-计算机图形学实验报告.doc

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.-计算机图形学实验报告姓名：_ _学号：_ _班级：_ _ 时间：_2016年12月_实验一 OpenGL编程与图形绘制1 实验目的了解OpenGL编程，并熟悉OpenGL的主要功能、绘制流程和基本语法。学会配置OpenGL环境，并在该环境中编程绘图。2 实验内容OpenGL的主要功能：模型绘制、模型观察、颜色模式、光照应用、图像效果增强、位图和图像处理、纹理映射、实时动画和交互技术。OpenGL的绘制流程分为两个方面：一个完整的窗口系统的OpenGL图形处理系统的结构为：最底层为图形硬件，第二层为操作系统，第三层为窗口系统，第四层为OpenGL，最上面的层为应用软件；OpenGL命令将被放在一个命令缓冲区中，这样命令缓冲区中包含了大量的命令、顶点数据和纹理数据。当缓冲区被清空时，缓冲区中的命令和数据都将传递给流水线的下一个阶段。OpenGL的基本语法中相关库有：OpenGL核心库：gl、OpenGL实用程序库： glu、OpenG编程辅助库：aux、OpenGL实用程序工具包（OpenGL utility toolkit，GLUT）：glut、Windows专用库：wgl。OpenGL的基本语法中命名规则为：OpenGL函数都遵循一个命名约定，即采用以下格式：<库前缀><根命令><可选的参数个数><可选的参数类型>。了解了上述基础知识后，配置好OpenGL环境，然后在该环境中编程练习图形的绘制，本次实验主要是对点的绘制、直线的绘制和多边形面的绘制。3 实验代码及结果3.1点的绘制：#include<gl/glut.h>void Initial(void) glClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f); /设置窗口背景颜色为白色 glMatrixMode(GL_PROJECTION); /指定设置投影参数 gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0); /设置投影参数void Display(void) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); /用当前背景颜色填充窗口 glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f); /设置当前的绘图颜色为红 / glRectf(50.0f,100.0f,150.0f,50.0f); /绘制一个矩形 glPointSize(10); /三个点 glBegin(GL_POINTS); glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f); glVertex2i(2,148); glVertex2i(100,75); glVertex2i(198,2); glEnd(); glFlush(); /清空OpenGL命令缓冲区，执行OpenGL程序int main(int argc,char*argv) glutInit(&argc,argv); glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB); /初始化窗口的显示模式 glutInitWindowSize(400,300); /设置窗口的尺寸 glutInitWindowPosition(100,120); /设置窗口位置 glutCreateWindow("矩形"); /创建一个名为矩形的窗口 glutDisplayFunc(Display); /设置当前窗口的显示回调函数 Initial(); /完成窗口初始化 glutMainLoop(); /完成窗口GLUT事件处理循环 return 0;运行结果：3.2直线的绘制：#include<gl/glut.h>void Initial(void) glClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f); /设置窗口背景颜色为白色 glMatrixMode(GL_PROJECTION); /指定设置投影参数 gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0); /设置投影参数void Display(void) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); /用当前背景颜色填充窗口 glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f); /设置当前的绘图颜色为红色 / glRectf(50.0f,100.0f,150.0f,50.0f); /绘制一个矩形glBegin(GL_LINE_LOOP); /五角星 glVertex2i(10,10); glVertex2i(30,35); glVertex2i(50,10); glVertex2i(5,25); glVertex2i(55,25); glEnd(); glFlush(); /清空OpenGL命令缓冲区，执行OpenGL程序int main(int argc,char*argv) glutInit(&argc,argv); glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB); /初始化窗口的显示模式 glutInitWindowSize(400,300); /设置窗口的尺寸 glutInitWindowPosition(100,120); /设置窗口位置 glutCreateWindow("矩形"); /创建一个名为矩形的窗口 glutDisplayFunc(Display); /设置当前窗口的显示回调函数 Initial(); /完成窗口初始化 glutMainLoop(); /完成窗口GLUT事件处理循环 return 0;运行结果：3.3多边形面的绘制：#include<gl/glut.h>void Initial(void) glClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f); /设置窗口背景颜色为白色 glMatrixMode(GL_PROJECTION); /指定设置投影参数 gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0); /设置投影参数void Display(void) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); /用当前背景颜色填充窗口 glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f); /设置当前的绘图颜色为红色 / glRectf(50.0f,100.0f,150.0f,50.0f); /绘制一个矩形 glBegin(GL_TRIANGLES); /等边三角形 glVertex2f(0.0,0.0); glVertex2f(15,25.95); glVertex2f(30,0); glEnd(); glFlush(); /清空OpenGL命令缓冲区，执行OpenGL程序int main(int argc,char*argv) glutInit(&argc,argv); glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB); /初始化窗口的显示模式 glutInitWindowSize(400,300); /设置窗口的尺寸 glutInitWindowPosition(100,120); /设置窗口位置 glutCreateWindow("矩形"); /创建一个名为矩形的窗口 glutDisplayFunc(Display); /设置当前窗口的显示回调函数 Initial(); /完成窗口初始化 glutMainLoop(); /完成窗口GLUT事件处理循环 return 0;运行结果：实验二直线绘制实验1. 实验目的为了进一步熟悉OpenGL编程，了解基本图形生成算法中的直线绘制，学会直线绘制算法中最常用的三种算法：数值微分法、中点画线算法和Bresenham算法。2. 实验内容（一）数值微分法数值微分法直接从直线的微分方程生成直线。给定直线的两端点：P0(X0,Y0)和P1(X1,Y1)，得到直线的微分方程dy/dx=y/x=(Y1-Y0)/(X1-X0)=k。数值微分算法的原理是，由于直线的一阶导数是连续的，而且x和y是成比例的，因此通过在当前位置（Xi，Yi）分别加上两个小增量x和y(为无穷小的正数)来求下一点（X(i+1),Y(i+1)）的x，y坐标。（二）中点画线算法给定直线的两端点：P0(X0,Y0)和P1(X1,Y1)，可得到直线方程F(x,y)=y-kx-b=0且k=y/x=(Y1-Y0)/(X1-X0)。绘图过程如下：.输入直线的两端点P0(X0,Y0)和P1(X1,Y1)。.计算初始值x, y,d=x-2y,x=X0,y=Y0.绘制点(x,y)。判断d的符号，若d<0，则(x,y)更新为(x+1,y+1),d更新为d+2x-2y;否则(x,y)更新为(x+1，y)，d更新为y。.当直线没有画完时，重复步骤,否则结束。（三）Bresenham算法算法步骤如下：.输入直线两端点P0(X0,Y0)和P1(X1,Y1)。.计算初始值x, y,e=-x,x=X0,y=Y0。.绘制点(x,y)。.e更新为e+2y。判断e的符号，若e>0,则(x,y)更新为(x+1,y+1),同样将e更新为e-2x；否则(x,y)更新为(x+1,y)。.当直线没有画完时，重复步骤和；否则结束。3. 实验代码及结果3.1数值微分算法编程绘制直线代码： #include<gl/glut.h>#include<windows.h>void Initial(void) glClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f); /设置窗口背景颜色为白色 glMatrixMode(GL_PROJECTION); /指定设置投影参数 gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0); /设置投影参数void Display(void) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); /用当前背景颜色填充窗口 glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f); /设置当前的绘图颜色为红色glBegin(GL_LINES); int x0=10;int y0=20;int x1=30;int y1=40;int color=10; int dx,dy,epsl,k; float x,y,xIncre,yIncre; dx=x1-x0; dy=y1-y0; x=x0; y=y0; / if(abs(dx)>abs(dy) epsl=abs(dx); else epsl=abs(dy); xIncre=(float)dx/(float)epsl; yIncre=(float)dy/(float)epsl; for(k=0;k<=epsl;k+) glVertex2i(int(x+0.5),(int)(y+0.5);x+=xIncre;y+=yIncre; glEnd(); glFlush(); /清空OpenGL命令缓冲区，执行OpenGL程序int main(int argc,char*argv) glutInit(&argc,argv); glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB); /初始化窗口的显示模式 glutInitWindowSize(400,300); /设置窗口的尺寸 glutInitWindowPosition(100,120); /设置窗口位置 glutCreateWindow("矩形"); /创建一个名为矩形的窗口 glutDisplayFunc(Display); /设置当前窗口的显示回调函数 Initial(); /完成窗口初始化 glutMainLoop(); /完成窗口GLUT事件处理循环 return 0;实验结果：2.2中点画线算法编程绘制直线代码：#include<gl/glut.h>#include<windows.h>void Initial(void) glClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f); /设置窗口背景颜色为白色 glMatrixMode(GL_PROJECTION); /指定设置投影参数 gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0); /设置投影参数void Display(void) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); /用当前背景颜色填充窗口 glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f); /设置当前的绘图颜色为红色glBegin(GL_POINTS); int x0=50;int y0=20;int x1=100;int y1=120;int color=10; int dx,dy,d,UpIncre,DownIncre,x,y; if(x0>x1) x=x1;x1=x0;x0=x;y=y1;y1=y0;y0=y; x=x0;y=y0; dx=x1-x0;dy=y1-y0; d=dx-2*dy; UpIncre=2*dx-2*dy; DownIncre=2*dy; while(x<=x1) glVertex2i(x,y); x+; if(d<0) y+; d+=UpIncre; else d+=DownIncre; glEnd(); glFlush(); /清空OpenGL命令缓冲区，执行OpenGL程序int main(int argc,char*argv) glutInit(&argc,argv); glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB); /初始化窗口的显示模式 glutInitWindowSize(400,300); /设置窗口的尺寸 glutInitWindowPosition(100,120); /设置窗口位置 glutCreateWindow("矩形"); /创建一个名为矩形的窗口 glutDisplayFunc(Display); /设置当前窗口的显示回调函数 Initial(); /完成窗口初始化 glutMainLoop(); /完成窗口GLUT事件处理循环 return 0;实验结果：2.3Bresenham算法编程绘制直线代码：#include <gl/glut.h>#include <windows.h>void Initial(void)glClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f); /设置窗口背景颜色为白色glMatrixMode(GL_PROJECTION);/指定设置投影参数gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0);/设置投影参数void Display(void)glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);/用当前背景色填充窗口glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);/设置当前的绘图颜色为红色/Bresenham算法glBegin(GL_POINTS);int x0 = 10;int y0 = 20;int x1 = 90;int y1 = 90;int color=10;int x,y,dx,dy,e;dx = x1-x0;dy = y1-y0;e=-dx;x=x0;y=y0;while(x<=x1)glVertex2i(x,y);x+;e=e+2*dy;if(e>0)y+;e=e-2*dx;glEnd();glFlush();/清空OpenGL命令缓冲区，执行OpenGL程序int main(int argc,char*argv)glutInit(&argc,argv);glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);/初始化窗口的现实模式glutInitWindowSize(400,300);/设置窗口的尺寸glutInitWindowPosition(100,200);/设置窗口的位置glutCreateWindow("点");/创建一个名为矩形的窗口glutDisplayFunc(Display);/设置当前窗口的显示函数Initial();/完成窗口的初始化glutMainLoop();/启动主GLUT事件处理循环return 0;实验结果：实验三圆绘制实验1. 实验目的2. 实验内容（一）八分法画圆圆心位于原点的圆有4条对称轴x=0,y=0,y=x,y=-x。若已知圆上任一点(x,y),可以得到其在圆周上关于四条对称轴的另外7个点(y,x),(-x,y),(-x,-y),(-y,-x),(y,-x),(x,-y)。（二）中点Bresenham画圆算法算法步骤如下：输入圆的半径R计算初始值d=1-R，x=0,y=R。绘制点(x,y)及其在八分圆中的另外7个对称点。判断d的符号。若d<0,则先将d更新为d+2x+3,再将(x,y)更新为(x+1,y);否则先将d更新为d+2(x-y)+5,再将(x,y)更新为(x+1,y-1)。当x<y时，重复步骤和；否则结束。（三）椭圆的中点Bresenham算法算法步骤如下：输入椭圆的长半轴a和短半轴b。计算初始值d=b2+a2(-b+0.25),x=0,y=b。绘制点(x,y)及其在四分象限上的另外三个对称点。判断d的符号。若d<=0,则先将d更新为d+b2(2x+3),再将(x,y)更新为(x+1,y);否则先将d更新为d+b2(2x+3)+a2(-2y+2),再将(x,y)更新为(x+1,y-1)。当b2(x+1)<a2(y-0.5)时，重复步骤和；否则转到步骤。用上半部分计算的最后点(x,y)来计算下半部分中d的初值d=b2(x+0.5)2+a2(y-1)2-a2b2绘制点(x,y)及其在四分象限上的另外三个对称点。判断d的符号。若d<=0,则先将d更新为d+b2(2x+2)+a2(-2y+3),再将(x,y)更新为(x+1,y-1);否则先将d更新为d+a2(-2y+3),再将(x,y)更新为(x,y-1)。当y>=0时，重复步骤和；否则结束。3. 实验代码及结果3.1八分法画圆程序代码：#include<gl/glut.h>#include<windows.h>void Initial(void) glClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f); /设置窗口背景颜色为白色 glMatrixMode(GL_PROJECTION); /指定设置投影参数 gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0); /设置投影参数void CirclePoint(int x,int y,int color) glVertex2i(x+50,y+50); glVertex2i(y+50,x+50); glVertex2i(-y+50,x+50); glVertex2i(-x+50,y+50); glVertex2i(-x+50,-y+50); glVertex2i(-y+50,-x+50); glVertex2i(y+50,-x+50); glVertex2i(x+50,-y+50);void Display(void) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); /用当前背景颜色填充窗口 glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f); /设置当前的绘图颜色为红色 glPointSize(10); glBegin(GL_POINTS); CirclePoint(10,20,20); glEnd(); glFlush(); /清空OpenGL命令缓冲区，执行OpenGL程序int main(int argc,char*argv) glutInit(&argc,argv); glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB); /初始化窗口的显示模式 glutInitWindowSize(400,300); /设置窗口的尺寸 glutInitWindowPosition(100,120); /设置窗口位置 glutCreateWindow("矩形"); /创建一个名为矩形的窗口 glutDisplayFunc(Display); /设置当前窗口的显示回调函数 Initial(); /完成窗口初始化 glutMainLoop(); /完成窗口GLUT事件处理循环 return 0;实验结果：3.2中点Bresenham 算法绘制圆代码#include<gl/glut.h>#include<windows.h>void Initial(void) glClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f); /设置窗口背景颜色为白色 glMatrixMode(GL_PROJECTION); /指定设置投影参数 gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0); /设置投影参数void CirclePoint(int x,int y,int color) glVertex2i(x+50,y+50); glVertex2i(y+50,x+50); glVertex2i(-y+50,x+50); glVertex2i(-x+50,y+50); glVertex2i(-x+50,-y+50); glVertex2i(-y+50,-x+50); glVertex2i(y+50,-x+50); glVertex2i(x+50,-y+50);void MidBresenhamCircle(int r,int color) int x,y,d; x=0;y=r;d=1-r; while(x<=y) CirclePoint(x,y,color);if(d<0)d+=2*x+3;else d+=2*(x-y)+5;y-; x+; void Display(void) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); /用当前背景颜色填充窗口 glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f); /设置当前的绘图颜色为红色 glPointSize(3); glBegin(GL_POINTS); MidBresenhamCircle(20,10); glEnd(); glFlush(); /清空OpenGL命令缓冲区，执行OpenGL程序int main(int argc,char*argv) glutInit(&argc,argv); glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB); /初始化窗口的显示模式 glutInitWindowSize(400,300); /设置窗口的尺寸 glutInitWindowPosition(100,120); /设置窗口位置 glutCreateWindow("矩形"); /创建一个名为矩形的窗口 glutDisplayFunc(Display); /设置当前窗口的显示回调函数 Initial(); /完成窗口初始化 glutMainLoop(); /完成窗口GLUT事件处理循环 return 0;实验结果：3.3中点Bresenham 算法绘制椭圆代码：#include<gl/glut.h>#include<windows.h>void Initial(void) glClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f); /设置窗口背景颜色为白色 glMatrixMode(GL_PROJECTION); /指定设置投影参数 gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0); /设置投影参数void MidBresenhamEllipse(int a,int b,int color) int x,y; float d1,d2; x=0;y=b; d1=b*b+a*a*(-b+0.25); glVertex2i(x+50,y+50); glVertex2i(-x+50,-y+50); glVertex2i(-x+50,y+50); glVertex2i(x+50,-y+50); while(b*b*(x+1)<a*a*(y-0.5) if(d1<=0) d1+=b*b*(2*x+3); x+;else d1+=b*b*(2*x+3)+a*a*(-2*y+2); x+;y-;glVertex2i(x+50,y+50); glVertex2i(-x+50,-y+50);glVertex2i(-x+50,y+50); glVertex2i(x+50,-y+50); d2=b*b*(x+0.5)*(x+0.5)+a*a*(y-1)-a*a*b*b; while(y>0) if(d2<=0) d2+=b*b*(2*x+2)+a*a*(-2*y+3); x+;y-;else d2+=a*a*(-2*y+3); y-;glVertex2i(x+50,y+50); glVertex2i(-x+50,-y+50);glVertex2i(-x+50,y+50); glVertex2i(x+50,-y+50); void Display(void) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); /用当前背景颜色填充窗口 glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f); /设置当前的绘图颜色为红色 glPointSize(3); glBegin(GL_POINTS);MidBresenhamEllipse(40,25,10); glEnd(); glFlush(); /清空OpenGL命令缓冲区，执行OpenGL程序int main(int argc,char*argv) glutInit(&argc,argv); glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB); /初始化窗口的显示模式 glutInitWindowSize(400,300); /设置窗口的尺寸 glutInitWindowPosition(100,120); /设置窗口位置 glutCreateWindow("矩形"); /创建一个名为矩形的窗口 glutDisplayFunc(Display); /设置当前窗口的显示回调函数 Initial(); /完成窗口初始化 glutMainLoop(); /完成窗口GLUT事件处理循环 return 0;实验结果：实验四填充算法实验1. 实验目的掌握用扫描线种子填充法，实现扫描线种子填充算法填充任一多边形区域的程序2. 实验内容算法步骤如下：(1)种子像素入栈。(2)执行如下三步操作：栈顶像素出栈。填充出栈像素所在扫描线的连续像素段，从出栈的像素开始沿扫描线向左和向右填充，直到遇到边界像素为止，即每出栈一个像素，就对包含该像素的整个扫描线区间进行填充，并且记录下此时扫描线区间的x坐标范围x1,x2。分别检查上、下两条扫描线上位于x1,x2坐标区间内的未被填充的连续水平像素段，将每个连续像素段的最左像素取作种子像素压人栈堆。(3)检查栈是否为空，若栈非空重复执行步骤(2),若栈为非空则结束。3. 实验代码及结果代码：#include "gl/glut.h"#include "math.h"#include "stdlib.h"#include "conio.h"#include <stack>typedef float Color3;struct PointGLint x;GLint y;std:stack<Point> stk;void init(void) glClearColor(1.0,1.0,1.0,1.0);/Set display-window color white. glMatrixMode(GL_PROJECTION); gluOrtho2D(0.0,400.0,0.0,400.0);void setPixel(GLint x,GLint y);/种子像素坐标void setPixel(Point cur_point) glBeg

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