计算机图形学基础与实践.pdf
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1、 计算机图形学实验与课程设计郑州轻工业学院计算机与通信工程学院2004年 12月 1 日刖B目 录实 验 1 Visual C+图形程序设计.4一、实验目的.4二、实验任务.4三、基础知识和实验步骤.43.1 Visual C+6.0应用程序开发方法.43.1.1 Visual C+的集成开发环境.43.1.2 应用程序工程的建立方法.53.1.3输入源程序进行程序设计.83.2图形设备接口和图形程序设计.103.2.1 图形设备接口简介.103.2.2 绘制基本图形.113.2.3 画笔与画刷.153.2.4 文本显示.193.3 鼠标编程.203.3.1鼠标消息处理.203.3.2 捕捉鼠
2、标.213.3.3 鼠标编程综合示例.213.4 菜单程序设计.263.4.1菜单编辑器.273.4.2 菜单消息响应.293.4.3 综合示例.29四、实验总结.32实验二 基本图形(元)生成技术(一).33一、实验目的.33二、实验任务.33三、基本知识和实验步骤.33任务一:实现DDA画线程序.33任务二、放 大 10倍后,算法演示程序.34任务三、加入鼠标功能,实现交互式画直线.36四、实验结果和分析.38五、实验总结.38实验三 基本图形(元)生成技术(二).39一、实验目的.39二、实验任务.39三、实验内容.39任务一:中点画圆法的扫描转换算法.39任务二:添加鼠标程序,实现交互
3、式画圆.41任务三:编写中点画椭圆法的扫描转换程序.43任务四:添加鼠标程序,实现交互式画椭圆.45四、实验结果、分析和总结.46实验四 基本图形处理技术(一).47一、实验目的.47二、实验任务.47三、实验步骤.47四、实验结果、分析和总结.50实验五 基本图形处理技术(二).51一、实验目的.51二、实验任务.51三、实验步骤.51任务一:编码裁剪算法的程序设计.51任务二:用鼠标实现交互式裁剪效果.54四、实验结果和总结.57实验六 交互式技术和用户接口.58一、实验目的.58二、实验任务.58三、实验内容和实验步骤.58任务一:菜单程序设计.58任务二:AutoCAD交互式绘图简介.
4、62四、实验总结.67实验七 曲线与曲面.68一、实验目的.68二、实验任务.68三、实验内容和实验步骤.68任务一:抛物线程序设计.68任务二:H erm ite曲线程序设计.69任务三:B ezier曲线的算法实现.70任务四:三次B样条曲线的算法实现.75实验八 二维几何变换.77一、实验目的.77二、实验任务.77三、实验内容和实验步骤.77任务一:根据数学模型,编写几何变换程序.77任务二:利用鼠标实现交互式移动图形.80四、实验分析和总结.82实验1 Visual C+图形程序设计一、实验目的Visual C+是在Microsoft C 的基础上发展而来的,随着计算机软、硬件技术的
5、快速发展,如今Visual C+已成为集编辑、编译、运行、调试于一体功能强大的集成编程环境。本章以Visual C+6.0为对象,主要介绍Visual C+集成编成环境的使用、图形设备接口和常用图形程序设计、鼠标编程以及菜单设计等基础,目的是通过对Visual C+的学习,掌握VisualC+图形程序设计的方法,为计算机图形学原理部分的算法实现提供程序工具和方法。二、实验任务1.学习Visual C+图形程序设计的方法;2.掌握Visual C+集成编成环境的使用、图形设备接口和常用图形程序设计、鼠标编程、橡皮筋交互技术、画刷与画笔以及菜单设计等;三、基础知识和实验步骤3.1 Visual C
6、+6.0应用程序开发方法介绍Visual C+6.0集成开发环境,以一个简单的实例介绍利用Visual C+应用程序工程建立方法和程序设计框架。3.1.1 Visual C+的集成开发环境从开始菜单中启动Visual C+6.0,进入开发集成环境。打开一个项目后,可以看到VisualC+6.0的开发环境由标题栏、工具栏、工作区窗口、源代码编辑窗口、输出窗口和状态栏组成,见图3.1所示。标题栏用于显示应用程序名和所打开的文件名,标题栏的颜色可以表明对应窗口是否被激活。菜单栏包括文件、编辑、显示、插入、工程、编译、工具、窗口和帮助九项主菜单,包含了从源代码的编辑、界面设计、程序调试和编译运行在内的
7、所有功能。工具栏列出了常用的菜单命令功能和对象方法。工具栏的下面是两个窗口,一个是工作区窗口,用于列出工程中的各种对象,一个是源代码编辑窗口,用于各个对象的程序设计。输出窗口显示项目建立过程中所产生的各种信息。屏幕底端是状态栏,它给出当前操作或所选择命令的提示信息。菜单栏工作区状态栏源代码.编辑窗标题栏图 3.1 Visual C+6.0集成开发环境3.1.2应用程序工程的建立方法Visual C+提供了 一 种称为App Wizard的工具,利用该工具,用户可以方便地按照自己的需要创建符合需要的应用程序框架。在这个基础上,用户可以进一步将自己编写的程序加入到这个框架中,实现用户程序的功能。下
8、面介绍建立VcApp应用程序框架的方法,其它应用程序的方法都与此类似。第一步:启动Visual C+,选择工程方法从开始菜单中选择Visual C+,进入Visual C+集成环境。从文件菜单中选择新建(New)命令,弹 出 图 3-2 对话框。切 换 到 工 程(Projects)标签,项 目 类 型 选 择 MFCAppWizard(exe),输入工程的名字(如V cA pp),选择项目放置的位置,然后单击“确定”按钮。xs_cea:P平村;W l 4|的图 3-2 Visual C+的 New对话框第二步:设置应用程序的特性。这些设置包括六个问题,每 个问题都有不同的选项供选择。一个问题
9、选择完后,通 过“下一 步 (N ext)选择下一个问题,直到六个问题选择完毕。还可以通过“上一步 (Back)返回上一个问题重新选择。下面继续上面的例子,在单击“确定”按钮后,弹出第一个问题窗口,如图3-3所示。第一个问题是建立什么类型的应用程序,有三个选项:单个文档(Single document),多重文档(Multiple document)和基本对话(Dialog based)。单个文档应用程序主窗口中只有一个窗口,多重文档可以在主窗口中开多个子窗口,基本对话主窗口是一个对话框。例中选择单个文档,单 击“确定”,进入下一个问题,如图3-4所示。第二个问题是数据库的支持,是否用ODBC
10、存取数据库,有四个选项:不包括数据库的 支 持(None)、仅包含ODBC头 文 件(Header files only)、指定一个数据库但没有文件支持和指定一个数据库但需要文件支持。当选择了后两项,则需要用户选择一个已经建立的数据库。例中不需要数据库支持,选择第一个选项“否”,进入第三个问题,如图3-5所示。图 3-3 第一个问题:选择应用程序的类型图 3H 第二个问题:选择是否要用ODBC支持第三个问题是对ActiveX的支持。有五个选项:(1)没有对ActiveX的支持;(2)ActiveX容器,它可以包含链接和嵌入对象。容器不能为其它的ActiveX程序提供支持,它只能维护嵌入对象:(
11、3)微型服务器(Mini-server),应用程序不能独立运行,只能被调用为其它程序建立ActiveX对象。(4)完整服务器(Full-server),它能够独立运行,并能够为其它应用程序建立ActiveX对象。(5)容器和服务器,一个应用程序可以同时是容器和服务器。在例子中,选择第一个选项,没有对ActiveX的支持,单 击“下一个(Next)进入下一个问题。图 3-5 第三个问题:选择是否对ActiveX的支持第四个问题是应用程序的特性和高级选项,如图3-6所示。图 3-6 应用程序的特性和高级选项例中全部采用默认选项,进入下一个问题。第五个问题是项目的风格、原文件注释和MFC库类型,如图
12、3-7所示。在例子中全部采用默认选项,进入第六个问题。第六个问题是确定类名和文件名,如图3-8所示。基于第一个问题到第五个问题的回答,AppWizard会把将要建立的新类的名称通知用户。AppWizard将为应用程序建立四个新类,CVcAppApp是应用程序类,它 是 CWinApp的派生类。CMainFrame是 个 拥有应用程序主窗口的类。CVcAppDoc和 CVcAppView是该应用程序的文档和视图类。这些名字用户可以改变。最后单击“完 成 (Finish),显示所建项目的信息,单 击“确定”后,项目建立完成。图 3-7 项目的风格、原文件注释和MFC库类型图 3-8 通知MFC产生
13、的类名称3.1.3输入源程序进行程序设计应用程序项目工程建立以后,就为应用程序的开发建立了一个框架,这是不输入任何程序代码,对该项目程序进行编译和运行,可以生成一个完整的窗U程序。用户根据项目工程中的不同类,输入自己设计的程序代码,完成用户的程序设计。例如,从 VcAppClasses中找至I CVcAppView的 OnDraw()函数,如图3-9所示。双击OnDraw()函数,这时系统会打开VcAppView.cpp文件,而且光标正置于OnDraw()函数中,在其中输入下列语句:pDc-TextOut(30,30,”同学们好,欢迎使用VC+编程!);编译并运行该程序,运行结果如图3-10所
14、示。图 3-9 输入程序源代码图 3-1 0 运行结果3.2图形设备接口和图形程序设计3.2.1图形设备接口简介在 W indows系统中,程序都是通过一个叫做图形设备接口(GDI,Graphics DeviceInterface)的抽象接口和硬件打交道,Windows会自动将设备环境表映射到相应的物理设备,并且会提供正确的输入/输出指令。GDI是 Windows系统核心的三种动态链接库之一,它管理Windows系统的所有程序的图形输出。在 Windows系统中,G D I向程序员提供了高层次的绘图函数,只要掌握这些绘图函数,就可以很方便地进行图形程序设计。另-个概念是设备描述表(DC,Dev
15、ice Context),DC是一个数据结构,当程序向GDI设备中绘图时,需要访问该设备的DC。MFC将 GDI的 DC封装在C+类中,包括CDC类和 CDC派生类,这些类中的许多成员都是对本地GDI绘图函数进行简单封装而形成的内联函数。D C 的作用就是提供程序与物理设备或者虚拟设备之间的联系,除此之外,D C 还要处理绘图属性的设置,如文本的颜色等。程序员可以通过调用专门的GDI函数修改绘图属性,如 SetTextCok)r()函数。CDC类 是 GDI封装在M FC中最大的个类,它表示总的DC。表 3.1列出了 CDC中的一些常用绘图函数。表 3.1 CDC类中常用绘图函数函 数描 述使
16、用频率Arc()椭圆弧*BitBlt()把位图从一个DC拷贝到另一个DC*Draw3dRect()绘制三维矩形*DrawDragRect()绘制用鼠标拖动的矩形*DrawEdge()绘制矩形的边缘*Drawlcon()绘制图标*Ellipse()绘制椭圆*FillRect()绘制用给定的画刷颜色填充矩形*FillRgn()绘制用给定的画刷颜色填充区域*FillSolidRed()绘制用给定的颜色填充矩形*FloodFill()用当前的画刷颜色填充区域*FrameRect()绘制矩形边界*FrameRgn()绘制区域边界*GetBKColor()获取背景颜色*GetCurrentB itmap(
17、)获取所选位图的指针*GetCurrentBrush()获取所选画刷的指针*GetCurrentFont()获取所选字体的指针*GetCurrentPalette()获取所选调色板的指针*GetCurrentPen()获取所选画笔的指针*GetCurrentPosition()获取画笔的当前位置*GetDeviceCaps()获取显示设备能力的信息*这些函数的语法和使用可以通过MSDN帮助查询。3.2.2节主要介绍Windows中基本图GetMapMode()获取当前设置映射模式*Getpixel()获取给定像素的RGB颜色值*GetPolyFillMode()获取多边形填充模式*GetTex
18、tColor()获取文本颜色*GetTextExtent()获取文本的宽度和高度*GetTextMetrics()获取当前文本的信息*GetWindow()获取DC窗口的指针*GrayStringO绘制灰色文本*LineTo()绘制直线*MoveTo()设置当前画笔位置*Pie()绘制饼图*Polygon()绘制多边形*PolyLine()绘制一组直线*RealizePalette()将逻辑调色板映射到系统调色板*Rectangle()绘制矩形*RoundRect()绘制圆角矩形*SelectObject()选择GDI绘图对象*SelectPalette()选择逻辑调色板*SelectStoc
19、kObject()选择预定义图形对象*SetBkColor()设置背景颜色*SetMapMode()设置映射模式*SetPixel()把像素设定为给定的颜色*SetTextColor()设置文本颜色*Stretch Blt()把位图从一个DC拷贝到另一个D C,并根据需要扩展或压缩位图*TextOut()绘制字符串文本*形,包括电、直线、圆、圆弧、矩形、椭圆、扇形、折线等程序设计3.2.2绘制基本图形(1)画点SetPixel。函数可以在指定的坐标位置按指定的颜色画点。函数原型说明如下:COLORREF CDC:SetPixel(int X,int Y,COLORREF crColor);其中
20、,(X,Y)为点的坐标位置,crColor参数为点的颜色值。如果函数调用成功,则函数返回像素的颜色值,否则返回值为-1。颜色值通过RGB(Red,Green,Blue)来设置,其中三个参数取值0255。例如,在 VcAPP项目中,在 CVcAppView类中的OnDraw()函数中加入下列画点语句:绘制一组彩色点绘制一组彩色点pDC-TextOut(20,20,point:);pDC-SetPixel(100,20,RGB(255,0,0);pDC-SetPixel(110,20,RGB(0,255,0);pDC-SetPixel(120,20,RGB(0,0,255);pDC-SetPixe
21、l(100,20,RGB(255,255,0);pDC-SetPixel(100,20,RGB(255,0,255);pDC-SetPixel(100,20,RGB(0,255,255);pDC-SetPixel(100,20,RGB(0,0,0);pDC-SetPixel(100,20,RGB(255,255,255);运行程序,查看运行结果。(2)画直线和折线画直线需要LineTo()和 MoveTo()两个函数的配合使用。LineTo。函数以当前位置所在的点为直线的起点,另指定一个点为直线的终点,画出一段直线。直线的颜色通过画笔的颜色来设定,在后面介绍。LineTo()函数原型说明如下:
22、BOOLCDC:LineTo(int nXEnd,int nYEnd);直线的终点位置由(nXEnd,nYEnd)指定。如果函数调用成功,那么该点就成为当前位置,并返回T R U E,否则返回FALSE。MoveTo()函数只是将当前位置移动到指定位置,它并没有画出直线,其函数说明为:BOOLCDC:MoveTo(int X,int Y);示例:在 CVcAppView类中的OnDraw()函数中加入下列画点语句:绘制直线pDC-TextOut(20,60;Line:u);pDC-MoveTo(20,90);pDC-LineTo(160,90);Polyline。函数用来回一条折线,而 Pol
23、yPolyline。函数则用来画多条折线,它们的函数原型说明如原BOOL CDC:Polyline(COUST POINT*lppt,int ePoints);BOOL CDC:PolyPolyline(COUST POINT*Ippt,COUST DWORD*IpdwPolyPoints,DWORD cCount);在 Polyline。函数中,Ippl是指向折线顶点数组的指针,而 cPoims是折线顶点数组中的顶点数。例如,绘制一条具有4 个顶点的折线,程序如下:POINT polylinepoint4=70,240,20,190,70,190,20,240);pDC-Polyline(p
24、olylinepoint,4);在 PolyPolyline()函数中,Ippt是指向保存顶点数组的指针,而各条折线的顶点数则保存在IpdwPolyPoints参数所指向的数组中,最后的cCount参数指定折线的数目。例如:POINT polypolylinePt9=95 J 60,120 J 85,120,250,145,160,120,185,90,185,150,185,80,210,160,210;DWORD dwPolyPoinls4=3,2,2,2;分四段折线,分别占用 3,2,2,2 个顶点pDC-PolyPolyline(polypolylinePt,dwPolyPoints,
25、4);注:由于一条折线至少需要2 个顶点,因此dwPolyPoints数组中的数不应该小于2。(3)画弧线和曲线通过Arc()函数画弧线或整个椭圆。椭圆限定在一个矩形内,称为外接矩形。Arc()函数的圆形说明如FBOOLCDC:Arc(int nLeftRect,int nTopRect,int nRightRect,int nBottomRect,int nXStartArc,int nYStartArc,int nXEndArc,int nYEndArc);其中,(nLeftRect,nTopRect)是外接矩形的左上角坐标值,(nRightRect,nBottomRect)是外接矩形的右
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- 计算机 图形学 基础 实践
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