圖形學實驗報告

1、課程設計報告實驗名稱：計算機圖形學實驗目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 實驗目的與要求1實驗任務內(nèi)容與步驟1實驗一1實驗二3 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 實驗結(jié)果3實驗一結(jié)果3實驗二結(jié)果8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 心得體會8源代碼9 1.1實驗目的與要求：目的：利用OpenGL庫，對課本的圖形原理進行C語言編程，從而實現(xiàn)各種繪圖算法。從中進一步了解計算機圖形學的原理，加深對課程內(nèi)容的理解，逐步掌握算法

2、原理的實現(xiàn)過程。另外，初步掌握OpenGL的基本使用方法，能夠使用其進行簡單圖形、圖素的繪制。實驗要求：I理解glut程序框架理解窗口到視區(qū)的變換理解OpenGL實現(xiàn)動畫的原理添加代碼實現(xiàn)中點Bresenham算法畫直線添加代碼實現(xiàn)改進Bresenham算法畫直線添加代碼實現(xiàn)圓的繪制(可以適當對框架坐標系進行修改II.理解OpenGL中的變換過程理解透視投影與平行投影的不同添加代碼實現(xiàn)太陽、地球和月亮的運動模型了解深度測試通過變換調(diào)整觀察的位置與方向加入光照模型1.2實驗一、利用各種算法實現(xiàn)直線與圓的掃描轉(zhuǎn)換，在對應圖中顯示的同時，還要在控制臺中打印顯示像素點的坐標，以及誤差d,e的值。中點B

3、resenham算法利用中點Bresenham算法畫出直線，其中直線的斜率要求為：0=k=1.具體參數(shù)如下：x0,y0起點坐標x1,y1終點坐標num掃描轉(zhuǎn)換時從起點開始輸出的點的數(shù)目算法實現(xiàn)流程步驟：對斜率k以及掃描點個數(shù)進行可行性判斷。2通過起始點和終點，確定最大位移方向。算出dO,以及dx,dy,由最大位移方向確定dx，dy在不同情況下的增量UpIncre，DownIncre。通過循環(huán)根據(jù)di逐步確定xi,yi,從而完成直線繪制。改進的Bresenham算法.利用改進的Bresenham算法畫出直線，其中直線的斜率要求為：0二k=l.具體參數(shù)如下：x0,y0起點坐標x1,y1終點坐標nu

4、m掃描轉(zhuǎn)換時從起點開始輸出的點的數(shù)目.算法實現(xiàn)流程步驟：對斜率k以及掃描點個數(shù)進行可行性判斷。通過起始點和終點,確定最大位移方向。算出dx,dy,由最大位移方向確定變化量e。通過循環(huán)根據(jù)逐步確定xi,yi,以及修改ei的值從而完成直線繪制。Bresenham算法畫圓利用圓對稱性八分法，以及Bresenham算法畫圓。具體參數(shù)如下：x,yRnum圓心坐標圓半徑掃描轉(zhuǎn)換時從起點開始輸出的點的數(shù)目.算法實現(xiàn)流程步驟：設置起點坐標，以及誤差dO初始值。導出d在不同情況下的遞推公式,以及x和y變化的范圍(在八分之一圓弧范圍內(nèi))。根據(jù)x,y的界限設置循環(huán)：按照八分法在不同位置同步顯示像素點。：打印所顯示像

5、素點的坐標。：由遞推公式更新d以及x,y的值。實驗二、根據(jù)原子核轉(zhuǎn)動的模型，仔細研讀代碼，修改成：月球繞地球旋轉(zhuǎn)，地球繞太陽旋轉(zhuǎn)的地月模型。同時要求，各個天體用不同的顏色相區(qū)分，通過代碼添加地球與月亮受太陽光照反射的光照效果。步驟：（1）初始化各種屬性，光源顏色，材質(zhì)屬性，深度測試，多邊形表示的方法以及背景顏色。（2）設置視區(qū)的大小尺寸，同時對空間進行修剪，確定觀察空間。（3）在函數(shù)模塊RenderScene中添加月亮繞地球旋轉(zhuǎn)的恢復矩陣；再添加一個類似于電子的屬性表，用以描述月亮；同時修改各個天體的顏色，用以區(qū)分。（4）調(diào)整各個天體的大小，同時對最大的天體太陽的顯示邊數(shù)進行修改，增加其邊數(shù)使

6、太陽邊界更為圓滑。（5）為月球繞地球的旋轉(zhuǎn)添加新的旋轉(zhuǎn)步長，使得月亮繞地球以及地球繞太陽旋轉(zhuǎn)的速度有所區(qū)分，模擬出地月運行的效果。（6）在initial初始化函數(shù)中添加設置光照的代碼，同時把光照效果中光源的坐標位置設置為與太陽坐標位置相同。（7）調(diào)試運行觀察運行的情況，著重檢查：天體間的運行是否具有相對獨立性；光照效果中，由于太陽本身是光源因此不應該存在光照效果1.3實驗結(jié)果實驗一、1）DDA畫線算法:圖1.1各像素點坐標：n軸畫線算法復各點坐標XXXXXXX1.8K00R0,9=目.7E8000,2.8K00fiti,y=l.S80000,3”y=2.2500,4.8K00fiti,y=3.

7、0tf0000,5.8K00fili,y=3.7E8000,6.8K00fili,y=4.S80000,x=,y=3x=l,y=lx=2,y=2x=3,y=2x=4,y=3x=S,y=4x=6,y=5XXXXX7.y=S,2500,4S.8K00BW,y=&-0tf0000,J；9.y=6.?E皆劇械事，耳10.000fiW0，iF=?.5B00R0,11.12.000fiW0，iF=?.8000fili,13.?E阿械戀0,14.000fiW0，iF=10.XxXX.00BtS0，iF=12.00S5ftS0,0B00,y=12.n00BtS0，iF=13.Ei8StftS0,0B00,y=

8、14.23.S00BW0,.000tftS0,圖1.22)中點Bresenham算法：掃描轉(zhuǎn)化情況：x=7,y=5x=8,=6x=9,y=7x=10J.y=8x=ll,y=8x=12,y=9x=13,y=10 xXXXXXXy=lly=lly=12y=13y=14y=142.y=lEi像素點機誤差d的值:圖1.43)改進的Bresenham算法:各點坐標及判別式的值圖1.6像素點坐標及誤差e：Bresenham算法畫直線x=0,y=0,e=-20 x=l，iF=l,e=-30 x=2,y=l,e=0 x=3,y=2,e=-lBx=4,y=3,e=-2ex=5,y=4,e=-30 x=6,y=4

9、,e=E*x=7,y=E,e=-lE?x=8,y=6,e=-20 x=9,y=7,e=-30 x=10,y=?,e=0 x=ll,y=8,e=-lE!x=12,y=9,e=-20 x=13,x=14y=10e=0 x=15,y=ll,e=-10 x=16，iF=12,e=-20 x=17,y=13,e=-30 x=18,y=13,e=0 x=19,y=14,e=-lSx=20,/=15,e=-20(3)Bresenham算法畫圓圓的掃描轉(zhuǎn)化：圖1.8圖1.9圖1.10圓的像素點坐標值及誤差d：h創(chuàng)算法畫圓：各點坐標斥判別式的值x=13,y=23,d=-9x=23,y=13,d=-9x=13,y

10、=23,d=-9x=23,y=13,d=-9x=13,y=H,d=-9x=23,y=13,d=-9x=13J.y=3,(1=-9x=23,y=13,d=-9x=14,i/=23,d=-6x=23,/=13,d=-9x=12,v=23,d=-6x=23,y=13,d=-9x=12,y=3,d=-6x=23,y=13,d=-9x=14,y=3,d=-6x=23,y=13,d=-9x=15J.i/=23,d=-lx=23,y=13,d=-9x=ll=23.d=-lx=23,y=13,d=-9x=ll，iF=3,d=-lx=23,/=13,d=-9x=15,/=3,d=-lx=23,y=13,d=-9

11、x=16,y=23,d=6x=23,y=13,d=-9x=10,y=23,d=6x=23,y=13,d=-9x=10J.i/=3,(1=6x=23,y=13,d=-9x=16J.y=3,(1=6x=23,y=13,d=-9x=17，iF=22,d=-3x=23,/=13,d=-9x=9,y=22,d=-3x=23,y=13,d=-9x=9,y=4,d=-3x=23,y=13,d=-9x=17,y=4,d=-3x=23,y=13,d=-9x=18,/=22,d=8x=23,y=13,d=-9x=8,y=22,d=8x=23,u=13,d=-9圖1.11XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

12、XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX戟霰霰議議議霰霰議議霰議霰議議霰議霰KK議議霰霰議議議霰霰議議議霰霰議議霰議霰議議議議霰KmnFnFnrni帀mnFnFnrni帀帀市mn帀帀帀市mnFnrnn刃帀mnFnrn4-1.1可帀mnFnrn4-1.1帀mTmn刃7，Sf=5,d=523,y=13,d=-9y=5,d=523,y=13,d=-9y=20,d=623,y=13,d=-96J.y=20,d=623,y=13,d=-96,y=6,d=623,y=13,d=-920,=6,(1=623,y=13,d=-923,y=13,d=-93,p=13,d=-93,=13,d=-923,y=1

13、3,d=-923,y=14,d=-63,y=14,d=-63,p=12,d=-623,y=12,d=-623,y=15,d=-l3，sf=15,d=-l3,y=ll,d=-l23,y=ll,d=-l23,y=16,d=63J.y=16,d=6y=10.d=623,y=10,d=622,y=17,d=-3y=17,d=-34，sf=9,d=-322,y=9.d=-322,y=18,d=84,p=18,d=8p=8,d=822-y=8.d=8y=19,d=55，sf=19,d=5=7,d=521,y=7,d=520,y=20,d=66J.y=20,d=62B,y=6,d=6圖1.12實驗二、地月模

14、型結(jié)果圖2.1圖2.21.4心得體會：本次實驗，通過OpenGL的圖形庫實現(xiàn)了各種圖形的掃描算法。在把用數(shù)學和自然語言描述的算法轉(zhuǎn)化成C語言代碼從而付諸于程序?qū)崿F(xiàn)的過程中，也加深了對各個算法的理解。通過運行各個算法，尤其是直線掃描的各個算法的結(jié)果，可以看出各個算法的執(zhí)行結(jié)果并不一致，直線不滑行在不同的情況下也有所區(qū)別，這是僅僅通過學習算法原理所不能獲得的體會。而且程序運行的過程是一步步分解的過程，例如八分法畫圓的算法，就可以看出從圓弧生成真?zhèn)€圓形的全過程，是化抽象為具體的一個很好的例子。另一方面，在OpenGL圖形庫的幫助下，完成了很多復雜的圖形程序，如地月模型，也讓我認識的這個圖形庫功能的強

15、大。而在助教檢查驗收時，對我們提出的種種問題，有時候也沒法及時回答上來，這是自己對算法了解仍不夠透徹的體現(xiàn)，希望以后多加努力?？偠灾?，本次實驗通過化抽象為具體，使我能夠直觀地認識到圖形學中很多算法的執(zhí)行原理與效果，是對課程的一次很好的延伸與拓展。1.5源程序：實驗一、#include#include#includestdio.hintm_PointNumber=0;/動畫時繪制點的數(shù)目intm_DrawMode=1;/繪制模式1DDA算法畫直線/2中點Bresenham算法畫直線/3改進Bresenham算法畫直線/4八分法繪制圓/5四分法繪制橢圓voidDrawCordinateLine(

16、void)inti=0;/坐標線為黑色glColor3f(0.0f,0.0f,0.0f);glBegin(GL_LINES);for(i=10;iabs(dy)epsl=abs(dx);elseepsl=abs(dy);xIncre=(float)dx/epsl;yIncre=(float)dy/epsl;for(k=0;k=num-1)printf(x=%f,y=%f取整后x=%d,y=%dn,x,y,(int)(x+05),(int)(y+05);break;x+=xIncre;y+=yIncre;if(x=25|y=25)break;/TOC o 1-5 h z中點Bresenham算法

17、畫直線(0v=kv=1)II參數(shù)說明：x0,y0起點坐標IIIIx1,y1終點坐標IIIInum掃描轉(zhuǎn)換時從起點開始輸出的點的數(shù)目，用于動畫IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIvoidBresenhamLine(GLsizeix0,GLsizeiy0,GLsizeix1,GLsizeiy1,GLsizeinum)glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);intk=0;if(num=1)printf(中點Bresenham算法畫直線：各點坐標及判別式的值n)；elseif(num=0)

18、return；GLsizeidx,dy,d,UpIncre,DownIncre,x,y,xend；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(xv=x1)putpixel(x,y)；if(k=num-1)printf(取整后x=%d,y=%d,d=%dn,x,y,d);break；k+;x+;if(d=num-1)printf(取整后x=%d,y=%d,e=%dn,x,y,e);break;k+;put

19、pixel(x,y);x+;e=e+2*dy;if(e0)y+;e=e-2*dx;/Bresenham算法畫圓/參數(shù)說明：x,y圓心坐標/R圓半徑/num掃描轉(zhuǎn)換時從起點開始輸出的點的數(shù)目，用于動畫/voidBresenhamCircle(GLsizeix,GLsizeiy,GLsizeiR,GLsizeinum)glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);if(num=1)printf(Bresenham算法畫圓：各點坐標及判別式的值n);inti=1;GLsizeid,swap;x=0;y=R;d=1-R;intk=0;for(i=1;i=2;i+)x=0;y=R;d=1-R;wh

20、ile(x=num-1)printf(取整后x=%d,y=%d,d=%dn,13+x,13+y,d);break;k+;putpixel(13+x,13+y);if(k=num-1)printf(取整后x=%d,y=%d,d=%dn,13-x,13+y,d);break;k+;putpixel(13-x,13+y);if(k=num-1)prinf(取整后x=%d,y=%d,d=%dn,13-x,13-y,d);break;k+;putpixel(13-x,13-y);if(k=num-1)printf(取整后x=%d,y=%d,d=%dn,13+x,13-y,d);break;k+;putp

21、ixel(13+x,13-y);elseif(k=num-1)printf(取整后x=%d,y=%d,d=%dn,13+y,13+x,d);break;k+;putpixel(13+y,13+x);if(k=num-1)printf(取整后x=%d,y=%d,d=%dn,13-y,13+x,d);break;k+;putpixel(13-y,13+x);if(k=num-1)prinf(取整后x=%d,y=%d,d=%dn,13-y,13-x,d);break;k+;putpixel(13-y,13-x);if(k=num-1)printf(取整后x=%d,y=%d,d=%dn,13+y,13

22、-x,d);break;k+;putpixel(13+y,13-x);if(d0)d+=2*x+3;elsed+=2*(x-y)+5;y-;x+;/初始化窗口voidInitial(void)/設置窗口顏色為藍色glClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f);/窗口大小改變時調(diào)用的登記函數(shù)voidChangeSize(GLsizeiw,GLsizeih)if(h=0)h=1;/設置視區(qū)尺寸glViewport(0,0,w,h);/重置坐標系統(tǒng)glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();/建立修剪空間的范圍if(w=h)glOrt

23、ho(0.0f,250.0f,0.0f,250.0f*h/w,1.0,-1.0);elseglOrtho(0.0f,250.0f*w/h,0.0f,250.0f,1.0,-1.0);/在窗口中繪制圖形voidReDraw(void)/用當前背景色填充窗口glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);/畫出坐標線DrawCordinateLine();switch(m_DrawMode)case1:DDACreateLine(0,0,20,15,m_PointNumber);break;case2:BresenhamLine(0,0,20,15,m_PointNumber);brea

24、k;case3:Bresenham2Line(0,0,20,15,m_PointNumber);break;case4:BresenhamCircle(0,0,10,m_PointNumber);break;default:break;glFlush();/設置時間回調(diào)函數(shù)voidTimerFunc(intvalue)if(m_PointNumber=0)value=1;m_PointNumber=value;glutPostRedisplay();glutTimerFunc(500,TimerFunc,value+1);/設置鍵盤回調(diào)函數(shù)voidKeyboard(unsignedcharke

25、y,intx,inty)if(key=1)m_DrawMode=1;if(key=2)m_DrawMode=2;if(key=3)m_DrawMode=3;if(key=4)m_DrawMode=4;m_PointNumber=0;glutPostRedisplay();/voidmain(void)intmain(intargc,char*argv)glutInit(&argc,argv);初始化GLUT庫OpenGL窗口的顯示模式glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);glutInitWindowSize(600,600);glutInitWin

26、dowPosition(100,100);glutCreateWindow(基本圖元繪制程序);glutDisplayFunc(ReDraw);glutReshapeFunc(ChangeSize);glutKeyboardFunc(Keyboard);/鍵盤響應回調(diào)函數(shù)glutTimerFunc(500,TimerFunc,1);/窗口初始化Initial();glutMainLoop();/啟動主GLUT事件處理循環(huán)return0;實驗二、#include#include#include#includevoidInitial()/太陽白色光源GLfloatmat_ambient=0.2f,

27、0.2f,0.2f,0.1f;GLfloatmat_diffuse=0.9f,0.9f,0.9f,1.0f;GLfloatmat_specular=1.0f,1.0f,1.0f,1.0f;GLfloatmat_shininess=25.0f;GLfloatmat_emission=0.0f,0.0f,0.0f,1.0f;GLfloatlight0_diffuse=1.0f,1.0f,1.0f,1.0f;GLfloatlight0_position=0.0f,30.0f,-250.0f,1.0f;/GLfloatlight1_ambient=0.2f,0.2f,0.2f,1.0f;/GLfloa

28、tlight1_diffuse=0.2f,0.2f,0.2f,1.0f;/GLfloatlight1_position=0.0f,0.0f,250.0f,0.0f;GLfloatspot_direction=1.0f,1.0f,-1.0f;/定義材質(zhì)屬性glMaterialfv(GL_FRONT,GL_AMBIENT,mat_ambient);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_DIFFUSE,mat_diffuse);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SPECULAR,mat_specular);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SHININESS,mat_shininess);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_EMISSION,mat_emission);glLightfv(GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE,light0_diffuse);glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,light0_position);/glLightfv(GL_LIGHT1,GL_DIFFUSE,light1_diffuse);/g