OpenGL实验教程 v30重点讲义资料Word格式.docx
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首先从开始->
所有程序->
MicrosoftVisualC++6.0菜单中打开VC，也可单击文件：
\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio\VisualC++6\Common\MSDev98\Bin\msdev.exe打开VC，在VC中选择File->
New->
Project，然后选择Win32ConsoleApplication，输入一个工程名,设为Pixel，然后按OK。
在弹出的对话框左边点ApplicationSettings，选择Aemptyproject并勾上，选择Finish。
在VC中选择File->
Files页，然后选择C++SourceFile，勾选“Addtoproject”，并在下面输入一个文件名,如为test1，然后按OK。
随后将实验示范代码拷入该文件即可.
实验1像素点的生成
1．实验目的：
熟悉编程环境；
了解光栅图形显示器的特点；
了解计算机绘图的特点；
利用VC+OpenGL作为开发平台设计程序，以能够在屏幕上生成任意一个像素点为本实验的结束。
2．实验内容：
（1）
了解和使用VC的开发环境，理解简单的OpenGL程序结构;
（2）
掌握OpenGL提供的基本图形函数，尤其是生成点的函数。
3．实验原理：
（1）基本语法
常用的程序设计语言，如C、C++、Pascal、Fortran和Java等，都支持OpenGL的开发。
这里只讨论C版本下OpenGL的语法。
OpenGL基本函数均使用gl作为函数名的前缀，如glClearColor（）；
实用函数则使用glu作为函数名的前缀，如gluSphere（）。
OpenGL基本常量的名字以GL_开头，如GL_LINE_LOOP；
实用常量的名字以GLU_开头，如GLU_FILL。
一些函数如glColor*（）（定义颜色值），函数名后可以接不同的后缀以支持不同的数据类型和格式。
如glColor3b（...）、glColor3d（...）、glColor3f（...）和glColor3bv（...）等，这几个函数在功能上是相似的，只是适用于不同的数据类型和格式，其中3表示该函数带有三个参数，b、d、f分别表示参数的类型是字节型、双精度浮点型和单精度浮点型，v则表示这些参数是以向量形式出现的。
OpenGL定义了一些特殊标识符，如GLfloat,GLvoid。
它们其实就是C中的float和void。
在gl.h文件中可以看到以下定义：
……
typedeffloatGLfloat;
typedefvoidGLvoid;
一些基本的数据类型都有类似的定义项。
（2）程序的基本结构
OpenGL程序的基本结构可分为三个部分：
第一部分是初始化部分。
主要是设置一些OpenGL的状态开关，如颜色模式（RGBA或ALPHA）的选择，是否作光照处理（若有的话，还需设置光源的特性），深度检验，裁剪等等。
这些状态一般都用函数glEnable（...）,glDisable（…）来设置，…表示特定的状态。
第二部分设置观察坐标系下的取景模式和取景框位置大小。
主要利用了三个函数：
函数voidglViewport（left,top,right,bottom）：
设置在屏幕上的窗口大小，四个参数描述屏幕窗口四个角上的坐标（以象素表示）；
函数voidglOrtho（left,right,bottom,top,near,far）：
设置投影方式为正交投影（平行投影），其取景体积是一个各面均为矩形的六面体;
函数voidgluPerspective（fovy,aspect,zNear,zFar）：
设置投影方式为透视投影，其取景体积是一个截头锥体。
第三部分是OpenGL的主要部分，使用OpenGL的库函数构造几何物体对象的数学描述，包括点线面的位置和拓扑关系、几何变换、光照处理等等。
以上三个部分是OpenGL程序的基本框架，即使移植到使用MFC的Windows程序中，也是如此。
只是由于Windows自身有一套显示方式，需要进行一些必要的改动以协调这两种不同显示方式。
（3）状态机制
OpenGL的工作方式是一种状态机制，它可以进行各种状态或模式设置，这些状态或模式在重新改变它们之前一直有效。
例如，当前颜色就是一个状态变量，在这个状态改变之前，绘制的每个象素都将使用该颜色，直到当前颜色被设置为其它颜色为止。
OpenGL中大量地使用了这种状态机制，如颜色模式、投影模式、单双显示缓存区的设置、背景色的设置、光源的位置和特性等等。
许多状态变量可以通过glEnable（）、glDisable（）这两个函数来设置成有效或无效状态，如是否设置光照、是否进行深度检测等；
在被设置成有效状态之后，绝大部分状态变量都有一个缺省值。
通常情况下，可以用下列四个函数来获取某个状态变量的值：
glGetBooleanv（）、glGetDouble（）、glGetFloatv（）和glGetIntegerv（）。
究竟选择哪个函数应该根据所要获得的返回值的数据类型来决定。
还有些状态变量有特殊的查询函数，如glGetLight*（）、glGetError（）和glPolygonStipple（）等。
另外，使用glPushAttrib（）和glPopAttrib（）函数，可以存储和恢复最近的状态变量的值。
只要有可能，都应该使用这些函数，因为它们比其它查询函数的效率更高。
4．实验代码：
一个简单的OpenGL程序如下：
（注意，如果需要编译并运行，需要正确安装GLUT，安装方法如预备知识中所述）
#include
<
GL/glut.h>
void
myDisplay（void）
{
glClearColor（0.0,0.0,0.0,0.0）;
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;
glColor3f（1.0f,1.0f,1.0f）;
glRectf（-0.5f,-0.5f,0.5f,0.5f）;
glBegin（GL_TRIANGLES）;
glColor3f（1.0f,0.0f,0.0f）;
glVertex2f（0.0f,1.0f）;
glColor3f（0.0f,1.0f,0.0f）;
glVertex2f（0.8f,-0.5f）;
glColor3f（0.0f,0.0f,1.0f）;
glVertex2f（-0.8f,-0.5f）;
glEnd（）;
glPointSize（3）;
glBegin（GL_POINTS）;
glVertex2f（-0.4f,-0.4f）;
glVertex2f（0.0f,0.0f）;
glVertex2f（0.4f,0.4f）;
glFlush（）;
}
int
main（int
argc,
char
*argv[]）
glutInit（&
argv）;
glutInitDisplayMode（GLUT_RGB
|
GLUT_SINGLE）;
glutInitWindowPosition（100,
100）;
glutInitWindowSize（400,
400）;
glutCreateWindow（"
HelloOpengl!
"
）;
glutDisplayFunc（myDisplay）;
glutMainLoop（）;
return
0;
该程序的作用是在一个黑色的窗口中央画一个矩形、三角形和三个点。
下面对各行语句进行说明：
首先，需要包含头文件#include
，这是GLUT的头文件。
本来OpenGL程序一般还要包含<
GL/gl.h>
和<
GL/glu.h>
，但GLUT的头文件中已经自动将这两个文件包含了，不必再次包含；
然后看main函数。
*argv[]），这个是带命令行参数的main函数。
注意main函数中的各语句，除了最后的return之外，其余全部以glut开头。
这种以glut开头的函数都是GLUT工具包所提供的函数，下面对用到的几个函数进行介绍；
1）glutInit，对GLUT进行初始化，这个函数必须在其它的GLUT使用之前调用一次。
其格式比较固定，一般都是glutInit（&
argv）就行；
2）glutInitDisplayMode，设置显示方式，其中GLUT_RGB表示使用RGB颜色，与之对应的还有GLUT_INDEX（表示使用索引颜色）。
GLUT_SINGLE表示使用单缓冲，与之对应的还有GLUT_DOUBLE（使用双缓冲）。
更多信息，以后的实验教程会有讲解介绍；
3）glutInitWindowPosition，设置窗口在屏幕中的位置；
4）glutInitWindowSize，设置窗口的大小；
5）glutCreateWindow，根据前述设置的信息创建窗口。
参数将被作为窗口的标题。
注意：
窗口被创建后，并不立即显示到屏幕上。
需要调用glutMainLoop才能看到窗口；
6）glutDisplayFunc，设置一个函数，当需要进行画图时，这个函数就会被调用。
（暂且这样理解）；
7）glutMainLoop，进行一个消息循环。
（现在只需知道这个函数可以显示窗口，并且等待窗口关闭后才会返回。
）
在glutDisplayFunc函数中，我们设置了“当需要画图时，请调用myDisplay函数”。
于是myDisplay函数就用来画图。
观察myDisplay中的三个函数调用，发现它们都以gl开头。
这种以gl开头的函数都是OpenGL的标准函数，下面对用到的函数进行介绍：
1）glClearColor（0.0,0.0,0.0,0.0）：
将清空颜色设为黑色（为什么会有四个参数？
）；
2）glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）：
将窗口的背景设置为当前清空颜色；
3）glRectf，画一个矩形。
四个参数分别表示了位于对角线上的两个点的横、纵坐标；
4）glFlush，保证前面的OpenGL命令立即执行（而不是让它们在缓冲区中等待）。
5.思考题
左图是示范程序的结果，能否在原有结果基础上添加三条直线组成新的三角形？
（如右图所示）
请在实验报告的实验结果将改动结果写出.
示范程序结果
注：
本博客实验教程的配套教材为《计算机图形学》（徐文鹏编）已由机械工业出版社于2009年2月出版。
实验2
直线生成算法的实现
理解基本图形元素光栅化的基本原理，掌握一种基本图形元素光栅化算法，利用OpenGL实现直线光栅化的DDA算法。
根据所给的直线光栅化的示范源程序，在计算机上编译运行，输出正确结果；
指出示范程序采用的算法，以此为基础将其改造为中点线算法或Bresenham算法，写入实验报告；
（3）
根据示范代码，将其改造为圆的光栅化算法，写入实验报告；
（4）
了解和使用OpenGL的生成直线的命令，来验证程序运行结果。
示范代码原理参见教材直线光栅化一节中的DDA算法。
下面介绍下OpenGL画线的一些基础知识和glutReshapeFunc（）函数。
（1）数学上的直线没有宽度，但OpenGL的直线则是有宽度的。
同时，OpenGL的直线必须是有限长度，而不是像数学概念那样是无限的。
可以认为，OpenGL的“直线”概念与数学上的“线段”接近，它可以由两个端点来确定。
这里的线由一系列顶点顺次连结而成，有闭合和不闭合两种。
前面的实验已经知道如何绘“点”，那么OpenGL是如何知道拿这些顶点来做什么呢？
是一个一个的画出来，还是连成线？
或者构成一个多边形？
或是做其它事情呢？
为了解决这一问题，OpenGL要求：
指定顶点的命令必须包含在glBegin函数之后，glEnd函数之前（否则指定的顶点将被忽略），并由glBegin来指明如何使用这些点。
例如：
glBegin（GL_POINTS）;
glVertex2f（0.0f,
0.0f）;
glVertex2f（0.5f,
glEnd（）;
则这两个点将分别被画出来。
如果将GL_POINTS替换成GL_LINES，则两个点将被认为是直线的两个端点，OpenGL将会画出一条直线。
还可以指定更多的顶点，然后画出更复杂的图形。
另一方面，glBegin支持的方式除了GL_POINTS和GL_LINES，还有GL_LINE_STRIP，GL_LINE_LOOP，GL_TRIANGLES，GL_TRIANGLE_STRIP，GL_TRIANGLE_FAN等，每种方式的大致效果见下图：
图B-2OpenGL几何图元类型
（声明：
该图片来自www.opengl.org，该图片是《OpenGL编程指南》一书的附图，由于该书的旧版（第一版，1994年）已经流传于网络，希望没有触及到版权问题。
（2）首次打开窗口、移动窗口和改变窗口大小时，窗口系统都将发送一个事件，以通知程序员。
如果使用的是GLUT，通知将自动完成，并调用向glutReshapeFunc（）注册的函数。
该函数必须完成下列工作：
Ÿ
重新建立用作新渲染画布的矩形区域；
定义绘制物体时使用的坐标系。
如：
voidReshape（intw,inth）
glViewport（0,0,（GLsizei）w,
（GLsizei）h）;
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;
glLoadIdentity（）;
gluOrtho2D（0.0,（GLdouble）w,0.0,（GLdouble）h）;
在GLUT内部，将给该函数传递两个参数：
窗口被移动或修改大小后的宽度和高度，单位为像素。
glViewport（）调整像素矩形，用于绘制整个窗口。
接下来三个函数调整绘图坐标系，使左下角位置为（0，
0），右上角为（w,h）。
#include<
voidLineDDA（intx0,inty0,intx1,inty1/*,intcolor*/）
x,dy,dx,y;
floatm;
dx=x1-x0;
dy=y1-y0;
m=dy/dx;
y=y0;
glColor3f（1.0f,1.0f,0.0f）;
glPointSize
（1）;
for（x=x0;
x<
=x1;
x++）
glVertex2i（x,（int）（y+0.5））;
y+=m;
}
voidmyDisplay（void）
glRectf（25.0,25.0,75.0,75.0）;
glPointSize（5）;
glVertex2f（0.0f,0.0f）;
LineDDA（0,0,200,300）;
glBegin（GL_LINES）;
glVertex2f（100.0f,0.0f）;
glVertex2f（180.0f,240.0f）;
voidInit（）
glShadeModel（GL_FLAT）;
intmain（intargc,char*argv[]）
argc,argv）;
glutInitDisplayMode（GLUT_RGB|GLUT_SINGLE）;
glutInitWindowPosition（100,100）;
glutInitWindowSize（400,400）;
HelloWorld!
Init（）;
glutReshapeFunc（Reshape）;
return0;
glShadeModel选择平坦或光滑渐变模式。
GL_SMOOTH为缺省值，为光滑渐变模式，GL_FLAT为平坦渐变模式。
扩展：
平滑直线绘制
math.h>
voiddisplay（）{
glClearColor（0.0,0.0,0.0,0.0）;
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;
glEnable（GL_LINE_SMOOTH）;
glHint（GL_LINE_SMOOTH,GL_NICEST）;
glEnable（GL_BLEND）;
glBlendFunc（GL_SRC_ALPHA,GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA）;
glLineWidth
（1）;
glBegin（GL_LINES）;
for（inti=0;
i<
180;
i++）{
glVertex2f（0,0）;
glVertex2f（0.5*cos（2*i*3.14159/180）,0.5*sin（2*i*3.14159/180））;
}
glEnd（）;
glutSwapBuffers（）;
intmain（intargc,char*argv[]）
glutInit（&
glutInitDisplayMode（GLUT_RGB|GLUT_DOUBLE）;
glutInitWindowSize（1000,480）;
glutInitWindowPosition（50,50）;
glutCreateWindow（"
ModelTransform"
glutDisplayFunc（display）;
glClearColor（0,0,0,0）;
glShadeModel（GL_SMOOTH）;
glutMainLoop（）;
return0;
效果：
思考：
为什么圆不圆？
实验3线段裁剪
了解二维图形裁剪的原理（点的裁剪、直线的裁剪、多边形的裁剪），利用VC+OpenGL实现直线的裁剪算法。
理解直线裁剪的原理（Cohen-Surtherland算法）
利用VC+OpenGL实现直线的编码裁剪算法，在屏幕上用一个封闭矩形裁剪任意一条直线。
调试、编译、修改程序。
编码裁剪算法的主要思想是：
对于每条线段，分为三种情
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