計(jì)算機(jī)圖形學(xué)PPT課件

1、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)主講教師：呂書強(qiáng) Email: 適合GIS專業(yè)教學(xué)要求o 了解圖形系統(tǒng)的框架及其涉及的軟件、硬件技術(shù)； o 了解圖形學(xué)的基本問題，掌握?qǐng)D形學(xué)的基本概念、方法與算法； o 對(duì)與圖形相關(guān)的應(yīng)用及當(dāng)前的研究熱點(diǎn)有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)； o 具有一定實(shí)踐體會(huì)和相關(guān)的編程能力。 教材或參考書：o 杜曉增，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)，高教，2005o 王汝傳等，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，人民郵電出版社，2003.o 李東等，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)用教程，人民郵電出版社，2004。o 主要參考書：o 潘云鶴等，“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理、方法及應(yīng)用”，高等教育出版社，2003。o 孫家廣等，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（第三版），清華大學(xué)出版社，2002。

2、講授內(nèi)容o 第1章 概述o 第2章 計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)o 第3章 VC開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介o 第4章 基本圖形元素的生成算法o 第5章 圖形變換o 第6章 圖形裁剪o 第7章 真實(shí)感物體繪制第一章 緒論 1.1 研究?jī)?nèi)容1.2 發(fā)展歷史1.3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用及研究前沿1.1 研究?jī)?nèi)容圖形以及構(gòu)成圖形的要素圖形以及構(gòu)成圖形的要素o 圖形：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象n 能在人的視覺系統(tǒng)中產(chǎn)生視覺印象的客觀對(duì)象n 包括自然景物、拍攝到的圖片、用數(shù)學(xué)方法描述的圖形等等o 構(gòu)成圖形的要素n 幾何要素：刻畫對(duì)象的輪廓、形狀等n 非幾何要素：刻畫對(duì)象的顏色、紋理等計(jì)算機(jī)中表示圖形的方法n 點(diǎn)陣表示o 枚舉出圖形中所有的

3、點(diǎn)(強(qiáng)調(diào)圖形由點(diǎn)構(gòu)成)o 簡(jiǎn)稱為圖像（數(shù)字圖像）n 參數(shù)表示o 由圖形的形狀參數(shù)(方程或分析表達(dá)式的系數(shù)，線段的端點(diǎn)坐標(biāo)等)+屬性參數(shù)(顏色、線型等)來(lái)表示圖形o 簡(jiǎn)稱為圖形：什么是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)o 定義定義1 1：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究怎樣用計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究怎樣用計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示生成、處理和顯示圖形圖形的一門學(xué)科。的一門學(xué)科。o 定義定義2 2：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過(guò)計(jì)算機(jī)將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專用顯示設(shè)備上，并在專用顯示設(shè)備上顯示顯示的原理、方法和技術(shù)的一門學(xué)科。的原理、方法和技術(shù)的一門學(xué)科。o 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)中，最為

4、活躍、得計(jì)算機(jī)科學(xué)中，最為活躍、得到廣泛應(yīng)用的分支之一到廣泛應(yīng)用的分支之一計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究?jī)?nèi)容o如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形、以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法，構(gòu)成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容。n圖形硬件、圖形標(biāo)準(zhǔn)、圖形交互技術(shù)、光柵圖形生成算法、曲線曲面造型、實(shí)體造型、真實(shí)感圖形計(jì)算與顯示算法，以及科學(xué)計(jì)算可視化、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、自然景物仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等。數(shù)字圖像數(shù)據(jù)模型圖像生成（計(jì)算機(jī)圖形學(xué)）模型（特征）提?。ㄓ?jì)算機(jī)視覺，模式識(shí)別）模型變換（計(jì)算幾何）圖像變換（圖像處理）.發(fā)展特點(diǎn): 交叉、界線模糊、相互滲透1.1 研究?jī)?nèi)容1.2 發(fā)展歷史1.3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用及研究前

5、沿1.2 發(fā)展歷史發(fā)展歷史 歷史追溯 硬件發(fā)展l 圖形顯示器的發(fā)展l 圖形輸入設(shè)備的發(fā)展 圖形軟件及軟件標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷史追溯歷史追溯o 50年代n 1950年，第一臺(tái)圖形顯示器作為美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）旋風(fēng)I號(hào)（Whirlwind I）計(jì)算機(jī)的附件誕生了n 1958年，美國(guó)Calcomp公司由聯(lián)機(jī)的數(shù)字記錄儀發(fā)展成滾筒式繪圖儀，GerBer公司把數(shù)控機(jī)床發(fā)展成為平板式繪圖儀n 50年代末期，MIT的林肯實(shí)驗(yàn)室在“旋風(fēng)”計(jì)算機(jī)上開發(fā)SAGE空中防御體系歷史追溯o 60年代n 1962年，MIT林肯實(shí)驗(yàn)室的I. E. Sutherland發(fā)表了一篇題為“Sketchpad：一個(gè)人機(jī)交互通信的圖形

6、系統(tǒng)”的博士論文-確定了交互圖形學(xué)作為一個(gè)學(xué)科分支（提出基本交互技術(shù)、圖元分層表示概念及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))。n 1962年，雷諾汽車公司的工程師Pierre Bzier 提出Bzier曲線、曲面的理論n 1964年MIT的教授Steven A. Coons提出了超限插值的新思想，通過(guò)插值四條任意的邊界曲線來(lái)構(gòu)造曲面。歷史追溯o 70年代n 光柵圖形學(xué)迅速發(fā)展o 區(qū)域填充、裁剪、消隱等基本圖形概念、及其相應(yīng)算法紛紛誕生n 圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化o 1974年，ACM SIGGRAPH的“與機(jī)器無(wú)關(guān)的圖形技術(shù)”的工作會(huì)議o ACM成立圖形標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，制定“核心圖形系統(tǒng)”（Core Graphics System

7、）o ISO發(fā)布CGI、CGM、GKS、PHIGSn 真實(shí)感圖形學(xué)o 1970年，Bouknight提出了第一個(gè)光反射模型o 1971年Gourand提出“漫反射模型插值”的思想，被稱為Gourand明暗處理o 1975年，Phong提出了著名的簡(jiǎn)單光照模型- Phong模型n 實(shí)體造型技術(shù)o 英國(guó)劍橋大學(xué)CAD小組的Build系統(tǒng)o 美國(guó)羅徹斯特大學(xué)的PADL-1系統(tǒng)歷史追溯o 80年代n 1980年Whitted提出了一個(gè)光透視模型-Whitted模型，并第一次給出光線跟蹤算法的范例，實(shí)現(xiàn)Whitted模型n 1984年，美國(guó)Cornell大學(xué)和日本廣島大學(xué)的學(xué)者分別將熱輻射工程中的輻射度

8、方法引入到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中n 圖形硬件和各個(gè)分支均在這個(gè)時(shí)期飛速發(fā)展歷史追溯o 90年代：微機(jī)和軟件系統(tǒng)的普及使得圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。n 標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化n 多媒體技術(shù)、人工智能、科學(xué)計(jì)算可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)n 三維造型技術(shù)o ACM SIGGRAPH會(huì)議小知識(shí)n 全稱 “the Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques”n 60年代中期，由Brown 大學(xué)的教授Andries van Dam (Andy) 和IBM公司的Sam Matsa發(fā)起n 1974年，在Colorado大學(xué)召開了第

9、一屆SIGGRAPH 年會(huì)，并取得了巨大的成功n 每年只錄取大約50篇論文歷史追溯硬件發(fā)展o 圖形顯示器的發(fā)展 圖形顯示器是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中關(guān)鍵的設(shè)備o 60年代中期：畫線顯示器（亦稱矢量顯示器） 需要刷新。設(shè)備昂貴，限制普及o 60年代后期：存儲(chǔ)管式顯示器 不需刷新，價(jià)格較低，缺點(diǎn)是不具有動(dòng)態(tài)修改 圖形功能，不適合交互式。硬件發(fā)展o 70年代初，刷新式光柵掃描顯示器出現(xiàn)，大大地推動(dòng)了交互式圖形技術(shù)的發(fā)展。o 以點(diǎn)陣形式表示圖形，使用專用的緩沖區(qū)存放點(diǎn)陣，由視頻控制器負(fù)責(zé)刷新掃描。 圖形顯示設(shè)備的發(fā)展：畫線顯示器（矢量顯示器/隨機(jī)掃描顯示器）存儲(chǔ)管式顯示器刷新式光柵掃描顯示器硬件發(fā)展圖形輸入設(shè)備

10、的發(fā)展n 第一階段：控制開關(guān)、穿孔紙等等n 第二階段：鍵盤n 第三階段：二維定位設(shè)備，如鼠標(biāo)、光筆、圖形輸入板、觸摸屏等等，語(yǔ)音n 第四階段：三維輸入設(shè)備（如空間球、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣），用戶的手勢(shì)、表情等等n 第五階段：用戶的思維1.1 研究?jī)?nèi)容1.2 發(fā)展歷史1.3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用及研究前沿1.3計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用及研究前沿計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用圖形用戶界面 介于人與計(jì)算機(jī)之間，人與機(jī)器的通信。 人機(jī)界面（HCI）：軟件硬件 發(fā)展：由指示燈和機(jī)械開關(guān)組成的操縱界面由終端和鍵盤組成的字符界面（80年代）由多種輸入設(shè)備和光柵圖形顯示設(shè)備構(gòu)成的圖形用戶界面（GUI）（90年代）。PC，工作站，WI

11、MP(W-windows、I-icons、M-menu、P-pointing devices)界面，所見即所得VR技術(shù)（發(fā)展方向）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）-CAD/CAM是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在工業(yè)界最廣泛、最活躍的應(yīng)用領(lǐng)域o 飛機(jī)、汽車、船舶的外形的設(shè)計(jì)o 發(fā)電廠、化工廠等的布局o 土木工程、建筑物的設(shè)計(jì)o 電子線路、電子器件的設(shè)計(jì)o 設(shè)計(jì)結(jié)果直接送至后續(xù)工藝進(jìn)行加工處理，如波音777飛機(jī)的設(shè)計(jì)和加工過(guò)程奧迪效果圖和線框圖奧迪效果圖和線框圖計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）n 基于工程圖紙的三維形體重建o 定義：定義：從二維信息中提取三維信息，通過(guò)對(duì)這些信息進(jìn)行分類、綜合等一系列處

12、理，在三維空間中重新構(gòu)造出二維信息所對(duì)應(yīng)的三維形體，恢復(fù)形體的點(diǎn)、線、面及其拓?fù)潢P(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)形體的重建o 優(yōu)勢(shì)：可以做裝配件的干涉檢查、以及有限元分析、仿真、加工等后續(xù)操作，代表CAD技術(shù)的發(fā)展方向工程圖及其三維重建結(jié)果1工程圖及其三維重建結(jié)果2可視化o 科學(xué)計(jì)算可視化(Scientific Visualization)n 海量的數(shù)據(jù)使得人們對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理變得越來(lái)越難，用圖形來(lái)表示數(shù)據(jù)的迫切性與日俱增n 1986年，美國(guó)科學(xué)基金會(huì)（NSF）專門召開了一次研討會(huì)，會(huì)上提出了“科學(xué)計(jì)算可視化（Visualization in Scientific Computing）”n 科學(xué)計(jì)算可視化廣泛

13、應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、流體力學(xué)、有限元分析、氣象分析當(dāng)中可視化n 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可視化有著廣闊的發(fā)展前途o 是機(jī)械手術(shù)和遠(yuǎn)程手術(shù)的基礎(chǔ)o 將醫(yī)用CT掃描的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維圖象，幫助醫(yī)生判別病人體內(nèi)的患處o 由CT數(shù)據(jù)產(chǎn)生在人體內(nèi)漫游的圖象n 可視化的前沿與難點(diǎn)o 可視化硬件的研究o 實(shí)時(shí)的三維體繪制o 體內(nèi)組織的識(shí)別分割Segmentation真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制與自然景物仿真n 計(jì)算機(jī)中重現(xiàn)真實(shí)世界的場(chǎng)景叫做真實(shí)感繪制n 真實(shí)感繪制的主要任務(wù)是模擬真實(shí)物體的物理屬性，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是物體的形狀，光學(xué)性質(zhì)，表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對(duì)位置，遮擋關(guān)系等等真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制與自然景物仿真n 光照模型o 簡(jiǎn)單

14、光照模型o 整體光照模型n 繪制方法o 光線跟蹤o 輻射度n 加速算法o 包圍體樹、自適應(yīng)八叉樹等等地理信息系統(tǒng)（GIS）o 建立在地理圖形之上的關(guān)于各種資源的綜合信息管理系統(tǒng)。o 數(shù)字地球，地形數(shù)據(jù)作為載體。o 軍事，政府決策，旅游，資源調(diào)查。 娛樂電腦游戲n 實(shí)時(shí)性n 逼真性n 蘊(yùn)含了先進(jìn)的圖形處理技術(shù)電視廣告，節(jié)目片頭，科教演示（CAI） Quake III，“古墓麗影”，“侏羅紀(jì)公園”、“皇帝的新衣”、完美風(fēng)暴 MAYA, 3D-MAX, SOFTIMAGE多媒體多媒體 在計(jì)算機(jī)控制下，對(duì)多種媒體信息進(jìn)行生成、操作、表現(xiàn)、存儲(chǔ)、通信、或集成的信息系統(tǒng)其中媒體至少應(yīng)包括一種“連續(xù)媒體”或

15、一種“離散媒體”。n計(jì)算機(jī)處理的常見媒體：文本、圖形、圖像、語(yǔ)音、音頻、視頻、動(dòng)畫n特點(diǎn)：媒體的多樣性、操作的交互性、系統(tǒng)的集成性oCAI， 娛樂。Virtual Reality（虛擬現(xiàn)實(shí)、靈境）Virtual Reality 或稱虛擬環(huán)境（Virtual Environment)n是用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)生成一個(gè)逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點(diǎn)出發(fā)，利用自然的技能和某些設(shè)備對(duì)這一生成的虛擬世界客體進(jìn)行瀏覽和交互考察。n輸入輸出設(shè)備 虛擬現(xiàn)實(shí)是指用立體眼鏡、傳感手套等一系列傳感輔助設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種三維現(xiàn)實(shí)，人們通過(guò)這些設(shè)施以自然的方式（如頭的轉(zhuǎn)動(dòng)、手的運(yùn)動(dòng)等）向計(jì)算機(jī)

16、送入各種動(dòng)作信息，并且通過(guò)視覺、聽覺以及觸覺設(shè)施使人們得到三維的視覺、聽覺等感覺世界。隨著人們不同的動(dòng)作，這些感覺也隨之改變。 QuickTime是蘋果公司開發(fā)的新一代虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。它是一種基于靜態(tài)圖像處理的，在微機(jī)平臺(tái)上能夠?qū)崿F(xiàn)的初級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。它的出現(xiàn)使得以往專業(yè)實(shí)驗(yàn)室中成本昂貴的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用普及有了廣闊的前景。 假定我們?cè)谝皇铱臻g進(jìn)行觀察，室內(nèi)空間一般有六個(gè)面，如果我們獲取了這六個(gè)面的許多不同距離，不同方位的實(shí)景照片并將它們按照相互的關(guān)系有機(jī)連接起來(lái)，就可以在視覺上形成這個(gè)房間整個(gè)空間的整體認(rèn)識(shí)，這就是全景概念。當(dāng)前研究熱點(diǎn)n 真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制o 物體網(wǎng)格模型的面片簡(jiǎn)化：對(duì)網(wǎng)格

17、面片表示的模型，在一定誤差的精度范圍內(nèi)，刪除點(diǎn)、邊、面，從而簡(jiǎn)化所繪制場(chǎng)景的復(fù)雜度，加快圖形繪制速度o 基于圖象的繪制(IBR，Image Based Rendering)：完全摒棄傳統(tǒng)的先建模，然后確定光源的繪制的方法。它直接從一系列已知的圖象中生成未知視角的圖象，適用于野外極其復(fù)雜場(chǎng)景的生成和漫游n 野外自然景物的模擬o 野外場(chǎng)景遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜于室內(nèi)場(chǎng)景，繪制難度更大，方法更趨多樣化o 主要繪制山、水、云、樹、草、火等等o 繪制火的粒子系統(tǒng)（Particle System），基于生理模型的繪制植物的方法，繪制云的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)方法等由清華大學(xué)自然景物平臺(tái)生成的野外場(chǎng)景日本Yoshinori Doba

18、shi等人繪制的真實(shí)感云Xfrog3.0生成的挪威云杉與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的緊密結(jié)合n 遠(yuǎn)程醫(yī)療與診斷n 遠(yuǎn)程導(dǎo)航與維修n 遠(yuǎn)程教育計(jì)算機(jī)動(dòng)畫n 計(jì)算機(jī)動(dòng)畫近十多年來(lái)取得了很大的發(fā)展，已滲透到人們生活的各個(gè)角落o 商業(yè)廣告、影視特技/片頭、動(dòng)畫片o 教育、軍事、飛行模擬等n 分類o 二維動(dòng)畫n 圖象變形n 形狀混合計(jì)算機(jī)動(dòng)畫o三維動(dòng)畫n 關(guān)鍵幀動(dòng)畫n 變形物體的動(dòng)畫n 過(guò)程動(dòng)畫n 關(guān)節(jié)動(dòng)畫與人體動(dòng)畫基于特征的圖象變形（貓變虎）用戶接口n 用戶接口是人們使用計(jì)算機(jī)的第一觀感。一個(gè)友好的圖形化的用戶界面能夠大大提高軟件的易用性n 圖形學(xué)已經(jīng)全面融入計(jì)算機(jī)的方方面面，很多軟件幾乎可以不看任何說(shuō)明書，而根

19、據(jù)它的圖形、或動(dòng)畫界面的指示進(jìn)行操作用戶接口n 目前幾個(gè)大的軟件公司都在研究下一代用戶界面，開發(fā)面向主流應(yīng)用的、自然、高效多通道的用戶界面。研究多通道語(yǔ)義模型、多通道整合算法及其軟件結(jié)構(gòu)和界面范式是當(dāng)前用戶界面和接口方面研究的主流方向，而圖形學(xué)在其中起主導(dǎo)作用。 計(jì)算機(jī)藝術(shù)n 用計(jì)算機(jī)軟件從事藝術(shù)創(chuàng)作o 二維平面的畫筆程序（如CorelDraw，Photoshop，PaintShop）o 圖表繪制軟件（如Visio）o 三維建模和渲染軟件包（如3DMAX，Maya）、以及一些專門生成動(dòng)畫的軟件（如Alias，Softimage）計(jì)算機(jī)藝術(shù)o 優(yōu)點(diǎn)：n 提供多種風(fēng)格的畫筆畫刷n 提供多種多樣的紋

20、理貼圖，甚至能對(duì)圖象進(jìn)行霧化，變形等操作n 可以任意修改，取消敗筆o 不足：n 無(wú)法達(dá)到傳統(tǒng)繪畫中風(fēng)格化的 藝術(shù)效果n 很難得到有素描效果、油畫效果的藝術(shù)品計(jì)算機(jī)藝術(shù)n 非真實(shí)感繪制（NPR，Non-Photorealistic Rendering）o 用于模擬藝術(shù)效果，研究方法有別于真實(shí)感圖形學(xué)o 鋼筆素描的生成n 鋼筆素描產(chǎn)生于中世紀(jì)，從19世紀(jì)開始成為一門藝術(shù)20世紀(jì)90年代開始研究用計(jì)算機(jī)模擬o 中國(guó)國(guó)畫與書法的生成Georges Winkenb1ach繪制的壺和碗(Siggraph96)Salisbury繪制的茶壺(Siggraph97)Salisbury繪制的熊(Siggraph9

21、7)Oliver Deussen繪制的素描樹(Siggraph2000)第二講圖形系統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形硬件簡(jiǎn)介o圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備 1 1 向量型圖形輸入設(shè)備向量型圖形輸入設(shè)備 它采取跟蹤軌跡、記錄坐標(biāo)點(diǎn)的方法輸入圖形。常用的向量型圖形輸它采取跟蹤軌跡、記錄坐標(biāo)點(diǎn)的方法輸入圖形。常用的向量型圖形輸入設(shè)備有數(shù)字化儀、鼠標(biāo)器、光筆等。入設(shè)備有數(shù)字化儀、鼠標(biāo)器、光筆等。2 2 光柵掃描型圖形輸入設(shè)備光柵掃描型圖形輸入設(shè)備 它采取遠(yuǎn)行掃描、按一定密度采樣的方式輸入圖形，輸入數(shù)據(jù)為一灰它采取遠(yuǎn)行掃描、按一定密度采樣的方式輸入圖形，輸入數(shù)據(jù)為一灰度圖。這方面的研究已逐步達(dá)到實(shí)用階段。常用的光柵掃描型圖形輸

22、度圖。這方面的研究已逐步達(dá)到實(shí)用階段。常用的光柵掃描型圖形輸入設(shè)各有掃描儀和攝像機(jī)。柵格數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)圖形識(shí)別可以轉(zhuǎn)換為矢量圖入設(shè)各有掃描儀和攝像機(jī)。柵格數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)圖形識(shí)別可以轉(zhuǎn)換為矢量圖形形 。 計(jì)算機(jī)圖形硬件簡(jiǎn)介o圖形輸出設(shè)備圖形輸出設(shè)備 圖形輸出設(shè)備是以紙、膠片、塑料薄膜等物質(zhì)為介質(zhì)，輸出入眼可視圖形輸出設(shè)備是以紙、膠片、塑料薄膜等物質(zhì)為介質(zhì)，輸出入眼可視并能長(zhǎng)期保存的圖形的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備。并能長(zhǎng)期保存的圖形的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備。1 1 向量型設(shè)備向量型設(shè)備作畫機(jī)構(gòu)隨著圖形的輸出形狀而移動(dòng)并成像。如筆式繪圖儀。作畫機(jī)構(gòu)隨著圖形的輸出形狀而移動(dòng)并成像。如筆式繪圖儀。2 2 光柵掃描型設(shè)備光柵掃描型設(shè)備

23、作畫機(jī)構(gòu)按光柵矩陣方式掃描整張圖面，并按輸出內(nèi)容對(duì)圖形成像。作畫機(jī)構(gòu)按光柵矩陣方式掃描整張圖面，并按輸出內(nèi)容對(duì)圖形成像。光柵掃描型輸出設(shè)備包括點(diǎn)陣式打印機(jī)、熱敏印刷機(jī)、靜電印刷機(jī)、光柵掃描型輸出設(shè)備包括點(diǎn)陣式打印機(jī)、熱敏印刷機(jī)、靜電印刷機(jī)、噴墨印刷機(jī)以及激光打印機(jī)等。噴墨印刷機(jī)以及激光打印機(jī)等。 計(jì)算機(jī)圖形硬件簡(jiǎn)介o常用圖形顯示設(shè)備常用圖形顯示設(shè)備 1 1 陰極射線管陰極射線管陰極射線管的技術(shù)指標(biāo)主要有兩條，一是分辨率，二是顯示速度。陰極射線管的技術(shù)指標(biāo)主要有兩條，一是分辨率，二是顯示速度。 2 2 顯示器顯示器顯示器有隨機(jī)掃描顯示器、存儲(chǔ)管式顯示器、光柵掃描式顯示器、液晶顯顯示器有隨機(jī)掃描顯

24、示器、存儲(chǔ)管式顯示器、光柵掃描式顯示器、液晶顯示器、等粒子顯示器等。示器、等粒子顯示器等。第三講VC+開發(fā)環(huán)境VC+開發(fā)環(huán)境1 VC+ 6.01 VC+ 6.0是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，它以是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，它以C+C+語(yǔ)言為基礎(chǔ)，實(shí)語(yǔ)言為基礎(chǔ)，實(shí)施面向?qū)ο缶幊?。施面向?qū)ο缶幊獭?2 VC+ 6.0 2 VC+ 6.0 的集成環(huán)境能完成絕大多數(shù)編程事務(wù)，包括菜的集成環(huán)境能完成絕大多數(shù)編程事務(wù)，包括菜單設(shè)置、圖標(biāo)繪制、對(duì)話窗口設(shè)置、工具按鈕以及幫助單設(shè)置、圖標(biāo)繪制、對(duì)話窗口設(shè)置、工具按鈕以及幫助文件的設(shè)置等等。文件的設(shè)置等等。3 VC+ 6.0 3 VC+ 6.0 的導(dǎo)航功能遍及各個(gè)方面，能為編程人

25、員提供的導(dǎo)航功能遍及各個(gè)方面，能為編程人員提供快速的原型。快速的原型。4 VC+ 6.0 4 VC+ 6.0 能實(shí)現(xiàn)不同層次的編程，從底層的面向硬件的能實(shí)現(xiàn)不同層次的編程，從底層的面向硬件的編程到高級(jí)的各種應(yīng)用集成。編程到高級(jí)的各種應(yīng)用集成。VC+程序的基本架構(gòu)o 程序入口程序入口(App)(App)o 框架類框架類(Main/ChildFrame(Main/ChildFrame) )o 文檔類文檔類(Doc)(Doc)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存取負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存取o 視圖類視圖類(View)-(View)-負(fù)責(zé)信息的展示負(fù)責(zé)信息的展示o 資源（對(duì)話框、菜單等）資源（對(duì)話框、菜單等）VC+程序的基本架構(gòu)o 程序

26、入口程序入口(App)(App)n WinMain函數(shù)隱藏在應(yīng)用程序框架內(nèi)部。函數(shù)隱藏在應(yīng)用程序框架內(nèi)部。n 類類CExamApp的對(duì)象代表了一個(gè)應(yīng)用程序。的對(duì)象代表了一個(gè)應(yīng)用程序。定義了一個(gè)單獨(dú)的全局定義了一個(gè)單獨(dú)的全局CExamApp對(duì)象對(duì)象theApp。基類?；怌WinApp。n 應(yīng)用程序啟動(dòng)，首先調(diào)用應(yīng)用程序啟動(dòng)，首先調(diào)用WinMain函數(shù)，函數(shù)，這個(gè)函數(shù)就查找該應(yīng)用程序的全局構(gòu)造對(duì)象這個(gè)函數(shù)就查找該應(yīng)用程序的全局構(gòu)造對(duì)象theAppVC+程序的基本架構(gòu)o 框架類框架類(Main/ChildFrame(Main/ChildFrame) )n CMainFram應(yīng)用程序的主框架窗口。當(dāng)

27、構(gòu)應(yīng)用程序的主框架窗口。當(dāng)構(gòu)造函數(shù)調(diào)用基類造函數(shù)調(diào)用基類CFrameWnd的的Create函數(shù)時(shí)，函數(shù)時(shí)，Windows將創(chuàng)建具體的窗口結(jié)構(gòu)。將創(chuàng)建具體的窗口結(jié)構(gòu)。n 主框架窗口包括標(biāo)題欄、菜單欄。而工具欄主框架窗口包括標(biāo)題欄、菜單欄。而工具欄窗口、狀態(tài)欄窗口和視圖窗口則占據(jù)著主框窗口、狀態(tài)欄窗口和視圖窗口則占據(jù)著主框架窗口的客戶區(qū)域。架窗口的客戶區(qū)域。VC+程序的基本架構(gòu)o 框架類框架類(Main/ChildFrame(Main/ChildFrame) )VC+程序的基本架構(gòu)o 文檔類文檔類(Doc)(Doc)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存取負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存取n Microsoft在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類庫(kù)時(shí)，考慮到把數(shù)據(jù)在

28、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類庫(kù)時(shí)，考慮到把數(shù)據(jù)與它的顯示分離開，于是就采用文檔類和視類與它的顯示分離開，于是就采用文檔類和視類結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。n 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和加載由文檔類來(lái)完成，數(shù)據(jù)的顯數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和加載由文檔類來(lái)完成，數(shù)據(jù)的顯示和修改則由視類來(lái)完成，從而把數(shù)據(jù)管理和示和修改則由視類來(lái)完成，從而把數(shù)據(jù)管理和顯示方法分離開來(lái)。顯示方法分離開來(lái)。VC+程序的基本架構(gòu)o 視圖類視圖類(View)-(View)-負(fù)責(zé)信息的展示負(fù)責(zé)信息的展示VC+程序的基本架構(gòu)o 資源（對(duì)話框、菜單等）資源（對(duì)話框、菜單等）包括對(duì)話框、菜單、快捷鍵、圖標(biāo)等。包括對(duì)話框、菜單、快捷鍵、圖標(biāo)等。對(duì)話框：模式對(duì)話框和無(wú)模式對(duì)話框?qū)υ捒颍?/p>

29、模式對(duì)話框和無(wú)模式對(duì)話框VC+程序的基本架構(gòu)o Frame、View、Document是互相聯(lián)系的。是互相聯(lián)系的。o 如如SDI程序，程序，CMainFrame調(diào)用調(diào)用GetActiveView獲得獲得CViewo 而而 C V i e w 可 以 調(diào) 用可 以 調(diào) 用 G e t D o c u m e n t 獲 得獲 得CDocument。o 如 果 已 知如 果 已 知 C D o c u m e n t ， 可 以 使 用， 可 以 使 用GetFirstViewPosition獲得第一個(gè)相關(guān)的獲得第一個(gè)相關(guān)的CView，然后使用然后使用GetNextView獲得下一個(gè)的獲得下一個(gè)的

30、CView。消息處理與交互式繪圖o WindowsWindows應(yīng)用程序具有俘獲各種操作和事件的能力，并提供應(yīng)用程序具有俘獲各種操作和事件的能力，并提供相應(yīng)的機(jī)會(huì)對(duì)之進(jìn)行反應(yīng)，這實(shí)質(zhì)上是一個(gè)消息處理機(jī)制，相應(yīng)的機(jī)會(huì)對(duì)之進(jìn)行反應(yīng)，這實(shí)質(zhì)上是一個(gè)消息處理機(jī)制，按消息的級(jí)別和到達(dá)的次序進(jìn)行相應(yīng)的處理。按消息的級(jí)別和到達(dá)的次序進(jìn)行相應(yīng)的處理。o 交互式繪圖一般要求對(duì)鼠標(biāo)交互式繪圖一般要求對(duì)鼠標(biāo)/ /鍵盤的操作鍵盤的操作（MouseClick/MouseMoveMouseClick/MouseMove等）進(jìn)行反應(yīng)，并通過(guò)獲取相應(yīng)等）進(jìn)行反應(yīng)，并通過(guò)獲取相應(yīng)信息來(lái)建立相應(yīng)的圖形。信息來(lái)建立相應(yīng)的圖形。o

31、CDCCDC類一包括用于圖形繪制的全部函數(shù)和操作。類一包括用于圖形繪制的全部函數(shù)和操作。o OpenGLOpenGL提供了用于三維圖形實(shí)體設(shè)計(jì)的全部函數(shù)和操作。提供了用于三維圖形實(shí)體設(shè)計(jì)的全部函數(shù)和操作。Windows系統(tǒng)把應(yīng)用程序的所有輸入傳入給應(yīng)用程序窗口，每一個(gè)窗口都有一個(gè)稱作窗口過(guò)程的函數(shù)，當(dāng)窗口有輸入時(shí)Windows系統(tǒng)要調(diào)用它，窗口過(guò)程處理輸入并把控制返回給Windows。Windows系統(tǒng)以消息的形式把輸入傳給窗口過(guò)程，消息是由Windows系統(tǒng)或應(yīng)用程序產(chǎn)生的，Windows系統(tǒng)對(duì)于每一個(gè)輸入事件都要產(chǎn)生消息-例如鍵盤、鼠標(biāo)的動(dòng)作。Windows系統(tǒng)為了響應(yīng)應(yīng)用程序給系統(tǒng)帶來(lái)的

32、變化也會(huì)產(chǎn)生消息-例如應(yīng)用程序改變了系統(tǒng)字體或改變了一個(gè)窗口的大小。應(yīng)用程序可以通過(guò)產(chǎn)生消息指導(dǎo)它自己的窗口來(lái)完成某項(xiàng)任務(wù)，或是與其他應(yīng)用程序的窗口進(jìn)行通信。消息有六個(gè)參數(shù)： typedef struct tagMSG HWND hwnd; UINT message; WPARAM wParam; LPARAM lParam; DWORD time; POINT pt; MSG; 消息處理與交互式繪圖目的窗口目的窗口(hwnd):接收消息的窗口，也就是那一個(gè)窗口的窗口過(guò)程將被調(diào)用。消息標(biāo)志消息標(biāo)志(message):一個(gè)命名的常量，用來(lái)標(biāo)志消息的目的，也就是消息的含義。如果窗口過(guò)程收到一條消息

33、，它就通過(guò)消息標(biāo)志來(lái)決定如何處理這條消息。消息的附加內(nèi)容，具體的含義取決于具體消息標(biāo)志message。參數(shù)分為高低位。消息參數(shù)可以是一個(gè)整數(shù)、緊縮的位標(biāo)志、一個(gè)含有附加數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針等等。參數(shù)參數(shù)1(wParam):消息處理與交互式繪圖參數(shù)參數(shù)2(lParam):消息的附加內(nèi)容，具體的含義取決于具體消息標(biāo)志message。參數(shù)分為高低位。消息參數(shù)可以是一個(gè)整數(shù)、緊縮的位標(biāo)志、一個(gè)含有附加數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針等等。消息發(fā)出的時(shí)間。分發(fā)時(shí)間分發(fā)時(shí)間(time):光標(biāo)位置光標(biāo)位置(pt):消息發(fā)生時(shí)鼠標(biāo)光標(biāo)的位置。以設(shè)備坐標(biāo)系定位。消息處理與交互式繪圖交互繪圖實(shí)例oScribbleScribble線條的任

34、意繪制，主要是跟蹤鼠標(biāo)的操作。線條的任意繪制，主要是跟蹤鼠標(biāo)的操作。幾個(gè)基本的圖形操作函數(shù)o CDCCDC類類-設(shè)備類，能提供圖形、文本等的輸出設(shè)備。設(shè)備類，能提供圖形、文本等的輸出設(shè)備。 o CDCCDC類里包含了大量的基本圖形函數(shù)，包括線型、顏色、類里包含了大量的基本圖形函數(shù)，包括線型、顏色、填充模式、位圖等的設(shè)置，以及點(diǎn)、線、多變形等各種填充模式、位圖等的設(shè)置，以及點(diǎn)、線、多變形等各種基本圖形繪制函數(shù)，而其中最為基本的函數(shù)是基本圖形繪制函數(shù)，而其中最為基本的函數(shù)是SetPixelSetPixel，它是其他函數(shù)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。，它是其他函數(shù)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。o 以下將重點(diǎn)介紹幾個(gè)基礎(chǔ)函數(shù)。以下將重點(diǎn)

35、介紹幾個(gè)基礎(chǔ)函數(shù)。o RGB RGB 函數(shù)，根據(jù)提供的三原色參數(shù)合成一個(gè)顏色，如函數(shù)，根據(jù)提供的三原色參數(shù)合成一個(gè)顏色，如RGB(255,0,0)RGB(255,0,0)即合成紅色，返回類型通常為以長(zhǎng)整型，即合成紅色，返回類型通常為以長(zhǎng)整型，且以且以COLORREFCOLORREF類型表示。類型表示。幾個(gè)基本的圖形操作函數(shù)o/ /* * SetPixelSetPixel函數(shù)的使用函數(shù)的使用oCOLORREF COLORREF SetPixelSetPixel( ( intint x, x, intint y, COLORREF y, COLORREF crColorcrColor ); );o

36、COLORREF SetPixelCOLORREF SetPixel( POINT ( POINT pointpoint, COLORREF , COLORREF crColorcrColor ); ); o-o* */ /opDCpDC-SetPixel(100,100,RGB(0,0,255);-SetPixel(100,100,RGB(0,0,255);ointint i=1; i=1;ofor(i=1;i100;i+)for(i=1;i-SetPixel(i,iSetPixel(i,i* *2,RGB(0,0,255);2,RGB(0,0,255);o 幾個(gè)基本的圖形操作函數(shù)o/-/-

37、o/ /* * CPenCPen類的使用類的使用o BOOL BOOL CreatePenCreatePen( ( intint nPenStylenPenStyle, , intint nWidthnWidth, COLORREF , COLORREF crColorcrColor ); );o-onPenStylenPenStyle: :oPS_SOLID PS_SOLID 實(shí)線實(shí)線oPS_DASH PS_DASH 短線短線oPS_DOT PS_DOT 點(diǎn)點(diǎn)o* */ /幾個(gè)基本的圖形操作函數(shù)o CPenCPen apenapen; ;oif (apen.CreatePen(PS_SOLI

38、D,2,RGB(255,0,0)if (apen.CreatePen(PS_SOLID,2,RGB(255,0,0)o oCPenCPen* * odlpenodlpen= =pDCpDC-SelectObject(&apenSelectObject(&apen););opDCpDC-MoveTo(100,100);-MoveTo(100,100);opDCpDC-LineTo(300,300);-LineTo(300,300);opDCpDC-SelectObject(odlpenSelectObject(odlpen););o 幾個(gè)基本的圖形操作函數(shù)o/ /* * CBru

39、shCBrush類的使用類的使用oBOOL BOOL CreateSolidBrushCreateSolidBrush( COLORREF ( COLORREF crColorcrColor ); );oBOOL BOOL CreateHatchBrushCreateHatchBrush( ( intint nIndexnIndex, COLORREF , COLORREF crColorcrColor ); );o-onIndexnIndex: :oHS_BDIAGONAL HS_BDIAGONAL oHS_CROSSHS_CROSSoHS_DIAGCROSS HS_DIAGCROSS oH

40、S_FDIAGONALHS_FDIAGONALoHS_HORIZONTALHS_HORIZONTALoHS_VERTICALHS_VERTICALo* */ /幾個(gè)基本的圖形操作函數(shù)CBrushCBrush abrushabrush; ;if (abrush.CreateSolidBrush(RGB(0,255,0)if (abrush.CreateSolidBrush(RGB(0,255,0) CBrushCBrush* * oldbrusholdbrush= =pDCpDC- - SelectObject(&abrushSelectObject(&abrush););pDC

41、pDC-Rectangle(200,200,300,400);-Rectangle(200,200,300,400);pDCpDC-SelectObject(oldbrushSelectObject(oldbrush);); 幾個(gè)基本的圖形操作函數(shù)o 對(duì)于任何采用對(duì)于任何采用SetPixelSetPixel繪圖的函數(shù)，必須包括兩個(gè)基本繪圖的函數(shù)，必須包括兩個(gè)基本的參數(shù)，即設(shè)備參數(shù)的參數(shù)，即設(shè)備參數(shù)CDC CDC * *pDCpDC, COLORREF , COLORREF aColoraColoro void void Cmap:DrawLineBySetpixel(CDCCmap:DrawL

42、ineBySetpixel(CDC * *pDCpDC, COLORREF , COLORREF aColoraColor) )o ointint i=0; i=0;ofor (i=1;i300;i+)for (i=1;i-SetPixel(i,iSetPixel(i,i* *3,aColor);3,aColor);o oreturn;return;o 第四講基本圖形元素的生成算法基本圖形元素o 點(diǎn)、線、圓（圓弧）、區(qū)域填充和字符等。點(diǎn)、線、圓（圓?。?、區(qū)域填充和字符等。o 基本圖形生成算法：速度、質(zhì)量，通常情況下基本圖形生成算法：速度、質(zhì)量，通常情況下速度是第一位的，因?yàn)樗惴ㄍǔ１徽{(diào)用很多次

43、。速度是第一位的，因?yàn)樗惴ㄍǔ１徽{(diào)用很多次。 點(diǎn)的生成o 點(diǎn)是最基本的圖形，通常情況下，點(diǎn)由一個(gè)像素點(diǎn)是最基本的圖形，通常情況下，點(diǎn)由一個(gè)像素（設(shè)置其顯示緩沖器的灰度值）來(lái)描述。（設(shè)置其顯示緩沖器的灰度值）來(lái)描述。o 對(duì)于光柵顯示器，象素點(diǎn)的多少?zèng)Q定了顯示器的分對(duì)于光柵顯示器，象素點(diǎn)的多少?zèng)Q定了顯示器的分辨率。橫向分辨率通常為辨率。橫向分辨率通常為320、640、1024，8 的倍數(shù)，縱向通常為的倍數(shù)，縱向通常為200、480、1024。直線的生成o在光柵顯示器的熒光屏上生成一個(gè)對(duì)象，實(shí)質(zhì)上是往幀暫存寄在光柵顯示器的熒光屏上生成一個(gè)對(duì)象，實(shí)質(zhì)上是往幀暫存寄存器的相應(yīng)單元中填入數(shù)據(jù)。畫一條從存器

44、的相應(yīng)單元中填入數(shù)據(jù)。畫一條從(x1,y1)(x1,y1)到到(x2,y2)(x2,y2)的直的直線，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)發(fā)現(xiàn)線，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)發(fā)現(xiàn)最佳逼近直線最佳逼近直線的像素序列，并填入色的像素序列，并填入色彩數(shù)據(jù)的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程也稱為直線光柵化。彩數(shù)據(jù)的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程也稱為直線光柵化。o基本要求：基本要求：o1、應(yīng)該為最佳逼近線；、應(yīng)該為最佳逼近線；2、端點(diǎn)位置應(yīng)該是正確的；、端點(diǎn)位置應(yīng)該是正確的；3、線濃、線濃度應(yīng)該是均勻的；度應(yīng)該是均勻的；4、生成速度應(yīng)該盡可能的快。、生成速度應(yīng)該盡可能的快。o幾種基本直線算法幾種基本直線算法：o1 1、DDADDA；2 2、中點(diǎn)法；、中點(diǎn)法；3 3、Bres

45、enhamBresenham算法。算法。直線生成算法-DDA數(shù)值微分法（） 假定直線的起點(diǎn)、終點(diǎn)分別為：（x0,y0), (x1,y1)，且都為整數(shù)。(X i+1 ,Yi + k)(X i , Int(Yi +0.5)(X i , Yi)柵格交點(diǎn)表示象素點(diǎn)位置。數(shù)值微分(DDA)法o基本思想已知過(guò)端點(diǎn)P0 (x0, y0), P1(x1, y1)的直線段Ly=kx+b直線斜率為這種方法直觀，但效率太低，因?yàn)槊恳徊叫枰淮胃↑c(diǎn)乘法和一次舍入運(yùn)算。 )(,;10yroundxbkxystepxxxxxx令數(shù)值微分(DDA)法計(jì)算yi+1= kxi+1+b = kxi+b+kx = yi+kx 當(dāng)x

46、 =1; yi+1 = yi+k o即：當(dāng)x每遞增1，y遞增k(即直線斜率)；o注意上述分析的算法僅適用于k 1的情形。在這種情況下，x每增加1,y最多增加1。o當(dāng) k 1時(shí)，必須把x，y地位互換數(shù)值微分(DDA)法o增量算法：在一個(gè)迭代算法中，如果每一步的x、y值是用前一步的值加上一個(gè)增量來(lái)獲得，則稱為增量算法。oDDA算法就是一個(gè)增量算法。數(shù)值微分(DDA)法void DDALine(int x0,int y0,int x1,int y1,CDC* pDC, COLORREF COLORREF aColoraColor) int x;float dx, dy, y, k;dx = x1-x

47、0; dy=y1-y0; k=dy/dx ; y=y0; for (x=x0; xx1; x+) pDC-SetPixel (x, int(y+0.5), acolor); y=y+k; 數(shù)值微分(DDA)法o例：畫直線段P0(0,0)-P1(5,2)x int(y+0.5) y+0.5000+0.5100.4+0.5210.8+0.5311.2+0.5421.6+0.5522.0+0.50 1 2 3 4 5321Line: P0(0, 0)- P1(5, 2)數(shù)值微分(DDA)法o缺點(diǎn)： 在此算法中，y、k必須是float，且每一步都必須對(duì)y進(jìn)行舍入取整，不利于硬件實(shí)現(xiàn)。直線生成算法中點(diǎn)法

48、討論情況（直線斜率限定在討論情況（直線斜率限定在0-10-1之間）之間）: :o 對(duì)于任意直線方程對(duì)于任意直線方程F(x,y)=ax+by+c=0,在高在高斯平面上將平面分為兩部分，上半部分斯平面上將平面分為兩部分，上半部分F(x,y)0，而下半部分，而下半部分F(x,y)0。如果想要。如果想要判定某個(gè)平面點(diǎn)在直線的上方還是下方，只判定某個(gè)平面點(diǎn)在直線的上方還是下方，只需要將其坐標(biāo)代入，而后看需要將其坐標(biāo)代入，而后看F(x,y)的值即可的值即可判定其位置。判定其位置。中點(diǎn)畫線法o原理：假定直線斜率0K P2離直線更近更近-取P2 。nM在Q的上方- P1離直線更近更近-取P1nM與Q重合， P

49、1、P2任取一點(diǎn)。n問題：如何判斷M與Q點(diǎn)的關(guān)系？P=(xp,yp)QP2P1中點(diǎn)畫線法假設(shè)直線方程為：ax+by+c=0其中a=y0-y1, b=x1-x0, c=x0y1-x1y0由常識(shí)知：欲判斷M點(diǎn)是在Q點(diǎn)上方還是在Q點(diǎn)下方，只需把M代入F(x,y),并檢查它的符號(hào)。點(diǎn)在直線下方點(diǎn)在直線上方點(diǎn)在直線上面0,0,0,yxFyxFyxFP=(xp,yp)QP2P1中點(diǎn)畫線法構(gòu)造判別式：d=F(M)=F(xp+1,yp+0.5) =a(xp+1)+b(yp+0.5)+c當(dāng)d0，M在直線(Q點(diǎn))上方，取右方P1；當(dāng)d=0，選P1或P2均可，約定取P1；能否采用增量算法呢？P=(xp,yp)QP2

50、P1中點(diǎn)畫線法若d0-M在直線上方-取P1;此時(shí)再下一個(gè)象素的判別式為 d1=F(xp+2, yp+0.5)=a(xp+2)+b(yp+0.5)+c = a(xp +1)+b(yp +0.5)+c +a =d+a； 增量為aP=(xp,yp)QP2P1中點(diǎn)畫線法o若dM在直線下方-取P2;o此時(shí)再下一個(gè)象素的判別式為 d2= F(xp+2, yp+1.5)=a(xp+2)+b(yp+1.5)+c = a(xp +1)+b(yp +0.5)+c +a +b =d+a+b ； 增量為abP=(xp,yp)QP2P1中點(diǎn)畫線法o畫線從(x0, y0)開始，d的初值d0=F(x0+1, y0+0.5)

51、= a(x0 +1)+b(y0 +0.5)+c = F(x0, y0)+a+0.5b = a+0.5b o由于只用d 的符號(hào)作判斷，為了只包含整數(shù)運(yùn)算, o可以用2d代替d來(lái)擺脫小數(shù)，提高效率。中點(diǎn)畫線法void Midpoint Line (int x0,int y0,int x1, int y1,CDC* pDC, COLORREF COLORREF aColoraColor) int a, b, d1, d2, d, x, y; a=y0-y1; b=x1-x0; d=2*a+b; d1=2*a ; d2=2* (a+b); x=x0; y=y0; pDC-SetPixel(x, y,

52、aColor); while (xx1) if (dSetPixel (x, y, color); /* while */ /* mid PointLine */中點(diǎn)畫線法o例：用中點(diǎn)畫線法P0(0,0) P1(5,2)a=y0-y1=-2 b=x1-x0=5d0=2a+b=1 d1=2a=-4 d2=2(a+b)=6i xi yid1 0 012 1 0-33 2 134 3 1-15 4 250 1 2 3 4 5321o 如前所述，直線繪制的總步長(zhǎng)數(shù)一般如前所述，直線繪制的總步長(zhǎng)數(shù)一般取取dx,dydx,dy中絕對(duì)值較大者，如果較大中絕對(duì)值較大者，如果較大跨度者（假設(shè)在跨度者（假設(shè)在1a

53、1a向限，向限，dxdydxdy）步）步長(zhǎng)長(zhǎng)(Dx(Dx) )取為取為1 1，則另一個(gè)步長(zhǎng)（，則另一個(gè)步長(zhǎng)（DyDy）應(yīng)小于應(yīng)小于1 1。由于光柵化效應(yīng)，畫點(diǎn)在。由于光柵化效應(yīng)，畫點(diǎn)在整數(shù)位置，故整數(shù)位置，故y y 的位置只能取其最接的位置只能取其最接近的點(diǎn)，如圖近的點(diǎn)，如圖2.2所示。所示。o 設(shè)設(shè)d d1 1 ,d ,d2 2為：為：d d1 1=y-y=y-yi i;d;d2 2=y=yi+1i+1-y-yo 則有則有d d1 1dd2 2時(shí)時(shí)y y取取y yi i否則取否則取y yi+1i+1 直線Bresenham算法 直線Bresenham算法作業(yè)及答案 o1 DDA法生成直線的基

54、本原理是什么?o2 為什么說(shuō)Bresenham畫圓的算法效率較高?o3 為什么說(shuō)直線生成算法是二維圖形生成技術(shù)的基礎(chǔ)？o4 準(zhǔn)備下一節(jié)課實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容圓的基本知識(shí) 圓的位圖下面僅以圓心在原點(diǎn)、半徑R為整數(shù)的圓為例，討論圓的生成算法。假設(shè)圓的方程為： X2 + Y2 = R2圓的基本知識(shí) 圓弧掃描算法X2 + Y2 = R2Y = Sqrt(R2 - X2)在一定范圍內(nèi)，每給定一X值，可得一Y值。當(dāng)X取整數(shù)時(shí)，Y須取整。缺點(diǎn)：浮點(diǎn)運(yùn)算，開方，取整，不均勻。yx圓的逐點(diǎn)比較法算法o用逆時(shí)針畫第一象限中用逆時(shí)針畫第一象限中AB圓弧的過(guò)程如下：圓弧的過(guò)程如下：o從始點(diǎn)（從始點(diǎn)（Xa，Ya）開始，首先向）開

55、始，首先向(-X方向方向)圓內(nèi)走一步，然后比較圓內(nèi)走一步，然后比較o判斷結(jié)果，落在圓內(nèi)則向判斷結(jié)果，落在圓內(nèi)則向Y方向走一步，依次類推，一直到達(dá)圓外為方向走一步，依次類推，一直到達(dá)圓外為止止o當(dāng)判斷結(jié)果落在圓外時(shí)，向當(dāng)判斷結(jié)果落在圓外時(shí)，向X方向走一步，直到再次到達(dá)圓內(nèi)為止方向走一步，直到再次到達(dá)圓內(nèi)為止o當(dāng)畫到終點(diǎn)以（當(dāng)畫到終點(diǎn)以（XbXb，YbYb）時(shí)，終止比較，結(jié)束。）時(shí)，終止比較，結(jié)束。圓的逐點(diǎn)比較法算法0iF121111iiiiiiiXFFYYXX121111iiiiiiiYFFYYXXyx0iF圓的角度DDA法 x = x0 + Rcos y = y0 + Rsindx =- Rs

56、inddy = Rcosdxn+1 =x n + dxy n+1 =y n + dyxn+1 = x n + dx = x n - Rsind =x n - (y n - y 0 )dy n+1 = y n + dy = y n + Rcosd =y n + (x n - x 0 )do顯然，確定x,y的初值及d值后，即可以增量方式獲得圓周上的坐標(biāo)，然后取整可得象素坐標(biāo)。但要采用浮點(diǎn)運(yùn)算、乘法運(yùn)算、取整運(yùn)算。生成圓弧的正負(fù)法 原理： 設(shè)圓的方程為F(x,y)=X2 + Y2 - R2=0;假設(shè)求得Pi的坐標(biāo)為(xi,yi)；則當(dāng)Pi在圓內(nèi)時(shí)- F(xi,yi) 向右- 向圓外Pi在圓外時(shí)- F

57、(xi,yi)0 - 向下- 向圓內(nèi)生成圓弧的正負(fù)法即求得Pi點(diǎn)后選擇下一個(gè)象素點(diǎn)Pi+1的規(guī)則為：當(dāng)F(xi,yi) 0 取xi+1 = xi+1，yi+1 = yi;當(dāng)F(xi,yi) 0 取xi+1 = xi， yi+1 = yi - 1;這樣用于表示圓弧的點(diǎn)均在圓弧附近，且使F(xi,yi) 時(shí)正時(shí)負(fù)，故稱正負(fù)法。快速計(jì)算的關(guān)鍵是F(xi,yi) 的計(jì)算，能否采用增量算法？生成圓弧的正負(fù)法o若F(xi,yi) 已知，計(jì)算F(xi+1,yi+1) 可分兩種情況：o1、F(xi,yi)0- xi+1 = xi+1，yi+1 = yi;o - F(xi+1,yi+1)= (xi+1 )2 +(yi+1 )2 -R2o - = (xi+1)2+ yi2 -R2 = F(xi,yi) +2xi +1o2、 F(xi,yi)0- xi+1 = xi，yi+1 = yi -1;o - F(xi+1,yi+1)= (xi+1 )2 +(yi+1 )2 -R2o - = xi2+(yi 1)2-R2 = F(xi,yi) - 2yi +1o3、初始值：略中點(diǎn)畫圓法利用圓的對(duì)稱性，只須討論1/8圓。第二個(gè)8分圓P為當(dāng)前點(diǎn)亮象素，那么，下一個(gè)點(diǎn)亮