计算机图形学实验课实验报告总

1、西南交通大学信息科学与技术学院计算机图形学实验课（2015 2016 学年 第II学期）实验报告学号：20132184 姓名：朱彦荣专业：软件工程 班级：软件工程2课程名称 计算机图形学 班级_软件工程2_ 学号_20132184_ 姓名_朱彦荣_实验日期 2016/3/23 实验成绩 实验名称 实验一、键盘与鼠标按键消息处理实验 1. 实验目的 熟悉集成开发环境和编辑操作，了解外围设备的工作原理，根据设备特征和产生的消息信号处理消息，管理设备。2. 实验设备 设备编号设备名称数 量1鼠标12键盘13主机14显示器15网线1 3. 实验设计过程说明软件设计工具名称： VC+6.0 实验内容：

2、在键盘上进行按键操作，如果是可显示字符，在屏幕上输出对应的ASCII码； 点击鼠标左键，在屏幕上的客户区窗口中鼠标点击的位置，输出一提示字符串。设计过程: 在VC+6.0中建立win32 Applicaption，然后在消息处理机制中添加相应的处理事件，点击运行即可。基本工作原理: 该实验的核心就是消息处理。消息，来自于事件（event），我们的所有操作无外乎是对事件的处理。任何大的事件总能不断细分成很多个基本事件，而基本事件依据与硬件设备输入设备的不同而增加。比如“点击鼠标左键”这个事件就会产生相应的消息，我们要做的就是对消息的处理了。根据上面的论证，我们可以很轻松的理解这一环境编程的核心。

3、当用户在窗口上按下一个字符键，程序将得到一条WM_CHAR消息，在其wParam参数中含有字符的码值，该消息包含了可显示字符的码值。当用户按下鼠标左键，将产生WM_LBUTTONDOWN消息，可以根据这些消息特征编写消息处理函数，并在窗口中输出对应的文字信息，管理设备。设计步骤: 建立工程-编写消息处理函数-运行程序，观察结果#include #include LRESULT CALLBACK WndProc(HWND,UINT,WPARAM,LPARAM);char szTitle=Simple Program for Windows; /titleint APIENTRY WinMain(

4、HINSTANCE hInstance, /application program instance handle HINSTANCE hPreInst, /the program instance previous handle LPSTR lpszCmdLine, / Commandline parameter string int nCmdShow) / the program beginning how to show windowHWND hWnd; MSG msg; WNDCLASS wcGRF; if (!hPreInst) /若hPeInst为零，则说明正运行的这个实例是程序的

5、第一个实例， /仅当运行第一个实例时，需要注册窗口类（对16 位程序而言） /注册窗口类如下： wcGRF.lpszClassName =szTitle; /窗口类的类名 wcGRF.hInstance =hInstance; /定义该类的应用程序的句柄 wcGRF.lpfnWndProc =WndProc; /窗口函数 wcGRF.hCursor =LoadCursor(NULL,IDC_CROSS); /光标对象的句柄 wcGRF.hIcon =LoadIcon(NULL,IDI_APPLICATION); /图标对象的句柄 wcGRF.lpszMenuName =NULL; /标识菜单对

6、象的字符串 wcGRF.hbrBackground =(HBRUSH):GetStockObject(WHITE_BRUSH); /used to clear handle wcGRF.style =CS_HREDRAW|CS_VREDRAW; /windows style; wcGRF.cbClsExtra =0; /类变量占据的存储空间 wcGRF.cbWndExtra =0; /实例变量占用的存储空间 if (!RegisterClass(&wcGRF) /如注册失败则返回 return FALSE;/ 对每个实例创建一个窗口对象 hWnd=CreateWindow(szTitle, /

7、类名,指定该窗口所属的类 szTitle, /窗口名，即在标题栏显示的文本 WS_OVERLAPPEDWINDOW, /窗口风格,以下四个参数确定窗口初始位置及大小 30, /窗口左上角相对屏幕的X 坐标 30, /窗口左上角相对屏幕的Y 坐标 540, /窗口宽度 360, /窗口高度 NULL, /父窗口句柄 NULL, /菜单句柄 hInstance, /实例句柄 NULL); /额外参数 ShowWindow(hWnd,nCmdShow); UpdateWindow(hWnd); /消息循环 while (GetMessage(&msg,NULL,0,0) /从应用程序队列中取出一条消

8、息 TranslateMessage(&msg); /翻译消息 DispatchMessage(&msg); /发送消息 return (msg.wParam);LRESULT CALLBACK WndProc( HWND hWnd,UINT Msg,WPARAM wParam, LPARAM lParam) HDC hDC; switch(Msg) case WM_CHAR: char str40; sprintf(str,the char code is HEX:%xH DEC:%d,wParam,wParam); MessageBox(hWnd,str, KeyBoard keypres

9、s Test,MB_OKCANCEL); break; case WM_LBUTTONDOWN: MessageBox(hWnd,mouse click, Mouse Press ,MB_OK); hDC=GetDC(hWnd); TextOut(hDC,LOWORD(lParam),HIWORD(lParam), click mouse left ,strlen( click mouse left ); ReleaseDC(hWnd,hDC); break; case WM_CLOSE: if(IDOK=MessageBox(NULL,真的要退出吗？, Window Close ,MB_OK

10、CANCEL|MB_ICONQUESTION) DestroyWindow(hWnd); break; case WM_PAINT: PAINTSTRUCT ps; hDC=BeginPaint(hWnd,&ps); /在WM_PAINT里必须用这个函数 TextOut(hDC,0,0, Mouse Left Button and Key Test,strlen( Mouse Left Button and Key Test); EndPaint(hWnd,&ps); break; case WM_DESTROY: PostQuitMessage(0); break; default: ret

11、urn(DefWindowProc(hWnd,Msg, wParam,lParam ); return 0;/*LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT messg,WPARAM wParam,LPARAM lParam) HDC hdc; PAINTSTRUCT ps; RECT rect; switch (messg) case WM_PAINT : hdc=BeginPaint(hWnd,&ps); GetClientRect(hWnd,&rect); DrawText(hdc, Hello,朱彦荣！, -1,&rect,DT_CENTER|DT_

12、VCENTER); EndPaint(hWnd,&ps); return 0; case WM_DESTROY: PostQuitMessage(0); return(0); return DefWindowProc(hWnd,messg,wParam,lParam);*/执行顺序: 消息的分派和处理实验结果记录： 单击鼠标左键：点击确定后：在键盘上点击a得到的结果：4. 实验结果的分析和描述 由实验的内容和环境可以知道，该实验的核心就是消息处理。说起消息处理，这是模仿人类社会工作方式的一种仿真模式。消息，来自于事件（event），我们的所有操作无外乎是对事件的处理。任何大的事件总能不断细分成

13、很多个基本事件，而基本事件依据与硬件设备输入设备的不同而增加。比如“点击鼠标左键”这个事件就会产生相应的消息，我们要做的就是对消息的处理了。根据上面的论证，我们可以很轻松的理解这一环境编程的核心。核心代码分析： 这个实验主要是两个输入设备上的测试，首先是键盘，当我们按下键盘上的一个键时，会经过很复杂的过程，比如8042、8048等硬件最终将按下键的make，break码等传入缓冲区中，并且在此程序中会产生 WM_CHAR这一消息，我们要做的就是对这个消息的处理了，很简单的，操作系统已经为我们屏蔽了很多的细节。同样，点击鼠标也是同样的道理，不再一一赘述了。实验结果的分类: 点击鼠标，弹出对话框；

14、按下按键，弹出对话框。各个主要组成部分的说明:主要是消息处理的代码。存在的问题:功能简陋可以改进的方面和建议:可以添加更加复杂的消息处理事件，使得整个程序更加系统化。课程名称 计算机图形学 班级: 软件工程2 学号: 20132184 姓名: 朱彦荣 实验日期: 2016/3/30 实验成绩: 实验名称: 实验二、窗口移植与简单图案绘制实验 1. 实验目的 掌握计算机图形学编程实现最基本的图形程序的步骤和方法.2. 实验设备 设备编号设备名称数 量1鼠标12键盘13主机14显示器15网线1 3. 实验设计过程说明软件设计工具名称： VC+6.0 实验内容： 窗口移植与简单图案绘制 设计过程:编

15、写程序-编译运行-逐步迭代改进-得出结果基本工作原理: 这次的实验目的是让我们更好的理解框架和使用绘图函数，因此绘图的原理很简单。设计步骤:编写程序-编译运行-逐步迭代改进-得出结果void CPaint_simple_graphicsView:OnDraw(CDC* pDC)CPaint_simple_graphicsDoc* pDoc = GetDocument();ASSERT_VALID(pDoc);/ TODO: add draw code for native data here /建立画笔 CPen pen_Zuobixi; pen_Zuobixi.CreatePen(PS_SO

16、LID,4,RGB(0,0,0); pDC-SelectObject(&pen_Zuobixi); /指定原点 pDC-SetViewportOrg(100,255); pDC-SetTextColor(RGB(255,0,0); /绘制横坐标 CString sPIText=-1/2,1/2,3/2,2,5/2,3,7/2,4,9/2,5; int n=-1; int nTemp=0; while (nTempLineTo(60*n,0); pDC-LineTo(60*n,-5); pDC-MoveTo(60*n,0); pDC-TextOut(60*n-sPITextn+1.GetLeng

17、th()*3,16,sPITextn+1); n+; nTemp +=60; pDC-MoveTo(0,0); CString strTemp; /绘制纵坐标 for(n=-4,nTemp = 0;nTempLineTo(0,60*n); pDC-LineTo(5,60*n); pDC-MoveTo(0,60*n); strTemp.Format(%d,-n); pDC-TextOut(10,60*n,strTemp); double y,radian; for(int x=-60;xMoveTo(int)x,(int)y); pDC-LineTo(int)x,(int)y); pen_Zuo

18、bixi.DeleteObject();执行顺序:当程序运行的时候会自动调用OnDraw()的内容，程序就自动执行了。实验结果记录：4. 实验结果的分析和描述 窗口移植，是窗口绘制代码的一种移植。在MFC平台下，我们可以自己搭建相应的窗口显示环境，具体的方法比较固定。简单图案的绘制，主要是考差了我们绘制基本的图案的能力，其中涉及了图案的布局、计算、显示等操作。在这里我画了一个正弦函数。实验结果的分类:绘图类、窗口移植类各个主要组成部分的说明:绘图的步骤，与当前窗口的关联。存在的问题:程序还是过于简单。可以改进的方面和建议:可以增加更多的绘图元素，丰富视觉感受。课程名称 计算机图形学 班级 软件

19、工程2 学号 20132184 姓名 朱彦荣 实验日期 2016/4/6 实验成绩 实验名称 实验三、指针式椭圆形实时显示时钟设计实验 1. 实验目的 掌握定时器的响应处理方式，掌握简单绘图函数的使用和应用程序设计。2. 实验设备 设备编号设备名称数 量1鼠标12键盘13主机14显示器15网线1 3. 实验设计过程说明软件设计工具名称： VC+6.0 实验内容： 利用消息映射与类中对应的成员函数，设计一个指针式椭圆形实时显示时钟。设计过程:分析题目制定解决方案编写时钟程序得出结论。基本工作原理:每隔一段时间，定时器就会自动调用重绘函数刷新屏幕，最终画出当前时间对应的时钟。设计步骤:分析题目制定

20、解决方案编写时钟程序得出结论。单击 VIEW 菜单的 ClassWizard项，在显示的MFC ClassWizard 对话框中的 Class name 选项中，选择 CTestView 类；在 Messages 选项中，选中 WM_TIMER 消息，如图所示，目前 WM_TIMER 消息还没有相对应的类的成员函数。 选中 WM_TIMER 消息 单击 ADD FUNCTION 按钮，就会在该类中添加与该消息对应的成员函数。本例中，为 WM_TIMER 消息在类中添加了对应的成员函数 OnTimer，如图所示。 添加类中与消息对应的成员函数单击 EditCode 按钮，可以看到系统已经自动生成

21、了处理 WM_TIMER 消息所对应的函数 OnTimer 所需的基本代码。 对于每个成员函数，在需要修改的函数中找到的注释语句“/TODO”之下，再添加所需要的应用代码就可以达到各自应用的目标了，函数 OnTimer 修改后的相应代码如下： void CTestView:OnTimer(UINT nIDEvent) InvalidateRect(NULL,true);/更新绘图区 UpdateWindow(); /更新窗口区 CView:OnTimer(nIDEvent); 然后，在OnDraw()中添加代码如下：void CMyView:OnDraw(CDC* pDC)CMyDoc* pD

22、oc = 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; CSize size; CPen Pen2(PS_SOLID,10,RGB(123,60,

23、64); /先记下以前的画笔, 再设置当前画笔 CPen *OldPen2 = pDC-SelectObject(&Pen2); pDC-Ellipse(5,5,Rect.right-5,Rect.bottom-5);/创建一支黑色的笔,用来画椭圆 CPen Pen(PS_SOLID,20,RGB(3,234,64); /先记下以前的画笔, 再设置当前画笔 CPen *OldPen = pDC-SelectObject(&Pen); /绘制钟面椭圆 pDC-Ellipse(20,20,Rect.right-20,Rect.bottom-20); CPen Pen1(PS_SOLID,3,RGB

24、(3,3,64); /先记下以前的画笔, 再设置当前画笔 CPen *OldPen1 = pDC-SelectObject(&Pen1); pDC-Ellipse(20,20,Rect.right-20,Rect.bottom-20);double Radians; /设置字体颜色为黑色 pDC-SetTextColor(RGB(0,0,0); for(i = 1;i 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)(dou

25、ble)(CenterX - 20)* sin(Radians); y = CenterY - (size.cy/2) - (int)(double)(CenterY - 20)* cos(Radians); /绘制钟点 pDC-TextOut(x,y,str); /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,

26、RGB(255,255,0); pDC-SelectObject(&HourPen); /绘制时钟指针 pDC-MoveTo(CenterX,CenterY); pDC-LineTo(CenterX + (int)(double)(CenterX/3)*sin(Radians), CenterY - (int)(double)(CenterY/3)*cos(Radians); /计算分钟指针的夹角 Radians = (double)Time.GetMinute()+(double)Time.GetSecond()/60.0; Radians *= 6.28/60.0; /创建分钟指针画笔 C

27、Pen MinutePen(PS_SOLID,3,RGB(255,0,255); pDC-SelectObject(&MinutePen); /绘制分钟指针 pDC-MoveTo(CenterX,CenterY); pDC-LineTo(CenterX + (int)(double)(CenterX*2)/3)*sin(Radians), CenterY - (int)(double)(CenterY*2/3)*cos(Radians); /计算秒钟指针的夹角 Radians = (double)Time.GetSecond(); Radians *= 6.28/60.0; /创建秒钟指针画笔

28、 CPen SecondPen(PS_SOLID,1,RGB(0,255,255); pDC-SelectObject(&SecondPen); /绘制秒钟指针 pDC-MoveTo(CenterX,CenterY); pDC-LineTo(CenterX + (int)(double)(CenterX*4)/5)*sin(Radians), CenterY - (int)(double)(CenterY*4)/5*cos(Radians); pDC-SelectObject(OldPen); 执行顺序:编译运行后，定时器采用中断方式不断地刷新屏幕。实验结果记录：、4. 实验结果的分析和描述

29、设当前需要显示的时间为Hour 时Minute 分Second秒，则经过简单计算就可得到各个指针实时显示夹角。计算依据为：时钟指针实时显示的夹角：AHour =(Hour +Minute/60 +Second/3600) * 2/12;分钟指针实时显示的夹角：AMinute =(Minute+Second/60) * 2/60;秒钟指针实时显示的夹角：ASecond =Second * 2/60;时钟的钟面用椭圆形显示，椭圆的中心位置可以确定在客户窗口的显示中心；绘制时、分、针时，用不同颜色的直线段显示，长度分别为椭圆半长轴的1/3、2/3、4/5；时钟表面的时间刻度，可用角度划分的方式均匀划

30、分成12 份，并用112的数字表示。时间的获取方法：利用计时器的响应函数处理，每秒钟更新一次时钟画面，重画时钟的各个指针，各指针的位置可以通过显示夹角的计算得到，达到实时显示时钟的目标。实验结果的分类:时钟绘制类、时间刷新类。各个主要组成部分的说明:注意定时器的运用。存在的问题:可以让始终更加美观一点。可以改进的方面和建议:增加更多的设计理念美化时钟。课程名称 计算机图形学 班级 软件工程2 学号 20132184 姓名 朱彦荣 实验日期 2016/4/13 实验成绩 实验名称 实验四、计算机图形学直线与圆的基本绘图算法实验 1. 实验目的 本节主要讲述如何在指定的输出设备（如光栅图形显示器）

31、上利用点构造其他基本二维几何图形（如点、直线、圆、椭圆、多边形域及字符串等）的算法与原理，并利用Visual C+编程实现这些算法。2. 实验设备 设备编号设备名称数 量1鼠标12键盘13主机14显示器15网线1 3. 实验设计过程说明软件设计工具名称： VC+6.0 实验内容： 直线与圆的基本绘图算法 设计过程:掌握原理转换成计算机语言编写编译运行程序基本工作原理:画直线算法：（1） DDA（数值微分）算法 Line: P0(0，0)P1(5，2) DDA 算法原理：如图 4-1 所示，已知过端点 p0 (x0 , y0 ), p1(x1, y1)的直线段 p0 p1 ； 直线斜率为 k=

32、(y1y0)/(x1x0)，从 x 的左端点 x0 开始，向 x 右端点步进画线，步长=1（个像素），计算相应的 y 坐标 y = k x + B ；取像素点 x , round（y） 作为当前点的坐标。 计算 yi+1 = k xi+1 + B = k x1 + B + k x = y1 + k x ，当 x =1, yi+1 = yi + k ，即当 x 每递增 1，y 递增 k（即直线斜率）。 注意分析：上述算法仅适用于 k1 的情形。在这 种情况下，x 每增加 1, y 最多增加 1。当k 1时，必 图 4-1 直线 DDA 算法扫描转换 须把 x，y 地位互换，y 每增加 1，x 相

33、应增加 1/k。 （2） 直线的中点画线法 中点画线法的基本原理如图 4-2 所示。在画直线段的过程中，当前像素点为 P，下一个M Q P2 P1 像素点有两种选择，点 P1 或 P2。M 为 P1 与 P2 中点，Q 为理想直线与 X=Xp+1 垂线的交点。当 M 在 Q 的下方时，则上方的 P2 应为下一个像素点；当 M 在 Q 的上方时，应取下方的 P1 为下一点。 中点画线法的实现： 令直线段为 L p0(x0,y0), p1(x1, y1)， 其方程式 F(x, y)=ax+by+c=0。 其中，a=y0y1, b=x1x0, c=x0y1x1y0； 点与 L 的关系如下： P=(x

34、p, yp) 在直线上，F(x, y)=0； 中点画线法每步迭代 在直线上方，F(x, y)0； 在直线下方，F(x, y)0。 涉及的像素和中点示意图 把 M 代入 F（x, y），判断 F 的符号，可知 Q 点在中点 M 的上方还是下方。 为此构造判别式 d=F(M)=F(xp+1, yp+0.5)=a(xp+1)+b(yp+0.5)+c。 当 d 0，L(Q 点)在 M 下方，取 P1 为下一个像素。 当 d=0，选 P1 或 P2 均可，取 P1 为下一个像素。 其中 d 是 xp, yp 的线性函数。 yi+1 y d2 d1 y1 x i+1 x1 图 （3） Bresenham画

35、直线算法 Bresenham算法是计算机图形学领域使用最广泛的直线扫描转换算法。由误差项符号决定下一个像素取右边点还是右上方点。 设直线从起点(x1, y1)到终点(x2, y2)。直线可表示为方程 y = mx+b，其中 b=y1mx1，m = (y2y1) / (x2x1)=dy/dx；此处的讨论直线方向限于第一象限，如图 4-3 所示，当直线光栅化时，x 每次都增加 1 个单元，设 x 像素为(xi，yi)。下一个像素的列坐标为 xi+1，行坐标为 yi 或者递增 1 为 yi+1，由 y 与 4-3 第一象限直线光栅化Bresenham 算法 ：yi 及 yi+1 的距离 d1 及 d

36、2 的大小而定。 如果 d1d20，则 yi+1=yi+1，否则 yi+1=yi。 将式（4.1）、（4.2）、（4.3）代入 d1d2，再用 dx 乘等式两边，并以 Pi=(d1d2) dx 代入上述等式，得 Pi = 2xidy2yidx+2dy+(2b1)dx （4.4） d1d2 是用以判断符号的误差。由于在第一象限，dx 总大于 0，所以 Pi 仍然可以用做判断误差的符号。Pi+1 为 Pi+1 = Pi+2dy2(yi+1yi)dx （4.5） 求误差的初值 P1，可将 x1、y1 和 b 代入式（4.4）中的 xi、yi，而得到 P1 = 2dydx 综合上面的推导，第一象限内生

37、成直线的 Bresenham 算法思想如下： （1）画点（x1, y1），dx=x2x1，dy=y2y1，计算误差初值 P1=2dydx，i=1。 （2）求直线的下一点位置 xi+1 = xi + 1，如果 Pi0，则 yi+1=yi+1，否则 yi+1=yi。 （3）画点(xi+1, yi+1)。 （4）求下一个误差 Pi+1，如果 Pi0，则 Pi+1=Pi+2dy2dx，否则 Pi+1=Pi+2dy。 （5）i=i+1；如果 i0； 圆内的点 F(x, y)转换成计算机语言编写编译运行程序 1）启动 VC，选择“Files 件”|“New”菜单命令，并在弹出的新建对话框中单击“工程”标签

38、。 2）选择 MFC AppWizard(exe)，在“Project name”编辑框中输入工程名称，单击“确定”按钮，出现应用向导窗口标题 MFC AppWizard Step 1 of 6 对话框。 3）选择“单文档”选项，单击“NEXT”按钮，出现 Step 2 of 6 对话框。 4）接受默认选项，单击“NEXT”按钮，在出现的 Step 3Step 5 对话框中，接受默认选项，单击“NEXT”按钮。 5）在 Step 6 对话框中单击“完成”按钮，即完成应用程序的主要选项，随后出现工程信息对话框（记录以上步骤各选项的选择情况），单击“确定”按钮，完成应用程序框架的创建。 设计生成直

39、线的 DDA（数值微分）算法、中点画线法、Bresenham 算法的菜单项。在工作空间 ResourceView 标签中，单击 Menu 项左边“+”，然后双击其子项 IDR_MAINFRAME，并根据表中定义的编辑菜单资源创建。菜单标题 菜单项标题 标示符 ID 直线 DDA 算法生成直线 ID_DDALINE Bresenham 算法生成直线 ID_BRESENHAMLINE 中点算法生成直线 ID_MIDPOINTLINE 添加消息处理函数 利用 ClassWizard（类向导）为应用程序添加与菜单项相关的消息处理函数，Class name栏中选择 CxxView，建立消息映射函数，Cl

40、assWizard 会自动完成有关函数声明。 菜单项 ID 消 息 消息处理函数 ID_DDALINE COMMAND OnDdaline ID_MIDPOINTLINE COMMAND OnMidpointline ID_BRESENHAMLINE COMMAND OnBresenhamline 在工作空间的 ResourceView 标签中，单击 Menu 项左边“+”，然后双击其子项 IDR_MAINFRAME，添加编辑菜单资源。建好的菜单有中点画圆和 Bresenham 画圆两种方法。 菜单标题 菜单项标题 标示符 ID 圆 中点画圆 ID_MIDPOINTCIRCLE Bresenham 画圆 ID_BRESENHAMCIRCLE （3）添加消息处理函数。 利用 ClassWizard（建立类向导）为应用程序添加与菜单项相关的消息处理函数， ClassName 栏中选择 CxxView， 建立如下的消息映射函数，ClassWizard 会自动完成有关的函数声明。 菜单项 ID 消 息 消息处理函数 ID_MIDPOINTCIRCLE CONMMAN OnMidpointcircle ID_BRESENHAMCIRCLE CONMMAN OnBresenhamcircle