《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱

《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱（ComputerGraphics）課程代碼：0610029實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：30先修課程：《高等數(shù)學(xué)》、《線性代數(shù)》、《C語言程序設(shè)計(jì)》、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》一、目的要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康模红柟虒W(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的直線掃描轉(zhuǎn)換原理、有效邊表填充原理、三維透視投影原理、ZBuffer深度緩沖消隱原理和真實(shí)感圖形生成原理的理解，增加學(xué)生對(duì)真實(shí)感圖形生成算法的感性認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化訓(xùn)練學(xué)生使用VisualC++的MFC編寫相關(guān)圖形類的技能。實(shí)驗(yàn)要求：要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前了解綜合性實(shí)驗(yàn)的目的和要求，觀察實(shí)驗(yàn)效果圖。在實(shí)驗(yàn)中認(rèn)真理解每個(gè)類的結(jié)構(gòu)，通過搭積木的方式完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后按要求整理相關(guān)類的源程序，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，尤其需要對(duì)難點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說明。二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容及學(xué)時(shí)分配實(shí)驗(yàn)一、繪制任意斜率的直線(2學(xué)時(shí))⒈實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊笳莆杖我庑甭手本€段的中點(diǎn)Bresenham掃描轉(zhuǎn)換算法；掌握CLine直線類的設(shè)計(jì)方法；掌握狀態(tài)欄編程方法。⒉實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)CLine直線類，其數(shù)據(jù)成員為直線段的起點(diǎn)坐標(biāo)P0和終點(diǎn)坐標(biāo)P1，成員函數(shù)為MoveTo()和LineTo()函數(shù)。（2）CLine類的LineTo()函數(shù)使用中點(diǎn)Bresenham算法繪制任意斜率k的直線段，包括k＝±∞、k＞1、0≤k≤1、-1≤k＜0和k＜-1五種情況。（3）在屏幕客戶區(qū)按下鼠標(biāo)左鍵選擇直線的起點(diǎn)，保持鼠標(biāo)左鍵按下并移動(dòng)鼠標(biāo)到另一位置，彈起鼠標(biāo)左鍵繪制任意斜率的直線段。（4）在狀態(tài)欄動(dòng)態(tài)顯示鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)時(shí)的位置坐標(biāo)。⒊實(shí)驗(yàn)類別：專業(yè)基礎(chǔ)⒋實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證⒌實(shí)驗(yàn)要求：必做⒍主要儀器：微型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)二、交互式繪制多邊形(4學(xué)時(shí))⒈實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊笳莆针p緩沖繪圖技術(shù)；掌握人機(jī)交互技術(shù)；掌握填充動(dòng)態(tài)多邊形的有效邊表算法。⒉實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容（1）使用鼠標(biāo)在屏幕客戶區(qū)繪制任意點(diǎn)數(shù)的多邊形。要求使用橡皮筋技術(shù)動(dòng)態(tài)繪制每條邊；鼠標(biāo)移動(dòng)過程中按下Shift鍵時(shí)可繪制垂直邊或水平邊；將多邊形的終點(diǎn)移動(dòng)到多邊形的起點(diǎn)時(shí)自動(dòng)封閉多邊形；在繪制多邊形的過程中，狀態(tài)欄動(dòng)態(tài)顯示鼠標(biāo)光標(biāo)的位置坐標(biāo)。（2）當(dāng)開始繪制多邊形時(shí)，更改鼠標(biāo)光標(biāo)為十字光標(biāo)，多邊形繪制完畢后恢復(fù)為箭頭光標(biāo)。（3）多邊形閉合后自動(dòng)調(diào)用有效邊表算法填充多邊形內(nèi)部區(qū)域。⒊實(shí)驗(yàn)類別：專業(yè)基礎(chǔ)⒋實(shí)驗(yàn)類型：設(shè)計(jì)⒌實(shí)驗(yàn)要求：必做⒍主要儀器：微型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)三、直線段裁剪(4學(xué)時(shí))⒈實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊笳莆罩本€段端點(diǎn)編碼方法；掌握Cohen-Sutherland直線段裁剪算法。⒉實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容（1）定義二維坐標(biāo)系原點(diǎn)位于屏幕中心，x軸水平向右為正，y軸鉛直向上為正。（2）在客戶區(qū)中央固定繪制顏色為RGB(128,0,0)的3像素寬的矩形代表裁剪窗口。裁剪窗口的左上角點(diǎn)為（-300,100）,右下角點(diǎn)為（300,-100）。（3）使用鼠標(biāo)在屏幕上動(dòng)態(tài)繪制任意直線段。（4）選擇裁剪按鈕根據(jù)直線段和窗口的相對(duì)位置，對(duì)直線段進(jìn)行裁剪，得到位于窗口內(nèi)的直線段，刪除窗口外的直線段。（5）直線段繪制之前，裁剪按鈕無效；直線段繪制之后，裁剪按鈕有效。⒊實(shí)驗(yàn)類別：專業(yè)基礎(chǔ)⒋實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證⒌實(shí)驗(yàn)要求：必做⒍主要儀器：微型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)四、立方體線框模型透視投影(4學(xué)時(shí))⒈實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊笳莆帐褂命c(diǎn)表和面表構(gòu)造立方體線框模型的方法；掌握視點(diǎn)球坐標(biāo)的計(jì)算方法；掌握立方體線框模型的二維透視投影圖的繪制方法；掌握立方體線框模型的二維透視投影圖的旋轉(zhuǎn)方法。⒉實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容（1）在屏幕中心建立三維坐標(biāo)系Oxyz，x軸水平向右，y軸鉛直向上，z軸垂直于屏幕指向觀察者。（2）以三維坐標(biāo)系Oxyz的原點(diǎn)為立方體體心繪制邊長(zhǎng)為a的立方體線框模型。（3）使用雙緩沖技術(shù)在屏幕上繪制三維立方體的二維透視投影圖。（4）使用鍵盤方向鍵旋轉(zhuǎn)立方體線框模型。（5）使用工具條上的“動(dòng)畫”圖標(biāo)播放立方體線框模型的旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫（6）按下鼠標(biāo)左鍵縮小立方體，按下鼠標(biāo)右鍵增大立方體。⒊實(shí)驗(yàn)類別：專業(yè)基礎(chǔ)⒋實(shí)驗(yàn)類型：設(shè)計(jì)⒌實(shí)驗(yàn)要求：必做⒍主要儀器：微型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)五、動(dòng)態(tài)繪制Bezier曲線(4學(xué)時(shí))⒈實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊笳莆罩本€的參數(shù)表示法；掌握德卡斯特里奧算法的幾何意義；掌握繪制二維Bezier曲線的方法。⒉實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容(1)使用鼠標(biāo)左鍵繪制個(gè)數(shù)為10以內(nèi)的任意控制點(diǎn)，使用直線連接構(gòu)成控制多邊形。(2)單擊鼠標(biāo)右鍵繪制Bezier曲線。(3)在狀態(tài)欄顯示鼠標(biāo)的位置坐標(biāo)。(4)Bezier曲線使用德卡斯特里奧（deCasteliau）算法繪制。⒊實(shí)驗(yàn)類別：專業(yè)基礎(chǔ)⒋實(shí)驗(yàn)類型：設(shè)計(jì)⒌實(shí)驗(yàn)要求：必做⒍主要儀器：微型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)六、地理劃分線框球(4學(xué)時(shí))⒈實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊笳莆涨蝮w地理劃分法；掌握點(diǎn)表和面表的建立。⒉實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容（1）建立三維坐標(biāo)系Oxyz，原點(diǎn)位于屏幕客戶區(qū)中心，x軸水平向右為正，y軸鉛直向上為正，z軸垂直于屏幕指向觀察者。（2）球體中心位于坐標(biāo)系原點(diǎn)，使用地理劃分法繪制球體線框模型。（3）使用點(diǎn)表和面表構(gòu)造球體數(shù)據(jù)文件。（4）使用凸多面體消隱算法對(duì)球體線框模型進(jìn)行消隱。（5）使用鍵盤方向鍵旋轉(zhuǎn)球體。（6）使用動(dòng)畫按鈕，播放或停止球體動(dòng)畫。⒊實(shí)驗(yàn)類別：專業(yè)基礎(chǔ)⒋實(shí)驗(yàn)類型：綜合⒌實(shí)驗(yàn)要求：必做⒍主要儀器：微型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)七、球體Gouraud光照模型(4學(xué)時(shí))⒈實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊罄斫獗趁嫣蕹惴?；掌握光照顏色的?jì)算方法；掌握雙線性光強(qiáng)插值模型。⒉實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容（1）建立三維坐標(biāo)系Oxyz，原點(diǎn)位于屏幕客戶區(qū)中心，x軸水平向右為正，y軸鉛直向上為正，z軸垂直于屏幕指向觀察者。（2）繪制體心和坐標(biāo)系中心重合的球體表面，使用Z-Buffer消隱算法進(jìn)行消隱。（3）使用單點(diǎn)光源對(duì)球體進(jìn)行照射生成Gouraud光照模型，光源位置位于球體右上方。（4）背景色設(shè)置為RGB(128,0,0)。（5）使用鍵盤方向鍵旋轉(zhuǎn)球體。（6）使用動(dòng)畫按鈕，播放或停止球體動(dòng)畫。⒊實(shí)驗(yàn)類別：專業(yè)基礎(chǔ)⒋實(shí)驗(yàn)類型：綜合⒌實(shí)驗(yàn)要求：必做⒍主要儀器：微型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)八、立方體紋理映射(4學(xué)時(shí))⒈實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊笳莆瘴粓D紋理讀入方法；掌握立方體紋理映射算法。⒉實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容（1）建立三維坐標(biāo)系Oxyz，原點(diǎn)位于屏幕客戶區(qū)中心，x軸水平向右為正，y軸鉛直向上為正，