图形学实验报告

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），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+Txy’=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*sy’=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)*Sxy’=y*Sy+yf*(1-Sy)=yf+(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。//#includestdafx.h#includegl/glut.h#includemath.h#includestdlib.hfloatwidth,highth,angle;voidinit(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）}voiddisplay(void){glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glColor3f(0.0,1.0,1.0);//矩形颜色glBegin(GL_POLYGON);glTranslatef(0,0,0);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();}voidmySpecialKeyboard(intkey,intx,inty){if(key==GLUT_KEY_RIGHT)width+=5;if(key==GLUT_KEY_LEFT)width-=5;if(key==GLUT_KEY_UP)highth+=5;if(key==GLUT_KEY_DOWN)highth-=5;glutPostRedisplay();}voidmyKeyboard(unsignedcharkey,intx,inty){if(key=='c'||key=='C')exit(0);glutPostRedisplay();}voidmymouse(intbutton,intstate,intx,inty)//鼠标控制缩放{if(state==GLUT_DOWN){if(button==GLUT_LEFT_BUTTON){glScalef(0.5,0.5,0.0);display();}elseif(button==GLUT_RIGHT_BUTTON){glScalef(1.5,1.5,0.0);display();}glutPostRedisplay();//重新调用绘制函数}return;}voidmain(intargc,char**argv){glutInit(&argc,argv);glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);glutInitWindowPosition(50,50);glutInitWindowSize(600,600);glutCreateWindow(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#includeGL/glut.h#includemath.h#includestdlib.h#defineDEG_TO_RAD0.017453//角度转为弧度的参数，即2*PI/360floattheta=30.0;//直线与X轴正方向的夹角floatlength=200.0;//直线的长度floatx=300.0,y=200.0;//直线的第一个端点voidinit(void){glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0);glMatrixMode(GL_PROJECTION);gluOrtho2D(0.0,640.0,0.0,480.0);}voiddisplay(void){glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glColor3f(0.0,1.0,1.0);glBegin(GL_POLYGON);glVertex2f(x,y);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();glutSwapBuffers();//交换前后台缓存}/*voididleFunc(){theta+=0.1;if(theta360)theta-=360;glutPostRedisplay();//重新调用绘制函数}*/voidmyKeyboard(unsignedcharkey,intx,inty){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}voidmain(intargc,char**argv){glutInit(&argc,argv);glutInitDisplayMode(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、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：procedureflood-fill(X,Y,oldcolor,newcolor:integer);beginifgetpixel(framebuffer,x,y)=oldcolorthenbeginsetpixel(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，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usingSystem;usingSystem.Collections.Generic;usingSystem.ComponentModel;usingSystem.Data;usingSystem.Drawing;usingSystem.Linq;usingSystem.Text;usingSystem.Windows.Fo