(0,255,0);holdpen=(HPEN)SelectObject(hdc,hnewpen);/ 构造多边形MoveToEx(hdc,30,40,NULL);LineTo(hdc,60,40);LineTo(hdc,90,100);LineTo(hdc,60,150);LineTo(hdc,30,150);LineTo(hdc,30,40);SelectObject(hdc,holdpen);DeleteObject(hnewpen);ReleaseDC(hwnd,hdc);return(0);break;case WM_LBUTTONDOWN:h

19、dc = GetDC(hwnd);BoundaryFill4(hdc,LOWORD(lParam),HIWORD(lParam),RGB(0,255,0),RGB(255,0,0); / release the dcReleaseDC(hwnd,hdc);return(0);break;case WM_DESTROY: / kill the application, this sends a WM_QUIT message PostQuitMessage(0); / return successreturn(0); break;default:break; / end switch/ proc

20、ess any messages that we didn't take care of return (DefWindowProc(hwnd, message, wParam, lParam); / end WinProc/ WINMAIN /int WINAPI WinMain(HINSTANCE hinstance,HINSTANCE hprevinstance,LPSTR lpcmdline,int ncmdshow)WNDCLASSEX winclass; / this will hold the class we createHWND hwnd; / generic win

21、dow handleMSG message; / generic message/ first fill in the window class stucturewinclass.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);winclass.style= CS_DBLCLKS | CS_OWNDC | CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;winclass.lpfnWndProc= WindowProc;winclass.cbClsExtra= 0;winclass.cbWndExtra= 0;winclass.hInstance= hinstance;winclass.

22、hIcon= LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);winclass.hCursor= LoadCursor(NULL, IDC_ARROW); winclass.hbrBackground= (HBRUSH)GetStockObject(WHITE_BRUSH);winclass.lpszMenuName= NULL;winclass.lpszClassName= WINDOW_CLASS_NAME;winclass.hIconSm = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);/ save hinstance in globalhinstan

23、ce_app = hinstance;/ register the window classif (!RegisterClassEx(&winclass)return(0);/ create the windowif (!(hwnd = CreateWindowEx(NULL, / extended style WINDOW_CLASS_NAME, / class "Scanline Fill Demo", / title WS_OVERLAPPEDWINDOW | WS_VISIBLE, 0,0, / initial x,y WINDOW_WIDTH, / ini

24、tial width WINDOW_HEIGHT,/ initial height NULL, / handle to parent NULL, / handle to menu hinstance,/ instance of this application NULL)/ extra creation parmsreturn(0);/ save main window handlemain_window_handle = hwnd;while(GetMessage(&message,NULL,0,0)/ translate any accelerator keysTranslateM

25、essage(&message);/ send the message to the window procDispatchMessage(&message); / end while/ return to Windows like thisreturn(message.wParam); / end WinMain/void BoundaryFill4(HDC hdc,int x,int y,COLORREF boundarycolor,COLORREF newcolor)COLORREF color;color=GetPixel(hdc,x,y);if(color != bo

26、undarycolor) && (color !=newcolor)SetPixel(hdc,x,y,newcolor);BoundaryFill4(hdc,x,y+1,boundarycolor,newcolor);BoundaryFill4(hdc,x,y-1,boundarycolor,newcolor);BoundaryFill4(hdc,x-1,y,boundarycolor,newcolor);BoundaryFill4(hdc,x+1,y,boundarycolor,newcolor);2、中建立Win32工程更改项目中recursion.cpp文件代码：1）声明

27、函数void BoundaryFill4(HDC,int,int,COLORREF,COLORREF);2）修改LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)函数中代码，把visualc+6.0介绍的recursion.cpp中的WndProc函数体复制即可。3）在recursion.cpp文件末尾添加BoundaryFill4函数。2.下面的程序绘制的是一个简单的太阳系，其中包括一个太阳和一颗行星，它们使用线框球体绘制函数实现。当按下键盘“D”或“d”时，行星将实现自转；按下键盘“

28、Y”或“y”时，行星将绕太阳公转。请同学们认真读懂每一段代码，然后试着修改这段程序，实现1)将行星的中心倾斜；2)给行星加上卫星。#include <GL/glut.h>#include <stdlib.h>static int year = 0, day = 0;void init(void) glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glShadeModel (GL_FLAT);void display(void) glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT); glColor3f (1.0, 1.0, 1.0); glPu

29、shMatrix();/ glutWireSphere中第一、二、三个参数分别表示半径，经度线数、纬度线数 glutWireSphere(1.0, 20, 16); /* draw sun */ glRotatef (GLfloat) year, 0.0, 1.0, 0.0); glTranslatef (2.0, 0.0, 0.0); glRotatef (GLfloat) day, 0.0, 1.0, 0.0); glutWireSphere(0.2, 10, 8); /* draw smaller planet */ glPopMatrix(); glutSwapBuffers();vo

30、id reshape (int w, int h) glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode (GL_PROJECTION); glLoadIdentity (); gluPerspective(60.0, (GLfloat) w/(GLfloat) h, 1.0, 20.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); gluLookAt (0.0, 0.0, 5.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);void keyboard (unsig

31、ned char key, int x, int y) switch (key) case 'd': day = (day + 10) % 360; glutPostRedisplay(); break; case 'D': day = (day - 10) % 360; glutPostRedisplay(); break; case 'y': year = (year + 5) % 360; glutPostRedisplay(); break; case 'Y': year = (year - 5) % 360; glutP

32、ostRedisplay(); break; case 27: exit(0); break; default: break; int main(int argc, char* argv) glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB); glutInitWindowSize (500, 500); glutInitWindowPosition (100, 100); glutCreateWindow (argv0); init (); glutDisplayFunc(display); glutR

33、eshapeFunc(reshape); glutKeyboardFunc(keyboard); glutMainLoop(); return 0;实验四二维图形的几何变换一、实验学时2学时二、实验目的和要求1、掌握二维图形的基本几何变换，如平移、旋转、缩放、对称、错切变换；2、掌握OpenGL中模型变换函数，实现简单的动画技术。三、实验内容1、下面的代码采用GLUT库，实现了一个矩形在窗口中匀速转动（单击鼠标右键停止转动），请修改代码，实现矩形在窗口内沿着水平线匀速移动。/* * double.c * This is a simple double buffered program. * P

34、ressing the left mouse button rotates the rectangle. * Pressing the right mouse button stops the rotation. */#include <GL/glut.h>#include <stdlib.h>static GLfloat spin = 0.0;void display(void) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glPushMatrix(); glRotatef(spin, 0.0, 0.0, 1.0); glColor3f(1.0, 1.

35、0, 1.0); glRectf(-10.0, -10.0, 10.0, 10.0); glPopMatrix(); glutSwapBuffers();void spinDisplay(void) spin = spin + 2.0; if (spin > 360.0) spin = spin - 360.0; glutPostRedisplay();void init(void) glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glShadeModel (GL_FLAT);void reshape(int w, int h) glViewport (0, 0,

36、(GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); glOrtho(-50.0, 50.0, -50.0, 50.0, -1.0, 1.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity();void mouse(int button, int state, int x, int y) switch (button) case GLUT_LEFT_BUTTON: if (state = GLUT_DOWN) glutIdleFunc(spinDisplay)

37、; break; case GLUT_MIDDLE_BUTTON: case GLUT_RIGHT_BUTTON: if (state = GLUT_DOWN) glutIdleFunc(NULL); break; default: break; /* * Request double buffer display mode. * Register mouse input callback functions */int main(int argc, char* argv) glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE

38、| GLUT_RGB); glutInitWindowSize (500, 500); glutInitWindowPosition (100, 100); glutCreateWindow (argv0); init (); glutDisplayFunc(display); glutReshapeFunc(reshape); glutMouseFunc(mouse); glutMainLoop(); return 0; /* ANSI C requires main to return int. */2、课堂教学中关于模型变化讲解时，对一个三角形分别实现平移、缩放、旋转等变化的源码及效果图

39、。请以该例为蓝本，实现3题的代码编写。源码：#include <GL/glut.h>#include <stdlib.h>void init(void) glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glShadeModel (GL_FLAT);void draw_triangle(void) glBegin (GL_LINE_LOOP); glVertex2f(0.0, 25.0); glVertex2f(25.0, -25.0); glVertex2f(-25.0, -25.0); glEnd();void display(void) glC

40、lear (GL_COLOR_BUFFER_BIT); glColor3f (1.0, 1.0, 1.0); glLoadIdentity (); glColor3f (1.0, 1.0, 1.0); draw_triangle (); glEnable (GL_LINE_STIPPLE); glLineStipple (1, 0xF0F0); glLoadIdentity (); glTranslatef (-20.0, 0.0, 0.0); draw_triangle (); glLineStipple (1, 0xF00F); glLoadIdentity (); glScalef (1

41、.5, 0.5, 1.0); draw_triangle (); glLineStipple (1, 0x8888); glLoadIdentity (); glRotatef (90.0, 0.0, 0.0, 1.0); draw_triangle (); glDisable (GL_LINE_STIPPLE); glFlush ();void reshape (int w, int h) glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode (GL_PROJECTION); glLoadIdentity (); if (w &l

42、t;= h) gluOrtho2D (-50.0, 50.0, -50.0*(GLfloat)h/(GLfloat)w, 50.0*(GLfloat)h/(GLfloat)w); else gluOrtho2D (-50.0*(GLfloat)w/(GLfloat)h, 50.0*(GLfloat)w/(GLfloat)h, -50.0, 50.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW);int main(int argc, char* argv) glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GL

43、UT_RGB); glutInitWindowSize (500, 500); glutInitWindowPosition (100, 100); glutCreateWindow (argv0); init (); glutDisplayFunc(display); glutReshapeFunc(reshape); glutMainLoop(); return 0;实验结果图：3、已知某三角形的三顶点坐标为50.0,25.0,150.0,25.0,100.0,100.0。要求：（1）创建一个长宽分别为600、600的窗口，窗口的左上角位于屏幕坐标（100，100）处。（提示：请试着修改gluOrtho2D函数参数