计算机图形学课件讲义

1计算机图形学2教材和参考书教材计算机图形学，倪明田等，北京大学出版社，2000年。参考书1、OpenGL编程指南（第四版），DaveShreiner等（邓郑祥译），人民邮电出版社，2005年。2、计算机图形学（第三版），DonaldHearn，电子工业出版社，2004年。3、计算机图形学基础，唐泽圣等，清华大学出版社，2001年。3本课程的学习内容1、图形软件包2、用VC++编写OpenGL程序3、图形变换4、颜色和光照5、混合、反走样和雾6、显示列表、位图和图像7、纹理映射8、复杂图形绘制9、杂例4一、图形软件包1、Direct3D和DirectXDirectX是微软公司的多媒体应用软件包，Direct3D是其中的一部分。DirectX支持图形、音响、应用程序安装和设备管理等。Direct3D至少支持游戏或其他应用中的12种3D图形效果处理。5一、图形软件包2、HeidiHeidi主要应用于CAD和CAM技术中，如AutoCAD、3DStudio以及3DSMAX。Heidi是专业性强的软件包，在CAD和CAM领域应用比较广泛，在其它领域如多媒体或游戏软件中应用较少。6一、图形软件包3、OpenGLOpenGL是以SGI公司为首，联合IBM、Intel等8家公司共同制定的3D图形标准。OpenGL与硬件无关、独立于操作系统、支持网络运行。7二、用VC++编写OpenGL程序1、OpenGL函数库基本库基本库是OpenGL的核心函数库。所有OpenGL操作都可用这些函数来实现。可以在平台之间移植。这些函数以“gl”为前缀。实用库实用库建立在基本库的基础之上，目的是为了减轻使用者的编程负担。这些函数以“glu”为前缀。辅助库提供窗口管理函数、事件处理函数和简单模型制作函数。这些函数以“aux”为前缀。Windows专用函数8二、用VC++编写OpenGL程序2、帧缓存在OpenGL中，帧缓存由颜色缓存、深度缓存、模板缓存和累积缓存组成。颜色缓存：用于存储每个像素点的颜色，包括左前、(左后、右前、右后)和辅助颜色缓存。深度缓存：用于存储每个像素点的深度值。模板缓存：用于将作图限制在屏幕中的某些部分。累积缓存：在RGBA模式中，用于将一系列图像累加成一幅图像。3、建立OpenGL控制台应用程序（.NET)9三、图形变换1、投影

voidglOrtho(GLdoubleleft,GLdoubleright,GLdoublebottom,GLdoubletop,GLdouble

zNear,GLdouble

zFar);函数功能：用一个正射投影矩阵右乘当前投影矩阵。输入参数：裁剪面left,right,bottom,top,zNear,zFar。输出参数：无返回值：无voidglOrtho2D(GLdoubleleft,GLdoubleright,GLdoublebottom,GLdoubletop);10三、图形变换正射投影nearfarviewdirectiontopbottomleftright11三、图形变换正射投影矩阵12三、图形变换

voidgluPerspective(GLdouble

fovy,GLdoubleaspect,GLdouble

zNear,GLdouble

zFar);函数功能：设置一个透视投影矩阵。输入参数：视域的角度fovy,视域宽与高的比率，视点到近和远裁剪面的距离zNear和zFar。输出参数：无返回值：无13三、图形变换voidglFrustum(GLdoubleleft,GLdoubleright,GLdoublebottom,GLdoubletop,GLdouble

zNear,GLdouble

zFar);函数功能：用一个透视投影矩阵右乘当前投影矩阵。输入参数：裁剪面left,right,bottom,top,到近和远裁剪面的距离zNear和zFar。输出参数：无返回值：无14三、图形变换透视投影(glFrustum)nearfarleftrightbottomtopviewpoint15三、图形变换透视投影(glFrustum)矩阵16三、图形变换2、视区变换

voidglViewport(GLintx,GLinty,GLintwidth,GLintheight);函数功能：在窗口中定义一个视区。输入参数：视区左下角坐标(x,y),视区的宽width,视区的高height。输出参数：无返回值：无17三、图形变换3、裁剪变换

voidglClipPlane(GLenumplane,constGLdouble*equation);函数功能：定义附加裁剪平面。输入参数：参数plane表示裁剪平面索引号GL_CLIP_PLANEi(i取0到到GL_MAX_CLIP_PLANES-1之间的整数),参数equation表示三维平面方程Ax+By+Cz+D=0的系数A，B，C和D构成的数组。输出参数：无返回值：无18三、图形变换4、几何变换

voidglRotate{f,d}(TYPEangle,TYPEx,TYPEy,TYPEz);函数功能：对局部坐标系进行旋转。输入参数：旋转角度angle,旋转轴方向矢量(x,y,z)。输出参数：无返回值：无19三、图形变换

voidglTranslate{f,d}(TYPEx,TYPEy,TYPEz);函数功能：对局部坐标系进行平移。输入参数：在坐标轴方向的平移量x,y和z。输出参数：无返回值：无voidglScale{f,d}(TYPEx,TYPEy,TYPEz);函数功能：对局部坐标系进行缩放。输入参数：在坐标轴方向的缩放量x,y和z。输出参数：无返回值：无20四、颜色和光照1、绘图颜色

voidglClearColor(GLclampedred,GLclampedgreen,GLclampedblue,GLclampedalpha);函数功能：设定清颜色缓冲区颜色值。voidglClear(GLbitfieldmask);函数功能：清除指定的缓冲区。21四、颜色和光照

voidglColor3{b,f,d,s,i,ub,ui,us}(TYPEred,TYPEgreen,TYPEblue);voidglColor4{b,f,d,s,i,ub,ui,us}(TYPEred,TYPEgreen,TYPEblue,TYPEalpha);voidglColor3{b,f,d,s,i,ub,ui,us}v(TYPE*v);voidglColor4{b,f,d,s,i,ub,ui,us}v(TYPE*v);函数功能：指定当前颜色。

voidglIndex{s,i,f,d}(TYPEc);voidglIndex{s,i,f,d}(TYPE*c);函数功能：设置当前颜色索引值。22四、颜色和光照2、阴影模式

voidglShadeMode(GLenummode);函数功能：设置阴影模式。输入参数：阴影模式类型mode。mode取值为GL_FLAT或GL_SMOOTH。当阴影模式为GL_FLAT时，多边形用一个顶点的颜色进行绘制；当阴影模式为GL_SMOOTH时，多边形用各个顶点颜色的插值结果进行绘制。输出参数：无返回值：无23四、颜色和光照3、材质

voidglMaterial{i,f}(GLenumface,Glenum

pName,TYPEparam);voidglMaterial{i,f}v(GLenumface,Glenum

pName,TYPE*param);函数功能：定义当前多边形的材质。输入参数：参数face表示材质应用于多边形的哪个面(GL_FRONT、GL_BACK或GL_FRONT_AND_BACK)，参数pName表示光线类型(GL_AMBIENT、GL_DIFFUSE、GL_SPECULAR、GL_SHINESS或GL_EMISSION)。参数param表示反射率或镜面反射指数。GL_SHINESS表示镜面反射指数，此时param允许取值范围为0到128。输出参数：无返回值：无24四、颜色和光照25四、颜色和光照

voidglColorMaterial(GLenumface,GLenummode);函数功能：定义当前多边形的材质。输入参数：参数face表示材质应用于多边形的哪个面(GL_FRONT、GL_BACK或GL_FRONT_AND_BACK)，参数pName表示光线类型(GL_AMBIENT、GL_DIFFUSE、GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE、GL_SPECULAR、GL_SHINESS或GL_EMISSION)。参数face缺省为GL_FRONT_AND_BACK，参数pName缺省为GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE。输出参数：无返回值：无voidglColor*();26四、颜色和光照4、光照

voidglLight{i,f}(GLenumlight,Glenum

pName,TYPEparam);voidglLight{i,f}v(GLenumlight,Glenum

pName,TYPE*param);函数功能：创建光源。输入参数：参数light表示光源编号GL_LIGHTi(i取0到GL_MAX_LIGHTS-1之间的值)，参数pName表示操作类型(GL_AMBIENT、GL_DIFFUSE、GL_SPECULAR、GL_POSITION、GL_SPOT_DIRECTION、GL_SPOT_EXPONEXT、GL_SPOT_CUTOFF或GL_CONST_ATTENUATION)。参数param表示光的强度、光源位置、衰减因子或其他。输出参数：无返回值：无27四、颜色和光照28四、颜色和光照5、光照模型

voidglLightModel{i,f}(GLenum

pName,TYPEparam);voidglLightModel{i,f}v(GLenum

pName,TYPE*param);函数功能：建立光照模型。输入参数：参数pName表示光照模型的类型(GL_LIGHG_MODEL_AMBIENT、GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER或GL_MODEL_TWO_SIDE)。参数param表示要设置的参数值。参数pName取GL_LIGHG_MODEL_AMBIENT时，param表示全局环境光，参数pName取GL_LIGHG_MODEL_LOCAL_VIEWER时，param表示镜面反射光视角的计算方法。输出参数：无返回值：无29四、颜色和光照30四、颜色和光照31四、颜色和光照6、多边形绘制voidglFront(GLenummode);函数功能：指定多边形的正面。输入参数：指定多边形正面的参数mode。mode取GL_CCW或GL_CW。mode取GL_CCW时，多边形的顶点呈逆时针方向排列一面为正面。输出参数：无返回值：无32四、颜色和光照

voidglPolygonMode(GLenumface,GLenummode);函数功能：设定多边形的绘制模式。输入参数：指定绘制多边形哪些面的参数face,指定多边形绘制方式的参数mode。face的取值为GL_FRONT_AND_BACK、GL_FRONT或GL_BACK，缺省为GL_FRONT_AND_BACK，mode取GL_POINT、GL_LINE或GL_FILL，缺省为GL_FILL

。输出参数：无返回值：无33四、颜色和光照

voidglNormal3{b,s,i,f,d}(TYPEnx,TYPEny,TYPEnz);voidglNormal3{b,s,i,f,d}v(constTYPE*v);函数功能：设置当前法向量。输入参数：法向量分量或法向量矢量。法向量的方向影响镜面反射光和散射光的强度。输出参数：无返回值：无链接DrawScence()34四、颜色和光照35五、混合、反走样和雾1、混合

voidglBlendFunc(GLenum

sfactor,GLenum

dfactor);函数功能：设置混合因子。输入参数：参数sfactor和dfactor分别表示混合源因子和混合目标因子。输出参数：无返回值：无结果颜色值RsSr+RdDr,GsSg+GdDg,BsSb+BdDb,AsSa+AdDa其中Rs,Rd等表示源和目标颜色，Sr,Dr等表示混合因子。各分量的值被截取到[0,1].36五、混合、反走样和雾37五、混合、反走样和雾38五、混合、反走样和雾39五、混合、反走样和雾40五、混合、反走样和雾2、反走样

voidglHint(GLenumtarget,GLenummode);函数功能：设置混合因子。输入参数：参数target表示反走样的行为(GL_POINT_SMOOTH_HINT、GL_LINE_SMOOTH_HINT、GL_FOG_HINT、GL_POLYGON_SMOOTH_HINT)，参数mode表示计算时的首选考虑(GL_FASTEST、GL_NICEST或GL_DON’T_CARE)。输出参数：无返回值：无41五、混合、反走样和雾3、雾化voidglFog{i,f}(GLenum

pName,TYPEparam);voidglFog{i,f}v(GLenum

pName,TYPE*param);函数功能：设置混合因子。输入参数：参数pName表示将要设置的参数类型(GL_FOG_MODE、GL_FOG_DENSITY、GL_FOG_START、GL_FOG_END、GL_FOG_COLOR、GL_FOG_INDEX)，参数param表示参数值。当pName为GL_FOG_MODE时，param取值为GL_LINEAR、GL_EXP或GL_EXP2。输出参数：无返回值：无42五、混合、反走样和雾43五、混合、反走样和雾44六、显示列表、位图和图像1、显示列表显示列表为优化绘图性能而设计，尤其是为优化网络应用而设计。OpenGL的显示列表在程序运行过程中是不可修改的。显示列表的典型应用位图和图像：将位图或图像的定义添加到显示列表中，在显示列表编译(而不是在图形显示)时将数据转换成硬件支持的格式。光照、材质及光照模型：可将材质定义添加到显示列表中，避免在材质选择时反复计算。纹理：将纹理定义添加到显示列表中，在显示列表编译(而不是在图形显示)时将纹理格式转换成硬件支持的格式。矩阵操作：将计算某些矩阵及其逆矩阵的OpenGL命令添加到显示列表。45六、显示列表、位图和图像

voidglNewList(GLuintlist,GLenummode);函数功能：新建一个显示列表。输入参数：参数list表示显示列表的名称，参数mode表示显示列表的状态(GL_COMPILE、GL_COMPILE_AND_EXECUTE)。输出参数：无返回值：无voidglEndList();函数功能：显示列表定义结束。voidglCallList(GLuintlist);函数功能：调用显示列表。46六、显示列表、位图和图像

GLuint

glGenLists(GLsizeirange);函数功能：新建一组空显示列表。输入参数：参数range表示将要创建的显示列表的数目。输出参数：无返回值：成功时返回最前面一个显示列表的索引值，否则返回0。

GLboolean

glIsList(GLuintlist);函数功能：测试显示列表是否存在。输入参数：参数list表示被测试显示列表的名称。输出参数：无返回值：被测试的显示列表存在时返回GL_TRUE，否则返回GL_FALSE。47六、显示列表、位图和图像48六、显示列表、位图和图像49六、显示列表、位图和图像2、位图OpenGL提供了位图操作函数。利用这些函数可以实现字符(串)输出。

voidglRasterPos2{d,f,i,s}(TYPEx,TYPEy);voidglRasterPos3{d,f,i,s}(TYPEx,TYPEy,TYPEz);voidglRasterPos4{d,f,i,s}(TYPEx,TYPEy,TYPEz,TYPEw);voidglRasterPos{2,3,4}{d,f,i,s}v(TYPE*v);函数功能：指定像素操作的光栅位置。50六、显示列表、位图和图像

voidglBitmap(GLsizeiwidth,GLsizeiheight,GLfloatx,GLfloaty,GLfloat

dx,GLfloat

dy,constGLubyte*bitmap);函数功能：绘制位图。输入参数：参数width,height表示位图按像素表示的宽和高，参数x,y表示位图的左下角(相对于当前光栅位置的)坐标，参数dx,dy表示当前位图画完之后，当前光栅位置在水平和垂直方向的偏移量，参数bitmap表示位图的地址。输出参数：无返回值：无。51六、显示列表、位图和图像

glPixelStore{i,f}(GLenum

pName,TYPEparam);函数功能：设置像素存储模式。输入参数：参数pName表示存储模式名，参数param为特定存储模式设定的值。输出参数：无返回值：无。52六、显示列表、位图和图像53六、显示列表、位图和图像54六、显示列表、位图和图像55六、显示列表、位图和图像56六、显示列表、位图和图像57六、显示列表、位图和图像3、图像在位图中，每个像素点用一位来存储它的信息；在图像中，一个像素点可以用多位来存储它的信息。图像可以用作纹理图。58六、显示列表、位图和图像

voidglReadPixels(GLintx,GLinty,GLsizeiwidth,GLsizeiheight,GLenumformat,GLenumtype,GLvoid*pixels);函数功能：从帧缓存中读取像素块。输入参数：参数x,y表示像素块左下角的坐标，参数width,height表示像块的宽和高，参数format表示像素数据的格式(GL_RGB、GL_RGBA、GL_RED、GL_GREEN、GL_BLUE、GL_ALPHA、GL_LUMINANCE_ALPHA、GL_LUMINANCE、GL_DEPTH_COMPONENT、GL_STENCIL_INDEX、GL_COLOR_INDEX)，参数type表示像素数据的数据类型(GL_UNSIGNED_BYTE、GL_BYTE、BL_BITMAP、GL_UNSIGNED_SHORT、GL_SHORT、GL_UNSIGNED_INT、GL_INT、GL_FLOAT)，参数pixels指向像素数据。输出参数：无返回值：无。59六、显示列表、位图和图像

voidglDrawPixels(GLsizeiwidth,GLsizeiheight,GLenumformat,GLenumtype,GLvoid*pixels);函数功能：在当前光栅位置绘制像素块。输入参数：参数width,height表示像块的宽和高，参数format表示像素数据的格式(GL_RGB、GL_RGBA、GL_RED、GL_GREEN、GL_BLUE、GL_ALPHA、GL_LUMINANCE_ALPHA、GL_LUMINANCE、GL_DEPTH_COMPONENT、GL_STENCIL_INDEX、GL_COLOR_INDEX)，参数type表示像素数据的数据类型(GL_UNSIGNED_BYTE、GL_BYTE、BL_BITMAP、GL_UNSIGNED_SHORT、GL_SHORT、GL_UNSIGNED_INT、GL_INT、GL_FLOAT)，参数pixels指向像素数据。输出参数：无返回值：无。60六、显示列表、位图和图像voidglCopyPixels(GLintx,GLinty,GLsizeiwidth,GLsizeiheight,GLenumtype);函数功能：从帧缓存拷贝像素块到当前光栅位置。输入参数：参数x,y表示像素块左下角的窗口坐标，参数width,height表示像块的宽和高，参数type表示拷贝操作的类型(GL_COLOR、GL_STENCIL、GL_DEPTH)。输出参数：无返回值：无。61六、显示列表、位图和图像

voidglPixelZoom(GLfloat

xfactor,GLfloat

yfactor);函数功能：在x和y方向进行缩放。voidglPixelTransfer{i,f}(GLenum

pName,TYPEparam);函数功能：设置像素转换模式。输入参数：参数pName表示像素转换模式名，参数param表示pName要设定的值。输出参数：无返回值：无。62六、显示列表、位图和图像63六、显示列表、位图和图像64六、显示列表、位图和图像65六、显示列表、位图和图像

voidglPixelMap{ui,us,f}v(GLenummap,GLint

mapsize,constTYPE*values);函数功能：设置像素(转换)映射。输入参数：参数map表示像素映射表名称，参数mapsize表示映射表的大小，参数values表示mapsize个值对组成的数组。输出参数：无返回值：无66六、显示列表、位图和图像67六、显示列表、位图和图像68六、显示列表、位图和图像69六、显示列表、位图和图像70六、显示列表、位图和图像71六、显示列表、位图和图像72六、显示列表、位图和图像73六、显示列表、位图和图像74六、显示列表、位图和图像75六、显示列表、位图和图像76六、显示列表、位图和图像77六、显示列表、位图和图像78六、显示列表、位图和图像79六、显示列表、位图和图像80六、显示列表、位图和图像81七、纹理映射1、生成和绑定纹理名称

voidglGenTextures(GLsizein,GLuint*textures);函数功能：生成纹理名称。输入参数：参数n为纹理名称的数目，参数textures表示被生成的纹理名称构成的数组。输出参数：无返回值：无。82七、纹理映射83七、纹理映射2、纹理定义物体表面细节分为两类：一类是表面的颜色纹理，如桌上的木纹；另一类是表面的几何纹理，如凹凸不平的树皮。简单规则的颜色纹理可用表面细节多边形来模拟；当纹理变得精致复杂时，可采用纹理映射(texturemap)技术，即将一幅平面图映射到物体表面上，从而产生物体表面的细节。纹理是一块矩形区域，可以从图像中读取。可以将纹理映射到非矩形区域。84七、纹理映射纹理映射的基本步骤：纹理定义控制颜色启用纹理映射指定纹理坐标和几何坐标85七、纹理映射

voidglTexImage2D(GLenumtarget,GLintlevel,GLint

internalFormat,GLsizeiwidth,GLsizeiheight,GLintborder,GLenumformat,GLenumtype,constGLvoid*pixels);函数功能：定义一个二维纹理图像。输入参数：参数target为纹理类型，只能是GL_TEXTURE_2D，参数level表示多分率图像的级数，参数internalFormat表示纹理中颜色分量的数目，参数width和height表示图像的宽和高，参数border表示图像边界的大小，参数format表示像素数据的格式，参数type表示像素数据的类型，参数pixels是指向像素数据的指针。输出参数：无返回值：无。86七、纹理映射voidglTexImage1D(GLenumtarget,GLintlevel,GLint

internalFormat,GLsizeiwidth,GLsizeiheight,GLintborder,GLenumformat,GLenumtype,constGLvoid*pixels);函数功能：定义一个二维纹理图像。输入参数：参数target为纹理类型，只能是GL_TEXTURE_1D，参数level表示多分率图像的级数，参数internalFormat表示纹理中颜色分量的数目，参数width和height表示图像的宽和高，参数border表示图像边界的大小，参数format表示像素数据的格式，参数type表示像素数据的类型，参数pixels是指向像素数据的指针。输出参数：无返回值：无。87七、纹理映射88七、纹理映射MIP纹理映射程序员可以指定一系列分辩率递减的纹理图(mipmaps),OpenGL按照物体的尺寸自动确定应该使用哪个纹理图。使用MIP纹理映射技术时，纹理图的大小必须从n*n依次递减到1*1。89七、纹理映射3、设置纹理参数

voidglTexParameter{i,f}(GLenumtarget,GLenum

pName,TYPEparam);voidglTexParameter{i,f}v(GLenumtarget,GLenum

pName,TYPE*param);函数功能：设置纹理参数。输入参数：参数target为纹理类型(GL_TEXTURE_1D，GL_TEXTURE_2D)

，参数