计算机图形学课程设计报告.docx
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计算机图形学课程设计报告
组号：
第七组
小组成员：
宋洁
邵海军
谷文海
冯新科
学院：
资源环境学院
专业班级：
地科14-2
指导老师：
向中林
2016.12.18
目录
1实习目的 1
2课程设计题目 1
2.1题目要求及内容 1
2.1.1要求 1
2.1.2内容分析 2
2.2实习原理 2
2.2.1人机交互 2
2.2.2动画 5
2.2.3几何变换 5
2.2.3.1二维几何图形变换 5
2.2.3.2三维几何图形变换:
6
3主要流程图 8
3.1三维图形处理流程图 8
3.2二维几何画板流程图 9
4主要源程序 9
4.1主要源程序 9
4.2.1键盘事件函数 11
4.2.2菜单 12
4.2.2.1创建菜单函数 12
4.2.2.2光照函数 14
4.2.2.3几何变换事件 16
4.2.2.3.1旋转事件 16
4.2.2.3.2移动事件 17
4.2.2.3.3放大事件 18
4.2.2.3.4缩小事件 19
5问题讨论 19
1实习目的
课程设计是信息与计算科学专业集中实践性环节之一，是学习完《计算机图形学》课程后进行的一次全面的综合练习。
其目的是：
（1）要达到理论与实际应用相结合，使学生能够根据数据对象的特性，学会数据组织的方法，能把现实世界中的实际问题在计算机内部表示出来，并培养良好的程序设计技能。
（2）在实践中认识为什么要学习数据结构，掌握数据结构、程序设计语言、程序设计技术之间的关系，是前面所学知识的综合和回顾。
要求
（1）了解并掌握交互式图形系统的设计方法，具备初步的独立分析和设计能力；
（2）初步掌握软件开发过程的问题分析、系统设计、程序编码、测试等基本方法和技能；
（3）提高综合运用所学的理论知识和方法独立分析和解决问题的能；
（4）训练用系统的观点和软件开发一般规范进行软件开发，培养软件工作者所应具备的科学的工作方法和作风；
（5）培养学生团结协作，共同完成相关课题的能力。
2课程设计题目
人机交互系统三维图形处理及动画实现
2.1题目要求及内容
2.1.1要求
创建三维立体图形，通过创建菜单及键盘、鼠标事件实现对图形的人机交互式处理。
在理解直线、圆、区域填充、图形裁剪等理论知识的基础上，借助于程序设计语言VC++和OpenGL三维图形库进行小型图形应用软件或三维场景的开发。
本课程课程设计注重图形交互处理的主要实现，包括如下几部分：
三维立体图形人机交互的处理，主要内容包括以下几点：
（1）创建菜单及键盘事件实现对图形的基本处理；
（2）平移、缩放、旋转等计算机图形的几何变换；
（3）图形的裁剪；
（4）平面投影和透视投影；
（5）消隐和光照处理；
（6）动画的绘制及实现。
附：
二维图形的绘制
主要内容包括以下几点：
（1）点、线、圆、多边形、Bezier曲线等计算机基本图元的的绘制；
（2）点、线、圆、多边形、Bezier曲线等计算机基本图元属性的设置。
2.1.2内容分析
定义三维齐次坐标结构和面的结构；定义各图形绕轴旋转的结构及各坐标轴的放缩结构；
定义各个光源的属性及材质表面的属性；
定义键盘输入及鼠标输入对应响应的事件；
定义各菜单对应执行的响应事件；
通过双缓存技术实现动画效果。
2.2实习原理
2.2.1人机交互
人机交互主要包括鼠标输入、键盘输入以及创建菜单执行对应的处理事件，其基本原理如下：
鼠标：
1）检测鼠标Clicks
GLUT为处理鼠标clicks事件提供了一个方法。
函数glutMouseFunc，这个函数一般在程序初始化阶段被调用。
函数原型如下：
voidglutMouseFunc（void（*func）（intbutton,intstate,intx,inty））;
参数：
func：
处理鼠标click事件的函数的函数名。
从上面可以看到到，处理鼠标click事件的函数，一定有4个参数。
第一个参数表明哪个鼠标键被按下或松开，这个变量可以是下面的三个值中的一个：
GLUT_LEFT_BUTTON
GLUT_MIDDLE_BUTTON
GLUT_RIGHT_BUTTON
第二个参数表明，函数被调用发生时，鼠标的状态，也就是是被按下，或松开，可能取值如下：
GLUT_DOWN
GLUT_UP
当函数被调用时，state的值是GLUT_DOWN，那么程序可能会假定将会有个GLUT_UP事件，甚至鼠标移动到窗口外面，也如此。
然而，如果程序调用glutMouseFunc传递NULL作为参数，那么GLUT将不会改变鼠标的状态。
剩下的两个参数（x,y）提供了鼠标当前的窗口坐标（以左上角为原点）。
2）检测动作（motion）
GLUT提供鼠标motion检测能力。
有两种GLUT处理的motion：
activemotion和passivemotion。
Activemotion是指鼠标移动并且有一个鼠标键被按下。
Passivemotion是指当鼠标移动时，并有没鼠标键按下。
如果一个程序正在追踪鼠标，那么鼠标移动期间，每一帧将产生一个结果。
GLUT让我们可以指定两个不同的函数，一个追踪passivemotion，另一个追踪activemotion。
它们的函数原型，如下：
voidglutMotionFunc（void（*func）（intx,inty））;
voidglutPassiveMotionFunc（void（*func）（intx,inty））;
参数：
Func：
处理各自类型motion的函数名。
处理motion的参数函数的参数（x,y）是鼠标在窗口的坐标。
以左上角为原点。
3）检测鼠标进入或离开窗口
GLUT还能检测鼠标鼠标离开，进入窗口区域。
一个回调函数可以被定义去处理这两个事件。
GLUT里，调用这个函数的是glutEntryFunc,函数原型如下：
voidglutEntryFunc（void（*func）（intstate））;
参数：
Func：
处理这些事件的函数名。
上面函数的参数中，state有两个值：
GLUT_LEFT
GLUT_ENTERED
表明，是离开，还是进入窗口。
键盘：
当你按下一个键后，GLUT提供了两个函数为这个键盘消息注册回调。
1）第一个是glutKeyboardFunc。
这个函数是告诉窗口系统，哪一个函数将会被调用来处理普通按键消息。
普通键是指字母，数字，和其他可以用ASCII代码表示的键。
函数原型如下：
voidglutKeyboardFunc（void（*func）（unsignedcharkey,intx,inty））;
参数：
func:
处理普通按键消息的函数的名称。
如果传递NULL，则表示GLUT忽略普通按键消息。
这个作为glutKeyboardFunc函数参数的函数需要有三个形参。
第一个表示按下的键的ASCII码，其余两个提供了，当键按下时当前的鼠标位置。
鼠标位置是相对于当前客户窗口的左上角而言的。
2）GLUT提供函数glutSpecialFunc以便当有特殊键按下的消息时，你能注册你的函数。
函数原型如下：
voidglutSpecialFunc（void（*func）（intkey,intx,inty））;
参数：
func:
处理特殊键按下消息的函数的名称。
传递NULL则表示GLUT忽略特殊键消息。
菜单：
弹出式菜单（像点鼠标右键出来的菜单那样的）也是GLUT的一部分，虽然它不能实现我们经常看到的windows系统弹出式菜单的所有的功能，但是它也有很大的作用。
给一个程序增加菜单提供了一个比键盘更简单的方法来和程序交互，选择不同选项，而不用去记那些按键。
1）创建菜单：
创建菜单函数glutCreateMenu的原型如下：
intglutCreateMenu（void（*func）（intvalue））；
参数：
func：
为新建的菜单处理菜单事件的函数名。
这个函数的返回值是菜单的标识符（menuidentifier）。
2）菜单增加条目：
出来个空菜单也没什么用，使用的函数是glutAddMenuEntry：
voidglutAddMenuEntry（char*name，intvalue）；
参数：
name：
菜单名称的字符串。
value：
当你选择菜单里的一项后，这个值就返回给上面的glutCreateMenu里调用的函数。
3）联接鼠标：
必须指定菜单怎么出现，使用GLUT你可以在按下一个鼠标按键后让菜单显示，函数是glutAttachMenu：
voidglutAttachMenu（intbutton）；
参数：
button:
一个整数，指定菜单和哪个鼠标键关联起来。
botton可以去下面的值;
GLUT_LEFT_BUTTON
GLUT_MIDDLE_BUTTON
GLUT_RIGHT_BUTTON
用glutAttachMenu来在鼠标和菜单间建立关联，但我们有时候需要断开这种关联。
完成这个工作的函数是glutDetachMenu。
函数原型如下：
voidglutDetachMenu（intbutton）；
参数：
button：
要断开的鼠标按键。
Button的取值和glutAttachMenu一样。
最后，如果你想恢复被菜单使用了的资源，我们可以销毁（destroy）它，相应的函数是glutDestroyMenu，它的原型如下：
voidglutDestroyMenu（intmenuIdentifier）；
参数：
menuIdentifier：
要销毁的菜单的标识符，它必须和函数glutCreateMenu返回的值相同。
4）子菜单的建立：
和我们前面用的建立菜单的函数一样。
建立菜单后我们把子菜单作为一个条目添加进去。
使用函数glutAddSubMenu来完成这项工作：
voidglutAddSubMenu（char*entryName，intmenuIndex）；
参数：
entryName：
子菜单名称。
menuIndex：
子菜单索引，这个就是我们调用glutCreateMenu来创建子菜单返回的值。
2.2.2动画
计算机动画与实际的动画有些不同，实际的动画都是先画好，播放的时候直接显示出来，计算机动画则是一边画一边显示，通过双缓存技术将后台绘制好的图形与前台图形交换，这样循环反复，屏幕上便呈现出我们所看到的动画。
计算机实现动画主要启动双缓冲功能，在主函数里启用双缓冲：
glutInitDisplayMode（GLUT_RGB|GLUT_DOUBLE|GLUT_DEPTH）;
当每次绘制完成时，我们需要交换两个缓冲区，把绘制好的信息显示到屏幕。
为了完成这一工作，我们在绘图函数里调用glutSwapBuffers（）便很好的实现了动画前台与后台的光滑交换显示，达到了动画效果。
2.2.3几何变换
2.2.3.1二维几何图形变换
对于几何变换主要通过与变换矩阵的矩阵运算改变顶点坐标（用齐次坐标）来实现：
例如:
（1）放缩：
（2）旋转：
（3）关于x轴对称：
（4）关于原点对称：
（5）沿X轴方向的错切变换：
2.2.3.2三维几何图形变换:
三维几何图形变换原理同
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