计算机图形学实验报告.docx
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计算机图形学实验报告
计算机图形学实验报告
姓名：
学号：
班级：
时间：
2016年12月
实验一OpenGL编程与图形绘制
1．实验目的
了解OpenGL编程，并熟悉OpenGL的主要功能、绘制流程和基本语法。
学会配置OpenGL环境，并在该环境中编程绘图。
2．实验内容
OpenGL的主要功能：
模型绘制、模型观察、颜色模式、光照应用、图像效果增强、位图和图像处理、纹理映射、实时动画和交互技术。
OpenGL的绘制流程分为两个方面：
一个完整的窗口系统的OpenGL图形处理系统的结构为：
最底层为图形硬件，第二层为操作系统，第三层为窗口系统，第四层为OpenGL，最上面的层为应用软件；OpenGL命令将被放在一个命令缓冲区中，这样命令缓冲区中包含了大量的命令、顶点数据和纹理数据。
当缓冲区被清空时，缓冲区中的命令和数据都将传递给流水线的下一个阶段。
OpenGL的基本语法中相关库有：
OpenGL核心库：
gl、OpenGL实用程序库：
glu、OpenG编程辅助库：
aux、OpenGL实用程序工具包（OpenGLutilitytoolkit，GLUT）：
glut、Windows专用库：
wgl。
OpenGL的基本语法中命名规则为：
OpenGL函数都遵循一个命名约定，即采用以下格式：
<库前缀><根命令><可选的参数个数><可选的参数类型>。
了解了上述基础知识后，配置好OpenGL环境，然后在该环境中编程练习图形的绘制，本次实验主要是对点的绘制、直线的绘制和多边形面的绘制。
3．实验代码及结果
3.1点的绘制：
#include
voidInitial（void）
{
glClearColor（1.0f,1.0f,1.0f,1.0f）;//设置窗口背景颜色为白色
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;//指定设置投影参数
gluOrtho2D（0.0,200.0,0.0,150.0）;//设置投影参数
}
voidDisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;//用当前背景颜色填充窗口
glColor3f（1.0f,0.0f,0.0f）;〃设置当前的绘图颜色为红
//glRectf（50.0f,100.0f,150.0f,50.0f）;//绘制一个矩形
glPointSize（10）;//三个点
glBegin（GL_POINTS）;
glColor3f（1.0f,0.0f,0.0f）;
glVertex2i（2,148）;glVertex2i（100,75）;
glVertex2i（198,2）;
glEnd（）;glFlush（）;
〃清空OpenGL命令缓冲区，执行OpenGL程序
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
glutInit（&argc,argv）;
glutInitDisplayMode（GLUT_SINGLE|GLUT_RGB）;//初始化窗口的显示模式
glutInitWindowSize（400,300）;glutInitWindowPosition（100,120）;glutCreateWindow（"矩形"）;glutDisplayFunc（Display）;
Initial（）;
glutMainLoop（）;return0;
〃设置窗口的尺寸
//设置窗口位置
〃创建一个名为矩形的窗口
〃设置当前窗口的显示回调函数
//完成窗口初始化
//完成窗口GLUT事件处理循环
}
运行结果:
3.2直线的绘制:
#includevoidInitial（void）
{
glClearColor（1.0f,1.0f,1.0f,1.0f）;//设置窗口背景颜色为白色glMatrixMode（GL_PROJECTION）;//指定设置投影参数
gluOrtho2D（0.0,200.0,0.0,150.0）;//设置投影参数
}
voidDisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;//用当前背景颜色填充窗口glColor3f（1.0f,0.0f,0.0f）;//设置当前的绘图颜色为红色
//glRectf（50.0f,100.0f,150.0f,50.0f）;//绘制一个矩形
glBegin（GL_LINE_LOOP）;//五角星
glVertex2i（10,10）;
glVertex2i（30,35）;
glVertex2i（50,10）;
glVertex2i（5,25）;
glVertex2i（55,25）;
glEnd（）;
glFlush（）;//清空OpenGL命令缓冲区，执行OpenGL程序
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
glutInit（&argc,argv）;
glutInitDisplayMode（GLUT_SINGLE|GLUT_RGB）;//初始化窗口的显示模式
运行结果：
3.3多边形面的绘制:
#include
voidInitial（void）
{
glClearColor（1.0f,1.0f,1.0f,1.0f）;〃设置窗口背景颜色为白色
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;
gluOrtho2D（0.0,200.0,0.0,150.0）;
}
voidDisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;
//指定设置投影参数
//设置投影参数
//用当前背景颜色填充窗口
glColor3f（1.0f,0.0f,0.0f）;〃设置当前的绘图颜色为红色
//glRectf（50.0f,100.0f,150.0f,50.0f）;//绘制一个矩形
glBegin（GL_TRIANGLES）;//等边三角形
glVertex2f（0.0,0.0）;glVertex2f（15,25.95）;glVertex2f（30,0）;
glEnd（）;
glFlush（）;
}
intmain（intargc,char*argv[]）
〃清空OpenGL命令缓冲区，执行
OpenGL程序
{
glutInit（&argc,argv）;
glutInitDisplayMode（GLUT_SINGLE|GLUT_RGB）;//初始化窗口的显示模式
glutInitWindowSize（400,300）;〃设置窗口的尺寸
glutInitWindowPosition（100,120）;//设置窗口位置
〃创建一个名为矩形的窗口
〃设置当前窗口的显示回调函数
//完成窗口初始化
〃完成窗口GLUT事件处理循环
glutCreateWindow（”矩形”）;glutDisplayFunc（Display）;Initial（）;
glutMainLoop（）;return0;
运行结果:
■矩至orn^x
实验二直线绘制实验
1.实验目的
为了进一步熟悉OpenGL编程，了解基本图形生成算法中的直线绘制，学会直线绘制算
法中最常用的三种算法：
数值微分法、中点画线算法和Bresenham算法。
2.实验内容
（1）数值微分法
数值微分法直接从直线的微分方程生成直线。
给定直线的两端点：
P0（X0,Y0）和
P1（X1,Y1），得到直线的微分方程dy/dx=△『/△x=（Y1-Y0）/（X1-X0）=k。
数值微分算法的原理是，由于直线的一阶导数是连续的，而且△x和厶y是成比例的，
因此通过在当前位置（Xi,Yi）分别加上两个小增量x和£厶y（&为无穷小的正数）来求下一点（X（i+1）,Y（i+1））的x，y坐标。
（2）中点画线算法
给定直线的两端点：
P0（X0,Y0）和P1（X1,Y1），可得到直线方程F（x,y）=y-kx-b=0且k=△y/△x=（Y1-Y0）/（X1-X0）。
绘图过程如下：
1•输入直线的两端点PO（XO,YO）和P1（X1,Y1）。
2•计算初始值△x,△y,d=△x-2△y,x=XO,y=YO.
3.绘制点（x,y）。
判断d的符号，若d<0,则（x,y）更新为（x+1,y+1）,d更新为d+2Ax-2
△y;否则（x,y）更新为（x+1，y），d更新为△y。
②.当直线没有画完时，重复步骤②3,否则结束。
（3）Bresenham算法
算法步骤如下：
②1•输入直线两端点P0（X0,Y0）和P1（X1,Y1）。
②•计算初始值△x,△y,e=-△x,x=XO,y=YO。
②3•绘制点（x,y）。
②.e更新为e+2Ay。
判断e的符号，若e>0,则（x,y）更新为（x+1,y+1）,同样将e更新为e-2△x;否则（x,y）更新为（x+1,y）。
②•当直线没有画完时，重复步骤②3和②；否则结束。
3.实验代码及结果
3.1数值微分算法编程绘制直线代码：
#include
#include
voidInitial（void）
{
glClearColor（1.0f,1.0f,1.0f,1.0f）;//设置窗口背景颜色为白色
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;//指定设置投影参数
gluOrtho2D（0.0,200.0,0.0,150.0）;//设置投影参数
}
voidDisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;//用当前背景颜色填充窗口
glColor3f（1.0f,0.0f,0.0f）;//设置当前的绘图颜色为红色
glBegin（GL_LINES）;
intx0=10;inty0=20;intx1=30;inty1=40;intcolor=10;
intdx,dy,epsl,k;
floatx,y,xIncre,yIncre;
dx=x1-x0;
dy=y1-y0;
x=x0;
y=y0;
if（abs（dx）>abs（dy））
epsl=abs（dx）;
elseepsl=abs（dy）;
xIncre=（float）dx/（float）epsl;
yIncre=（float）dy/（float）epsl;
for（k=0;k<=epsl;k++）
{glVertex2i（int（x+0.5）,（int）（y+0.5））;x+=xIncre;
y+=yIncre;
}
glEnd（）;
glFlush（）;
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
//
//清空OpenGL命令缓冲区，执行OpenGL程序
glutInit（&argc,argv）;
实验结果：
glutInitDisplayMode（GLUT_SINGLE|GLUT_RGB）;//初始化窗口的显示模式
2.2中点画线算法编程绘制直线代码：
#include
#include
voidInitial（void）
{
glClearColor（1.0f,1.0f,1.0f,1.0f）;〃设置窗口背景颜色为白色
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;//指定设置投影参数
gluOrtho2D（0.0,200.0,0.0,150.0）;〃设置投影参数
}
voidDisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;//用当前背景颜色填充窗口
glColor3f（1.0f,0.0f,0.0f）;〃设置当前的绘图颜色为红色
glBegin（GL_POINTS）;
intx0=50;inty0=20;intx1=100;inty1=120;intcolor=10;
intdx,dy,d,UpIncre,Downlncre,x,y;
if（x0>x1）
{
x=x1;x1=x0;x0=x;
y=y1;y1=yO;yO=y;
}
x=xO;y=yO;
dx=x1-x0;dy=y1-y0;
d=dx-2*dy;
UpIncre=2*dx-2*dy;DownIncre=2*dy;while（x<=x1）
{
glVertex2i（x,y）;
x++;
if（d<0）
{
y++;d+=UpIncre;
}
elsed+=DownIncre;
}
glEnd（）;glFlush（）;
//清空OpenGL命令缓冲区，执行OpenGL程序
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{glutInit（&argc,argv）;glutInitDisplayMode（GLUT_SINGLE|GLUT_RGB）;//初始化窗口的显示模式
glutInitWindowSize（400,300）;glutInitWindowPosition（100,120）;glutCreateWindow（"矩形"）;glutDisplayFunc（Display）;Initial（）;
glutMainLoop（）;
return0;
//设置窗口的尺寸
//设置窗口位置
//创建一个名为矩形的窗口
//设置当前窗口的显示回调函数
//完成窗口初始化
//完成窗口GLUT事件处理循环
}
实验结果：
2.3Bresenham算法编程绘制直线代码：
#inelude
#inelude
voidInitial（void）{
glClearColor（1.0f,1.0f,1.0f,1.0f）;//设置窗口背景颜色为白色
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;〃指定设置投影参数
gluOrtho2D（0.0,200.0,0.0,150.0）;//设置投影参数
}
voidDisplay（void）{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;//用当前背景色填充窗口glColor3f（1.0f,0.0f,0.0f）;//设置当前的绘图颜色为红色
//Bresenham算法
glBegin（GL_POINTS）;
intx0=10;intyO=20;intx1=90;inty1=90;intcolor=10;
intx,y,dx,dy,e;
dx=x1-x0;dy=y1-y0;
e=_dx;x=x0;y=y0;
while（x<=x1）{
glVertex2i（x,y）;
x++;
e=e+2*dy;
if（e>0）{
y++;
e=e-2*dx;
}
glEnd（）;
glFlush（）;〃清空OpenGL命令缓冲区，执行OpenGL程序
}
intmain（intargc,char*argv[]）{
glutlnit（&argc,argv）;
glutInitDisplayMode（GLUT_SINGLE|GLUT_RGB）;〃初始化窗口的现实模式
glutInitWindowSize（400,300）;〃设置窗口的尺寸
glutInitWindowPosition（100,200）;//设置窗口的位置glutCreateWindow（”点"）;〃创建一个名为矩形的窗口
glutDisplayFunc（Display）;〃设置当前窗口的显示函数
Initial（）;〃完成窗口的初始化
glutMainLoop（）;//启动主GLUT事件处理循环
return0;
}
实验结果：
实验三圆绘制实验
1.实验目的
2.实验内容
（1）八分法画圆
圆心位于原点的圆有4条对称轴x=0,y=0,y=x,y=-x。
若已知圆上任一点（x,y）,可以得到其在圆周上关于四条对称轴的另外7个点（y,x）,（-x,y）,（-x,-y）,（-y,-x）,（y,-x）,（x,-y）。
（2）中点Bresenham画圆算法
算法步骤如下：
1输入圆的半径R
2计算初始值d=1-R,x=O,y=R。
3绘制点（x,y）及其在八分圆中的另外7个对称点。
4判断d的符号。
若d<0,则先将d更新为d+2x+3,再将（x,y）更新为（x+1,y）;否则先将
d更新为d+2（x-y）+5,再将（x,y）更新为（x+1,y-1）。
5当x（3）椭圆的中点Bresenham算法
算法步骤如下：
⑤1输入椭圆的长半轴a和短半轴b。
⑤计算初始值d=bA2+aA2（-b+0.25）,x=0,y=b。
⑤绘制点（x,y）及其在四分象限上的另外三个对称点。
⑤判断d的符号。
若d<=0,则先将d更新为d+bA2（2x+3）,再将（x,y）更新为（x+1,y）;否则先
将d更新为d+bA2（2x+3）+aA2（-2y+2）,再将（x,y）更新为（x+1,y-1）。
⑤当bA2（x+1）⑤6用上半部分计算的最后点（x,y）来计算下半部分中d的初值
d=bA2（x+0.5）A2+aA2（y-1）A2-aA2bA2
⑤绘制点（x,y）及其在四分象限上的另外三个对称点。
⑤判断d的符号。
若d<=0,则先将d更新为d+bA2（2x+2）+aA2（-2y+3）,再将（x,y）更新为
（x+1,y-1）;否则先将d更新为d+aA2（-2y+3）,再将（x,y）更新为（x,y-1）。
$当y>=0时，重复步骤O7和（8；否则结束。
3.实验代码及结果
3.1八分法画圆程序代码：
#include
#include
voidInitial（void）
{
glClearColor（1.0f,1.0f,1.0f,1.0f）;//设置窗口背景颜色为白色
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;//指定设置投影参数gluOrtho2D（0.0,200.0,0.0,150.0）;//设置投影参数
}
voidCirclePoint（intx,inty,intcolor）{
glVertex2i（x+50,y+50）;
glVertex2i（y+50,x+50）;
glVertex2i（-y+50,x+50）;
glVertex2i（-x+50,y+50）;
glVertex2i（-x+50,-y+50）;
glVertex2i（-y+50,-x+50）;
glVertex2i（y+50,-x+50）;
glVertex2i（x+50,-y+50）;
}
voidDisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;//用当前背景颜色填充窗口
glColor3f（1.0f,0.0f,0.0f）;//设置当前的绘图颜色为红色
glPointSize（10）;
glBegin（GL_POINTS）;
CirclePoint（10,20,20）;
glEnd（）;
OpenGL程序
glFlush（）;//清空OpenGL命令缓冲区，执行
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{
glutInit（&argc,argv）;
glutInitDisplayMode（GLUT_SINGLE|GLUT_RGB）;//初始化窗口的显示模式glutInitWindowSize（400,300）;//设置窗口的尺寸
glutInitWindowPosition（100,120）;//设置窗口位置
实验结果：
3.2中点Bresenham算法绘制圆代码
#include
#includevoidInitial（void）
{
//指定设置投影参数
//设置投影参数
glClearColor（1.0f,1.0f,1.0f,1.0f）;〃设置窗口背景颜色为白色
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;gluOrtho2D（0.0,200.0,0.0,150.0）;
}voidCirclePoint（intx,inty,intcolor）{
glVertex2i（x+50,y+50）;
glVertex2i（y+50,x+50）;
glVertex2i（-y+50,x+50）;
glVertex2i（-x+50,y+50）;
glVertex2i（-x+50,-y+50）;
glVertex2i（-y+50,-x+50）;
glVertex2i（y+50,-x+50）;
glVertex2i（x+50,-y+50）;}
voidMidBresenhamCircle（intr,intcolor）
{
intx,y,d;x=0;y=r;d=1-r;
while（x<=y）
{
CirclePoint（x,y,color）;
if（d<0）
d+=2*x+3;
else
{
d+=2*（x-y）+5;
y--;
}
x++;
}
}
voidDisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;//用当前背景颜色填充窗口glColor3f（1.0f,0.0f,0.0f）;//设置当前的绘图颜色为红色
glPointSize（3）;
glBegin（GL_POINTS）;
MidBresenhamCircle（20,10）;
glEnd（）;glFlush（）;
//清空OpenGL命令缓冲区，执行OpenGL程序
}
intmain（intargc,char*argv[]）
{glutInit（&argc,argv）;glutInitDisplayMode（GLUT_SINGLE|GLUT_RGB）;//初始化窗口的显示模式
glutInitWindowSize（400,300）;glutInitWindowPosition（100,120）;glutCreateWindow（"矩形"）;glut
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