计算机图形学-图形的几何变换
贵州大学实验报告
学院：计算机科学与技术专业：软件工程班级：软件132
（1）当d=0时，图形的y坐标不变，x坐标随初值（x,y）及变换系数b作线性变化。（2）当b=0时，图形的x坐标不变，y坐标随初值（x,y）及变换系数d作线性变化。
实验步骤1.设计图形界面。本实验使用visual studio 2012 C#搭建窗口，设置相应的组件。如下图。
如图所示，combox此时显示的字符是“平移”，在其下面显示的是关于平移的操作组件。当选择combox的不同项时，其下面就显示对应的操作组件。
2.运行效果如下。
（1）平移
从图中可见，原图形的颜色为黄绿色，平移后的图形为黑色。（2）旋转
（3）对称
如图，这是原图形关于x轴对称后由对称后的图形关于原点对称得到的图
形。在界面中可看到一个text为“新变换”的checkbox,其作用是可以自由选择变换原图形或者变换变换后的图形。
（4）缩放
有图可知，此时的x、y的缩放比例都是0.5，也就是原图形的x和y都关于原点缩小为原来的一半。
（5）错切
此时y上的错切系数为0,即图形的y值不变，x的值随x上的错切系数变化。
（6）三角形的一顶点保持不变，另外两个顶点按缩放比例缩小，然后关于直线-2x+4y+3对称。
这是一个组合变换的问题，要使得三角形的一顶点保持不变，就要将该顶点移动到原点，缩放后再平移回去，然后再关于直线对称就行了。组合变换时，先作用的变换矩阵在右端，后作用的变换矩阵在左端。
（7）四边形以原点为中心，以15°为间隔旋转。
在程序中设置一个旋转增量，每变换一次，就加上旋转增量，就可得到上图的结果。
实验数据
由于代码篇幅过长，下面是代码的主要部分。
private void initMatrix() {
temp = new double[3][];
for (int i = 0; i < temp.Length; i++)
{
temp[i] = new double[3];
}
resetTemp(ref temp);
temp1 = new double[3][];
for (int i = 0; i < temp1.Length; i++)
{
temp1[i] = new double[3];
}
resetTemp(ref temp1);
//初始化平移矩阵
move = new double[3][];
for (int i = 0; i < move.Length; i++)
{
move[i] = new double[3];
}
for (int i = 0; i < move.Length; i++) {
for (int j = 0; j < move[i].Length; j++) {
if (i == j)
{
move[i][j] = 1;
}
else {
move[i][j] = 0;
}
}
}
//初始化缩放矩阵
zoom = new double[3][];
for (int i = 0; i < zoom.Length; i++)
{
zoom[i] = new double[3];
}
for (int i = 0; i < zoom.Length; i++)
{
for (int j = 0; j < zoom[i].Length; j++) {
if (i == j)
{
zoom[i][j] = 1;
}
else {
zoom[i][j] = 0;
}
}
}
//初始化旋转矩阵
rotate = new double[3][];
for (int i = 0; i < rotate.Length; i++)
{
rotate[i] = new double[3];
}
for (int i = 0; i < rotate.Length; i++)
{
for (int j = 0; j < rotate[i].Length; j++) {
if (i == j && i == 2)
{
rotate[i][j] = 1;
}
else {
rotate[i][j] = 0;
}
}
}
//初始化对称矩阵
symmetry = new double[3][];
for (int i = 0; i < symmetry.Length; i++)
{
symmetry[i] = new double[3];
}
for (int i = 0; i < symmetry.Length; i++)
{
for (int j = 0; j < symmetry[i].Length; j++) {
if (i == j)
{
symmetry[i][j] = 1;
}
else {
symmetry[i][j] = 0;
}
}
}
//初始化错切矩阵
shear = new double[3][];
for (int i = 0; i < shear.Length; i++)
{
shear[i] = new double[3];
}
for (int i = 0; i < shear.Length; i++)
{
for (int j = 0; j < shear[i].Length; j++) {
if (i == j)
{
shear[i][j] = 1;
}
else {
shear[i][j] = 0;
}
}
}
//初始化目标齐次坐标
target = new double[3][];
for (int i = 0; i < target.Length; i++)
{
target[i] = new double[1];
}
for (int i = 0; i < target.Length; i++)
{
for (int j = 0; j < target[i].Length; j++) {
if (i == 2 && j == 0)
{
target[i][j] = 1;
}
else {
target[i][j] = 0;
}
}
}
//初始化结果齐次坐标
result = new double[3][];
for (int i = 0; i < result.Length; i++)
{
result[i] = new double[1];
}
for (int i = 0; i < result.Length; i++)
{
for (int j = 0; j < result[i].Length; j++)
{
if (i == 2 && j == 0)
{
result[i][j] = 1;
}
else
{
result[i][j] = 0;
}
}
}
}
private void coordinate() {
Brush brush = new SolidBrush(Color.Black);
Pen pen = new Pen(brush,1);
//获取x轴
getGph().DrawLine(pen, new Point(0, panel1.Height / 2), new
Point(panel1.Width, panel1.Height / 2));
getGph().DrawLine(pen, new Point(panel1.Width, panel1.Height / 2), new Point(panel1.Width-10, panel1.Height / 2-5));
getGph().DrawLine(pen, new Point(panel1.Width, panel1.Height / 2), new Point(panel1.Width - 10, panel1.Height / 2 + 5));
//获取y轴
getGph().DrawLine(pen, new Point(panel1.Width / 2, 0), new
Point(panel1.Width / 2, panel1.Height));
getGph().DrawLine(pen, new Point(panel1.Width / 2, 0), new
Point(panel1.Width / 2-5, 10));
getGph().DrawLine(pen, new Point(panel1.Width / 2 , 0), new
Point(panel1.Width / 2+5,10 ));
//获取xoy
getGph().DrawString("O（0,0)", new Font("微软雅黑", 8), brush, new Point(panel1.Width/2-13, panel1.Height/2));
getGph().DrawString("X", new Font("微软雅黑", 8), brush, new
Point(panel1.Width-15, panel1.Height / 2+5));
getGph().DrawString("Y", new Font("微软雅黑", 8), brush, new
Point(panel1.Width/2+8,5));
//原点坐标
centerX = panel1.Width / 2;
centerY = panel1.Height / 2;
}
private void GetPolygon(List
for (int i = 0; i Brush brush = new SolidBrush(color); Pen pen = new Pen(brush, 1); Point st = point[i]; Point end = point[(i + 1) % point.Count]; st.X += centerX; st.Y += centerY; end.X += centerX; end.Y += centerY; getGph().DrawLine(pen,st,end); Brush brushString = new SolidBrush(Color.Black); getGph().DrawString("（"+ (st.X-centerX) + ","+ (centerY-st.Y) + ")", new Font("微软雅黑", 6), brushString, new Point(st.X, st.Y - 12)); } } private void changePolygon(double[][] matrix) { List if (checkBox1.Checked) { for (int i = 0; i < point.Count; i++) { newPoint.Add(point[i]); } } else { if (chgPoint.Count == 0) { for (int i = 0; i < point.Count; i++) { newPoint.Add(point[i]); } } else { for (int i = 0; i < chgPoint.Count; i++) { newPoint.Add(chgPoint[i]); } } } chgPoint.RemoveAll(clear);//准备接收再次变换后的顶点 for (int p = 0; p < newPoint.Count; p++) { target[0][0] = newPoint[p].X; target[1][0] = newPoint[p].Y; for (int i = 0; i < matrix.Length; i++) { for (int j = 0; j < matrix[i].Length; j++) { for (int k = 0; k < target[0].Length; k++) { result[i][k] += matrix[i][j] * target[j][k]; } } } chgPoint.Add(new Point((int)result[0][0], (int)result[1][0])); resetResultMatrix(); } GetPolygon(chgPoint, Color.Black); } private void transformation(ref double[][] result,ref double[][] first,ref double[][] second) {//计算矩阵相乘 for (int i = 0; i < first.Length; i++) { for (int j = 0; j < first[i].Length; j++) { for (int k = 0; k < second[0].Length; k++) { result[i][k] += first[i][j] * second[j][k]; } } } } 实验一二维基本图元的生成与填充 实验目的 1.了解并掌握二维基本图元的生成算法与填充算法。 2.实现直线生成的DDA算法、中点算法和Bresenham算法。 3.实现圆和椭圆生成的DDA和中点算法, 对几种算法的优缺点有感性认识。 二.实验内容和要求 1.选择自己熟悉的任何编程语言, 建议使用VC++。 2.创建良好的用户界面,包括菜单,参数输入区域和图形显示区域。 3.实现生成直线的DDA算法、中点算法和Bresenham算法。 4.实现圆弧生成的中点算法。 5.实现多边形生成的常用算法, 如扫描线算法,边缘填充算法。 6.实现一般连通区域的基于扫描线的种子填充算法。 7.将生成算法以菜单或按钮形式集成到用户界面上。 8.直线与圆的坐标参数可以用鼠标或键盘输入。 6. 可以实现任何情形的直线和圆的生成。 实验报告 1．用户界面的设计思想和框图。 2．各种实现算法的算法思想。 3．算法验证例子。 4．上交源程序。 直线生成程序设计的步骤如下： 为编程实现上述算法，本程序利用最基本的绘制元素（如点、直线等），绘制图形。如图1-1所示，为程序运行主界面，通过选择菜单及下拉菜单的各功能项分别完成各种对应算法的图形绘制。 图1-1 基本图形生成的程序运行界面 2．创建工程名称为“基本图形的生成”单文档应用程序框架 （1）启动VC，选择“文件”|“新建”菜单命令，并在弹出的新建对话框中单击“工程”标签。 （2）选择MFC AppWizard(exe)，在“工程名称”编辑框中输入“基本图形的生成”作为工程名称，单击“确定”按钮，出现Step 1对话框。 （3）选择“单个文档”选项，单击“下一个”按钮，出现Step 2对话框。 （4）接受默认选项，单击“下一个”按钮，在出现的Step 3～Step 5对话框中，接受默认选项，单击“下一个”按钮。 贵州大学实验报告 学院：计算机科学与技术专业：软件工程班级：软件132 姓名常伟学号1308060226 实验地点一教704 实验时间2016.5.9 指导教师李智实验成绩 实验项目名称试验四、图形的几何变换 实验目的1.掌握矢量运算。 2.熟练使用齐次坐标。 3.掌握采用齐次坐标进行几何变换。 实验要求1.理解几何图形变换的原理，编程实现图形的几何变换。 2.编程界面友好，实现变换的所有方式，包括平移、缩放、旋转、对称、错切以及基本变换基础上的组合变换。 3.几何变换使用矩阵进行运算。 实验原理 二维齐次坐标变换的矩阵的形式是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? i h g f e d c b a 这个矩阵的每一个元素都是有特殊含义的。其中，? ? ? ? ? ? e d b a 可以对图形进行缩放、旋 转、对称和错切等变换；? ? ? ? ? ? f c 是对图形进行平移变换；[]h g是对图形作投影变换;[]i 则是对图形进行缩放变换。 下面给出几个基本变换的矩阵运算。 1.平移变换 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + + = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 ) , ( 1 1 1 1 1 1 ' ' y x T y x y x t t t t t t y x y x y x y x 2.缩放变换 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 ) , ( 1 1 1 1 ' ' y x s s S y s x s y x s s y x y x y x y x 3.旋转矩阵 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + - = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?- = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 ) ( 1 cos sin sin cos 1 1 cos sin sin cos 1 ' ' y x R y x y x y x y x θ θ θ θ θ θ θ θ θ 4.对称矩阵 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + + = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 1 1 1 ' ' ey dx by ax y x e d b a y x 对称变换其实只是a、b、d、e取0、1等特殊值产生的一些特殊效果。 5.错切变换 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + + = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 1 1 1 1 1 ' ' y dx by x y x d b y x 第一章绪论 计算机图形学的基本概念 计算机图形学：是研究怎样用数字计算机生成、处理和显示图形的一门学科。 图形：计算机图形学的研究对象。 构成图形的要素：几何要素——几何属性（点、线、面、体） 非几何要素——视觉属性（明暗、灰度、色彩、纹理、透明性、线型、线宽） 表示图形的方法：点阵表示；参数表示 研究内容 计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法，构成了计算机图形学的主要研究内容。 图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。 计算机图形学的应用 图形用户界面；计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）；4 科学计算的可视化：CT； 真实感图形实时绘制与自然景物仿真；地理信息系统（GIS）；Virtual Reality（虚拟现实、灵境）；事务和商务数据的图形显示；地形地貌和自然资源的图形显示 过程控制及系统环境模拟；电子出版及办公自动化；计算机动画及广 告 计算机艺术；科学计算的可视化；工业模拟；计算机辅助教学 当前研究热点： 1.真实感图形实时绘制 2.野外自然景物的模拟3 与计算机网络技术的紧密结合 4 计算机动画 5 用户接口 6 计算机艺术 7 并行图形处理 所熟悉的图形软件包 图形软件的标准 GKS (Graphics Kernel System) (第一个官方标准，1977) PHIGS(Programmer’s Herarchical Iuteractive Graphics system) 一些非官方图形软件，广泛应用于工业界，成为事实上的标准 DirectX (MS) Xlib(X-Window系统) OpenGL(SGI) Adobe公司Postscript CAGD（Computer Aided Geometric Design） 图形系统的功能1．计算功能2．存储功能3．对话功能4．输入功能5．输出功能 图形输入设备 1 键盘和鼠标 2 跟踪球和空间球 3 光笔 4 数字化仪 5 触摸板 6 扫描仪 计算机图形学实验 肖加清 实验一图形学实验基础 一、实验目的 （1）掌握VC++绘图的一般步骤； （2）掌握OpenGL软件包的安装方法； （3）掌握OpenGL绘图的一般步骤； （4）掌握OpenGL的主要功能与基本语法。 二、实验内容 1、VC++绘图实验 （1）实验内容：以下是绘制金刚石图案。已给出VC++参考程序，但里面有部分错误，请改正，实现以下图案。 N=3 N=4 N=5 N=10 N=30 N=50 (2)参考程序 //自定义的一个类 //此代码可以放在视图类的实现文件(.cpp) 里class CP2 { public: CP2(); virtual ~CP2(); CP2(double,double); double x; double y; }; CP2::CP2() { this->x=0.0; this->y=0.0; } CP2::~CP2() { } CP2::CP2(double x0,double y0) { this->x=x0; this->y=y0; } //视图类的一个成员函数，这个成员函数可以放在OnDraw函数里调用。 //在视图类的头文件（.h）里定义此函数 void Diamond(); //在视图类的实现文件（.cpp）里实现此函数 void CTestView::Diamond() { CP2 *P; int N; double R; R=300; N=10; P=new CP2[N]; CClientDC dc(this); CRect Rect; GetClientRect(&Rect); double theta; theta=2*PI/N; for(int i=0;i 第一章 1、试述计算机图形学研究的基本内容？ 答：见课本P5-6页的1.1.4节。 2、计算机图形学、图形处理与模式识别本质区别是什么？请各举一例说明。 答：计算机图形学是研究根据给定的描述，用计算机生成相应的图形、图像，且所生成的图形、图像可以显示屏幕上、硬拷贝输出或作为数据集存在计算机中的学科。计算机图形学研究的是从数据描述到图形生成的过程。例如计算机动画制作。 图形处理是利用计算机对原来存在物体的映像进行分析处理，然后再现图像。例如工业中的射线探伤。 模式识别是指计算机对图形信息进行识别和分析描述，是从图形（图像）到描述的表达过程。例如邮件分捡设备扫描信件上手写的邮政编码，并将编码用图像复原成数字。 3、计算机图形学与CAD、CAM技术关系如何？ 答：见课本P4-5页的1.1.3节。 4、举3个例子说明计算机图形学的应用。 答：①事务管理中的交互绘图 应用图形学最多的领域之一是绘制事务管理中的各种图形。通过从简明的形式呈现出数据的模型和趋势以增加对复杂现象的理解，并促使决策的制定。 ②地理信息系统 地理信息系统是建立在地理图形基础上的信息管理系统。利用计算机图形生成技术可以绘制地理的、地质的以及其它自然现象的高精度勘探、测量图形。 ③计算机动画 用图形学的方法产生动画片，其形象逼真、生动，轻而易举地解决了人工绘图时难以解决的问题，大大提高了工作效率。 5、计算机绘图有哪些特点？ 答：见课本P8页的1.3.1节。 6、计算机生成图形的方法有哪些？ 答：计算机生成图形的方法有两种：矢量法和描点法。 ①矢量法：在显示屏上先给定一系列坐标点，然后控制电子束在屏幕上按一定的顺序扫描，逐个“点亮”临近两点间的短矢量，从而得到一条近似的曲线。尽管显示器产生的只是一些短直线的线段，但当直线段很短时，连成的曲线看起来还是光滑的。 ②描点法：把显示屏幕分成有限个可发亮的离散点，每个离散点叫做一个像素，屏幕上由像素点组成的阵列称为光栅，曲线的绘制过程就是将该曲线在光栅上经过的那些像素点串接起来，使它们发亮，所显示的每一曲线都是由一定大小的像素点组成的。当像素点具有多种颜色或多种灰度等级时，就可以显示彩色图形或具有不同灰度的图形。 7、当前计算机图形学研究的课题有哪些？ 答：见课本P10-11页的1.4节。 实验五 图形几何变换的实现 班级：信计二班 学号： ：解川 分数： 一、实验目的 为了掌握理解二维、三维的数学知识、变换原理、变换种类、变换方法；进一步理解采用齐次坐标进行二维、三维变换的必要性；利用VC++语言实现二维、三维图形的基本变换与复合变换。 二、实验容 （1） 理解采用齐次坐标进行图形变换的必要性——变换的连续性，使复合变换 得以实现。 （2） 掌握二维、三维图形基本变换的原理及数学公式。 （3） 利用VC++语言实现二维、三维图形的基本变换、复合变换，在评不上显 示变换过程或变换结果。 三、实验步骤 （1） 预习教材关于二维、三维图形变换的原理与方法。 （2） 使用VC++语言实现某一种或几种基本变换。 （3） 调试、编译、运行程序。 四、原理分析 源程序分别实现了对二维图形进行的平移变换—基本变换；对三维图形进行的绕某一个坐标轴旋转变换以及相对于立方体中心的比例变换—复合变换。 三维几何变换： （1） 比例变换： []1111z y x =[]1z y x T 3D =[]1z y x ????? ?? ?? ???s n m l r j i h q f e d p c b q 局部比例变换： s T =? ? ??? ???? ???1000000000000j e a 其中a 、b 、j 分别为在x 、y 、z 方向的比例系数。 整体比例变换： s T =? ? ??? ???? ???s 000010000100001其中s 为在xyz 方向的等比例系数。S>1时，整体缩小；s<1时，整体放大。 （2） 旋转变换： 旋转变换的角度方向为（沿坐标轴的反方向看去，各轴按逆时针方向旋转） 绕z 轴旋转： RZ T =?? ??? ???? ???-100 010000cos sin 00sin cos θθθθ 绕x 轴旋转： RX T =??????? ?? ???-10 00 0cos sin 00sin cos 000 01 θθθθ 绕y 轴旋转： RY T =????? ???? ???-10 0cos 0sin 00100sin 0cos θθθθ 程序代码： /*三维图形（立方体）旋转变换、比例变换*/ #include 大学实验报告 学院: 计算机科学与信息专业：计算机科学与技术班级：计科101 喻志华学号1008060024 实验组实验时间2013/3/30 指导教师吴云成绩实验项目名称圆和椭圆的生成算法 实 验目的 根据圆的Brensenham算法、中点算法和中点改进算法，以及椭圆的中点算法，编写程序，实现圆与椭圆的绘制。 实 验要求1.圆、椭圆的中点算法 2.圆的优化后的算法：二次差分法 3.编制源程序； 4.对于一些较为重要的算法，可以摘抄在报告中； 实验原理 1.中点算法 A．构造函数 F(X,Y)=X2+Y2-R2，则可知 F（M）< 0：M在圆，取T F（M）≥ 0：M在圆外，取 B B．第一个M点的值有： (一)DM0 = F(M0)= F(1,R-0.5)= 12+(R-0.5)2-R2=1.25-R 若 D=d-0.25 则判别式d<0等价于D<-0.25。即DM0=1-R与DM0=1.25-R等价。 （二）如果dM<0，表示下一中点M在圆，选择T点，且： dMT= F(MT)= F(xp+2,yp-0.5) 则： ?dMT= dMT - dM=2xp+3 （三）如果dM>0，表示下一中点M在圆外，选择B点，且： dMB= F(xMB,yMB)= F(xp+2,yp-1.5)则： ?dMB= dMB - dM=2xp-2yp +5 2.中点改进算法——增量算法 设圆上某点I(xi,yi)；则下一点为J点，坐标为（xi+1，yj）dT=2xp+3; dB=2(xp-yp)+5; d1=d2=0; 因为x每次加1，所以 dj点 A．将增量?dMT=2(xi+1)+3=dT+2=dT+d1; (d1=d1+2) B．将增量?dMB=2(xi+1)-2yj+5=dB+d1+d2; dj较之于di，x部分增量增加相同的量，y部分两种情况 1.取T点，yj不减1，y部分增量的增量无变化 2.取B点，yj减1，y部分增量的增量加 2. 所以当y—时，d2=d2+2 因此，d<0, d=d+dT+d1; d>0, d=d+dB+d1+d2; 3.Brensenham算法 1.基本思想： 当|D(Ti)|≥|D(Bi)|，则Bi更接近于圆周，选择Bi； 当|D(Ti)|＜|D(Bi)|，则Ti更接近于圆周，选择Ti； 若令D=|D(Ti)|-|D(Bi)| 则D≥0，取Bi； D＜0，取Ti； 2.三种情况 A.设x0=0，y0=R；则T1为(1,R)，B1为(1,R-1)， d1=(12+R2-R2)+[(12+(R-1)2-R2]=3-2R B．若di＜0，则取Ti作为下一点，即Pi(xi-1+1,yi-1)； d(i+1)=di+4xi-1+6 C.若di≥0，则取Bi作为下一点，即Pi(xi-1+1,yi-1-1)， d(i+1)=di+4(xi-1-yi-1)+10 4.椭圆的中点算法 计算机科学与通信工程学院 实验报告 课程计算机图形学 实验题目二维图形变换 学生姓名 学号 专业班级 指导教师 日期 成绩评定表 二维图形变换 1. 实验内容 完成对北极星图案的缩放、平移、旋转、对称等二维变换。 提示：首先要建好图示的北极星图案的数据模型（顶点表、边表）。另外，可重复调用“清屏”和“暂停”等函数，使整个变换过程具有动态效果。 2. 实验环境 软硬件运行环境：Windows XP 开发工具：visual studio 2008 3. 问题分析 4. 算法设计 程序框架： //DiamondView.h class CDiamondView : public CView { …… public: //参数输入和提示对话框 void Polaris();//北极星 …… }; //DiamondView.cpp void CDiamondView::OnMenuDiamond() { IsCutting = FALSE; if(dlgDiamond.DoModal()==IDOK) DrawDiamond(dlgDiamond.m_nVertex,dlgDiamond. m_nRadius,100);//调用绘制金刚石的函数 } //北极星 void CDiamondView::Polaris() {......} 5. 源代码 //北极星 void hzbjx(CDC* pDC,long x[18],long y[18]) { CPen newPen1,*oldPen; newPen1.CreatePen(PS_SOLID,2,RGB(255,0,0)); oldPen = pDC->SelectObject(&newPen1); POINT vertex1[11]={{x[1],y[1]},{x[2],y[2]},{x[3],y[3]},{x[4],y[4]},{x[5],y[5]},{x[3],y[3]},{x[1],y[1]}, {x[6],y[6]},{x[3],y[3]},{x[7],y[7]},{x[5],y[5]}}; pDC->Polyline(vertex1, 11); newPen1.DeleteObject(); newPen1.CreatePen(PS_SOLID, 2, RGB(0,255,0)); oldPen = pDC->SelectObject(&newPen1); POINT vertex2[5]={{x[6],y[6]},{x[8],y[8]},{x[9],y[9]},{x[3],y[3]},{x[8],y[8]}}; pDC->Polyline(vertex2, 5); POINT vertex3[5]={{x[4],y[4]},{x[10],y[10]},{x[11],y[11]},{x[3],y[3]},{x[10],y[10]}}; pDC->Polyline(vertex3, 5); 实验1 直线的绘制 实验目的 1、通过实验，进一步理解和掌握DDA和Bresenham算法； 2、掌握以上算法生成直线段的基本过程； 3、通过编程，会在TC环境下完成用DDA或中点算法实现直线段的绘制。实验环境 计算机、Turbo C或其他C语言程序设计环境 实验学时 2学时，必做实验。 实验内容 用DDA算法或Besenham算法实现斜率k在0和1之间的直线段的绘制。 实验步骤 1、算法、原理清晰，有详细的设计步骤； 2、依据算法、步骤或程序流程图，用C语言编写源程序； 3、编辑源程序并进行调试； 4、进行运行测试，并结合情况进行调整； 5、对运行结果进行保存与分析； 6、把源程序以文件的形式提交； 7、按格式书写实验报告。 实验代码：DDA： # include void DDALine(int x0,int y0,int x1,int y1,int color) { 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++) { putpixel((int)(x+0.5),(int)(y+0.5),4); x+=xIncre; y+=yIncre; } } main(){ int gdriver ,gmode ; 第一章绪论 概念：计算机图形学、图形、图像、点阵法、参数法、 图形的几何要素、非几何要素、数字图像处理； 计算机图形学和计算机视觉的概念及三者之间的关系； 计算机图形系统的功能、计算机图形系统的总体结构。 第二章图形设备 图形输入设备：有哪些。 图形显示设备：CRT的结构、原理和工作方式。 彩色CRT：结构、原理。 随机扫描和光栅扫描的图形显示器的结构和工作原理。 图形显示子系统：分辨率、像素与帧缓存、颜色查找表等基本概念，分辨率的计算 第三章交互式技术 什么是输入模式的问题，有哪几种输入模式。 第四章图形的表示与数据结构 自学，建议至少阅读一遍 第五章基本图形生成算法 概念：点阵字符和矢量字符； 直线和圆的扫描转换算法； 多边形的扫描转换：有效边表算法； 区域填充：4／8连通的边界／泛填充算法； 内外测试：奇偶规则，非零环绕数规则； 反走样：反走样和走样的概念，过取样和区域取样。 5.1.2 中点 Bresenham 算法（P109） 5.1.2 改进 Bresenham 算法（P112） 习题答案 习题5（P144） 5.3 试用中点Bresenham算法画直线段的原理推导斜率为负且大于1的直线段绘制过程（要求写清原理、误差函数、递推公式及最终画图过程）。（P111） 解： k<=-1 |△y|/|△x|>=1 y为最大位移方向 故有 构造判别式： 推导d各种情况的方法(设理想直线与y=yi+1的交点为Q)： 所以有： y Q-kx Q-b=0 且y M=y Q d=f(x M-kx M-b-(y Q-kx Q-b)=k(x Q-x M) 所以，当k<0， d>0时，M点在Q点右侧（Q在M左），取左点 P l(x i-1,y i+1)。 d<0时，M点在Q点左侧（Q在M右），取右点 Pr(x i,y i+1)。 d=0时，M点与Q点重合（Q在M点），约定取右点 Pr(x i,y i+1) 。 所以有 递推公式的推导： d2=f(x i-1.5,y i+2) 当d>0时, d2=y i+2-k(x i-1.5)-b 增量为1+k =d1+1+k 实验3：关于任意直线的对称变换 实验类型：验证、设计 所需时间：3学时 主要实验内容及要求： 对于任意直线的二维图形对称变化的实验，要求输入的直线是任意直线，直线的端点只能由键盘输入或者鼠标拾取，要做对称变换的图形也是一个任意图形（至少应是一个任意多边形）。 对称变换，先分析如何使用一系列简单变换来构造题目要求的复合变换。本体要实现的变换可以用如下一组变换组合来实现： ①将直线任一点移至与坐标原点重合 ②将平移后的直线绕原点旋转至与某一坐标轴重合 ③将题目要求的对称变换转为实现已知图形关于上述坐标轴的对称变换 ④按逆序求上述①、②变换的逆变换 ⑤将上述矩阵依次相乘得到最终的复合变换矩阵 则某一多边形关于任意直线的对称变换就转变为将该多边形的各顶点与上述求得的复合变换进行矩阵乘法，求得变换后的新多边形的各个顶点坐标。 根据上述流程，编程实现，并测试程序功能。 源代码： #include void Initial(void) { glClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f); glMatrixMode(GL_PROJECTION); gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0); } class CPoint { public: int x; int y; CPoint(){} CPoint(int x1,int y1) { x=x1; y=y1; } static CPoint ZeroMoveToXY(CPoint p, CPoint XY);//原始坐标向屏幕坐标XY 的平移 static CPoint ToZero(CPoint p);//关于原点对称 static CPoint XYMoveToZero(CPoint p, CPoint XY);//XY坐标向屏幕坐标的平移 《计算机图形学》实验报告姓名：郭子玉 学号：2012211632 班级：计算机12-2班 实验地点：逸夫楼507 实验时间：15.04.10 15.04.17 实验一 1 实验目的和要求 理解直线生成的原理；掌握典型直线生成算法；掌握步处理、分析实验数据的能力； 编程实现DDA 算法、Bresenham 中点算法；对于给定起点和终点的直线，分别调用DDA 算法和Bresenham 中点算法进行批量绘制，并记录两种算法的绘制时间；利用excel 等数据分析软件，将试验结果编制成表格，并绘制折线图比较两种算法的性能。 2 实验环境和工具 开发环境：Visual C++ 6.0 实验平台：Experiment_Frame_One （自制平台） 3 实验结果 3.1 程序流程图 （1）DDA 算法 是 否 否 是 是 开始 计算k ，b K<=1 x=x+1;y=y+k; 绘点 x<=X1 y<=Y1 绘点 y=y+1;x=x+1/k; 结束 （2）Mid_Bresenham 算法 是 否 否 是 是 是 否 是 否 开始 计算dx,dy dx>dy D=dx-2*dy 绘点 D<0 y=y+1；D = D + 2*dx - 2*dy; x=x+1; D = D - 2*dy; x=x+1; x 3.2程序代码 //-------------------------算法实现------------------------------// //绘制像素的函数DrawPixel(x, y); (1)DDA算法 void CExperiment_Frame_OneView::DDA(int X0, int Y0, int X1, int Y1) { //----------请实现DDA算法------------// float k, b; float d; k = float(Y1 - Y0)/float(X1 - X0); b = float(X1*Y0 - X0*Y1)/float(X1 - X0); if(fabs(k)<= 1) { if(X0 > X1) { int temp = X0; X0 = X1; X1 = temp; } 第三章习题答案 3．1 计算机图形系统的主要功能是什么？ 答：一个计算机图形系统应具有计算、存储、输入、输出、交互等基本功能，它们相互协作，完成图形数据的处理过程。 1. 计算功能 计算功能包括： 1）图形的描述、分析和设计；2）图形的平移、旋转、投影、透视等几何变换； 3）曲线、曲面的生成；4）图形之间相互关系的检测等。 2. 存储功能 使用图形数据库可以存放各种图形的几何数据及图形之间的相互关系，并能快速方便地实现对图形的删除、增加、修改等操作。 3. 输入功能 通过图形输入设备可将基本的图形数据（如点、线等）和各种绘图命令输入到计算机中，从而构造更复杂的几何图形。 4. 输出功能 图形数据经过计算后可在显示器上显示当前的状态以及经过图形编辑后的结果，同时还能通过绘图仪、打印机等设备实现硬拷贝输出，以便长期保存。 5. 交互功能 设计人员可通过显示器或其他人机交互设备直接进行人机通信，对计算结果和图形利用定位、拾取等手段进行修改，同时对设计者或操作员输入的错误给以必要的提示和帮助。 3．2 阴极射线管由哪些部分组成？它们的功能分别是什么？ 答：CRT主要由阴极、电平控制器（即控制极）、聚焦系统、加速系统、偏转系统和阳极荧光粉涂层组成，这六部分都在真空管内。 阴极（带负电荷）被灯丝加热后，发出电子并形成发散的电子云。这些电子被电子聚集透镜聚焦成很细的电子束，在带正高压的阳极（实际为与加速极连通的CRT屏幕内侧的石墨粉涂层，从高压入口引入阳极高电压）吸引下轰击荧光粉涂层，而形成亮点。亮点维持发光的时间一般为20～40mS。 电平控制器是用来控制电子束的强弱的，当加上正电压时，电子束就会大量通过，在屏幕上形成较亮的点，当控制电平加上负电压时，依据所加电压的大小，电子束被部分或全部阻截，通过的电子很少，屏幕上的点也就比较暗。所以改变阴极和 控制电平之间的电位差，就可调节电子 束的电流密度，改变所形成亮点的明暗 程度。 利用偏转系统（包括水平方向和 垂直方向的偏转板）可将电子束精确定 位在屏幕的任意位置上。只要根据图形 的几何坐标产生适当的水平和垂直偏转磁场（或水平和垂直偏转板静电场），图 2.2CRT原理图 计算机图形学图形几何变换的实现 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 实验五图形几何变换的实现 班级08信计2 学号89姓名徐阳分数 一、实验目的和要求： 1、掌握理解二维、三维变换的数学知识、变换原理、变换种类、变换方法；进一步理解采用齐次坐标进行二维、三维变换的必要性；利用Turboc实现二维、三维图形的基本变换和复合变换。 二、实验内容： 1、理解采用齐次坐标进行图形变换的必要性——变换的连续性，使复合变换得以实现。 2、掌握二维、三维图形基本变换（平移、缩放、对称、旋转、错切）的原理及数学公式。 3、利用Turboc实现二维、三维图形的基本变换、复合变换，在屏幕上显示变换过程或变换结果。 三、实验结果分析： 程序代码如下： /*二维图形（直线）平移变换*/ #include 中南大学信息科学与工程学院 实验报告实验名称 实验地点科技楼四楼 实验日期2014年6月 指导教师 学生班级 学生姓名 学生学号 提交日期2014年6月 实验一Window图形编程基础 一、实验类型：验证型实验 二、实验目的 1、熟练使用实验主要开发平台VC6.0； 2、掌握如何在编译平台下编辑、编译、连接和运行一个简单的Windows图形应用程序； 3、掌握Window图形编程的基本方法； 4、学会使用基本绘图函数和Window GDI对象； 三、实验内容 创建基于MFC的Single Document应用程序（Win32应用程序也可，同学们可根据自己的喜好决定），程序可以实现以下要求： 1、用户可以通过菜单选择绘图颜色； 2、用户点击菜单选择绘图形状时，能在视图中绘制指定形状的图形； 四、实验要求与指导 1、建立名为“颜色”的菜单，该菜单下有四个菜单项：红、绿、蓝、黄。用户通过点击不同的菜单项，可以选择不同的颜色进行绘图。 2、建立名为“绘图”的菜单，该菜单下有三个菜单项：直线、曲线、矩形 其中“曲线”项有级联菜单，包括：圆、椭圆。 3、用户通过点击“绘图”中不同的菜单项，弹出对话框，让用户输入绘图位置，在指定位置进行绘图。 五、实验结果： 六、实验主要代码 1、画直线：CClientDC *m_pDC;再在OnDraw函数里给变量初始化m_pDC=new CClientDC(this); 在OnDraw函数中添加： m_pDC=new CClientDC(this); m_pDC->MoveTo(10,10); m_pDC->LineTo(100,100); m_pDC->SetPixel(100,200,RGB(0,0,0)); m_pDC->TextOut(100,100); 2、画圆： void CMyCG::LineDDA2(int xa, int ya, int xb, int yb, CDC *pDC) { int dx = xb - xa; int dy = yb - ya; int Steps, k; float xIncrement,yIncrement; float x = xa,y= ya; if(abs(dx)>abs(dy)) 大学实验报告 学院：计算机科学与技术专业：计算机科学与技术班级：计科131 如果 d<0,则M在理想直线下方,选右上方P1点； 如果 d=0,则M在理想直线上,选P1/ P2点。 由于d是xi和yi的线性函数，可采用增量计算提高运算效率。 1.如由pi点确定在是正右方P2点(d>0).，则新的中点M仅在x方向加1,新的d值为: d new=F(xi+2,yi+0.5)=a(xi+2)+b(yi+0.5)+c 而 d old=F(xi+1,yi+0.5)=a(xi+1)+b(yi+0.5)+c d new=d old+a= d old-dy 2.如由pi点确定是右上方P1点(d<0)，则新的中点M在x和y方向都增加1,新的d值为 d new=F(xi+2,yi+1.5)=a(xi+2)+b(yi+1.5)+c 而 d old=F(xi+1,yi+0.5)=a(xi+1)+b(yi+0.5)+c d new=d old+a+b= d old-dy+dx 在每一步中,根据前一次第二迭中计算出的d值的符号,在正右方和右上方的两个点中进行选择。d的初始值: d0=F(x0+1,y0+0.5)=F(x0,y0)+a+b/2=a+b/2=-dy+dx/2 F(x0,y0)=0，(x0,y0)在直线上。 为了消除d的分数,重新定义 F(x,y)=2(ax+by+c) 则每一步需要计算的d new 是简单的整数加法 dy=y1-y0，dx=x1-x0 d0=-2dy+dx d new=d old-2*dy，当 d old>=0 d new=d old-2(dy-dx)，当d old<0 Bresenham画线算法 算法原理： 与DDA算法 相似，Bresenham 画线算法也要在 每列象素中找到 与理想直线最逼 近的象素点。 根据直线的 斜率来确定变量 在x或y方向递 增一个单位。另 一个方向y或x 太原工业学院 实验拓展：绘制颜色渐变的三角形和四边形。 void CTriangle::Draw(CDC* pDC)//画出来一个三角形 { pDC->MoveTo(point0.x,point0.y); pDC->LineTo(point1.x,point1.y); pDC->LineTo(point2.x,point2.y); pDC->LineTo(point0.x,point0.y); } void CTriangle::GouraudShader(CDC* pDC) { SortVertex();//point0点为y坐标最小的点,point1点为y坐标最大的点,point2点的y坐标位于二者之间。如果y值相同，取x最小的点//定义三角形覆盖的扫描线条数 int nTotalScanLine = point1.y - point0.y + 1; //定义span的起点与终点数组 SpanLeft = new CPoint2[nTotalScanLine];//跨度左边数组 SpanRight = new CPoint2[nTotalScanLine];//跨度右边数组 //判断三角形与P0P1边的位置关系，0-1-2为右手系 int nDeltz = (point1.x - point0.x) * (point2.y - point1.y) - (point1.y - point0.y) * (point2.x - point1.x);//点矢量叉积的z坐标 if(nDeltz > 0)//三角形位于P0P1边的左侧 { nIndex = 0; DDA(point0, point2, TRUE); DDA(point2, point1, TRUE); nIndex = 0; DDA(point0, point1, FALSE); } 第一章：P56 1、列出在你过去学习工作中用过与计算机图形学有关的程序c语言： #include 目录 实验一直线的DDA算法 一、【实验目的】 1.掌握DDA算法的基本原理。 2.掌握DDA直线扫描转换算法。 3.深入了解直线扫描转换的编程思想。 二、【实验内容】 1.利用DDA的算法原理，编程实现对直线的扫描转换。 2.加强对DDA算法的理解和掌握。 三、【测试数据及其结果】 四、【实验源代码】 #include #include计算机图形学实验一
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