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北京工商大学

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计算机图形学实验报告

试验名称计算机图形学实验共10页

成绩实验日期2005年5月日

班级微机024班组别交报告日期2005年6月15日

学号0214020415姓名欧阳锦林

同组学生教师审批签字

图形学实验报告

——微机024班15号欧阳锦林

一、实验目的：

通过本实验，使自己了解计算机图形学的有关原理、算法及系统，掌握基本图形显示程序设计方法，及二维和三维图形变换程序设计方法，为进一步学习计算机辅助设计方面的技术知识打下基础。

二、实验内容和要求：

1、实验内容

1直线和圆的生成，设定屏幕图形工作方式，彩色象素的读写，直线和圆的扫描转换。

2多边形的裁剪和填充

3图形变换：

二维变换、及投影、透视变换

2、上机实验要求

上机实验是巩固课堂内容。

增强感性认识。

实验后要求学生认真编写实验报告，作为学生平时成绩的依据。

三、实验报告：

1、实验环境：

VStudio6.0的VC6.0，MFC

2、实现功能：

a）直线和圆的生成，直线和圆的扫描转换。

并且实现了用鼠标点击取点的交互功能。

b）多边形的裁剪和填充，实现了点扫描与直线扫描多边形。

c）直线剪裁，并可以自动判断与某条或某些条直线可剪裁，剪裁结果是一条线段生成两到三条线段，并可在文档中保存。

d）图形变换：

二维变换：

平移、旋转、缩放功能，其中平移已实现了鼠标点击取点的交互功能。

e）提供了用户对对象的选择，再在在被选择的对象上进行相应操作。

f）实现了文档存储与打开。

3、文件格式：

1、Graph1.txt文件格式是：

第一行表示有3种类形的图元数据，在本程序中为3，分别为直线，圆，多边形，第二行为第一个数据为类型，1表示为直线容器，第二个数据3表示此直线容器（用双链表实现）中有3条直线。

下面3行的格式相同，分别是颜色，起点、终点的x、y坐标。

第六行中3表示类型3是多边形，2表示多边形个数。

再下面就是各个多边形的信息的，0表示不用填充，15550是颜色值，3表示3边形。

下面三行是三个顶点的x、y坐标。

11-16行信息同理。

17行2表示类型2为圆，1表示1个，18行各个数据分别表示，是否填充、颜色、圆心x、y坐标、半径。

2、可以直接用记事等不带格式的文本编辑器按文件格式进行手工修改，注意：

一定要按格式，否则将不能生成你想要的图元。

4、所用数据结构：

1、GraphObject：

本程序得用一个数据结构把所有的图元装入了，并可以根据不同的类型，做不同的动作，类的定义如下：

//GraphObject是用来存放各种图形对象的,根据type的不同,

//object做不同的类型转换.

classGraphObject

{

private:

void*object;

inttype;

public:

GraphObject（）;

GraphObject（void*Object,intType）;

virtual~GraphObject（）;

//根据type的不同,做不同的动作。

boolaction（CDC*pCDC）;

//根据type的不同,保存不同为格式。

boolsave（ofstream&out）;

};

再用CListGraphList;

容器把所有的对象都装入进去了。

当然，后来为了方便，再加了三个容器，这个容器的作用就不大了，可它却体现了大自然的面向对象的基本原理，值得关注。

2、Matrix：

#definePI3.1415926

//3*3矩阵类:

classMatrix

{

public:

Matrix（）;

Matrix（constMatrix&mat）;

Matrix（inttx,intty）;

Matrix（floattx,floatty）;

virtual~Matrix（）;

floatarray[3][3];

voidSetIdentity（）;//设置对角为1,其余为0

Matrix&operator*（constMatrix&mat）;//矩阵乘法.

Matrix&operator+（constMatrix&mat）;//矩阵加法

//将点通过矩阵转换为另一个点.

POINT&pointTrans（POINT&point）;

};

3、MidLine：

#definePrecision5//此为选择对象的精确度

//线段类:

classMidLine

{

public:

MidLine（）;

MidLine（intx0,inty0,intx1,inty1）;

MidLine（POINTPoint0,POINTPoint1）;

virtual~MidLine（）;

voidMidPointLine（CDC*pCDC）;

voidsetColor（COLORREFColor）;

boolSelectIt（POINTpoint）;

//二维复合变换

voidmove（POINTpoint）;

voidrotate（floata,CPointrefpt）;

voidscale（floatsx,floatsy,CPointrefpt）;

boolselect;

POINTpoint0,point1;

COLORREFcolor;

private:

voidMidPointLine0（intx0,inty0,intx1,inty1,intcolor,intindex,CDC*pCDC）;

};

4、MidCircle：

#definePI3.1415926

//3*3矩阵类:

classMatrix

{

public:

Matrix（）;

Matrix（constMatrix&mat）;

Matrix（inttx,intty）;

Matrix（floattx,floatty）;

virtual~Matrix（）;

floatarray[3][3];

voidSetIdentity（）;//设置对角为1,其余为0

Matrix&operator*（constMatrix&mat）;//矩阵乘法.

Matrix&operator+（constMatrix&mat）;//矩阵加法

//将点通过矩阵转换为另一个点.

POINT&pointTrans（POINT&point）;

};

5、Polygon：

#include

#include

#include

#definePrecision5//此为选择对象的精确度

//扫描线算法中的“边”数据结构表示

structEdge{

inty;//边的上端点的y坐标

floatx;//AEL中当前扫描线与边的交点（或ET中边的下端点的x坐标）

floatdeltax;//边的斜率的倒数

//定义边类型的大小比较关系（用于排序）

friendbooloperator<（constEdge&,constEdge&）;

};

//结点为边的链表的数据类型

typedefstd:

:

listEgList;

//Et表数据类型

typedefstd:

:

mapEtType;

//多边形类:

classpolygon

{

public:

//多边形数据结构表示

intcount;//多边形顶点数

POINT*pPointArray;//多边形顶点数组

COLORREFcolor;

boolFill;//是否填充

boolselect;//是否为当前选择对象

boolSelectIt（POINTpoint）;//判断当前点是否选中多边形

EtTypeet;

EgListael;

//四个构造函数

polygon（）;

polygon（intCount,POINT*pPoint）;

polygon&operator=（constpolygon&py）;

virtual~polygon（）;

//下面四个函数为扫描填充多边形

inttoInt（floata,inttype）;

voidinit（）;

voiddrawLine（intxLeft,intxRight,inty,CDC*pDC）;

voidLineScan（CDC*pDC）;

voidsetColor（COLORREFColor）;

//画多边形,根据Fill是否填充.

voiddrawPoly（CDC*pCDC）;

//二维复合变换

voidmove（POINTpoint）;

voidrotate（floata,CPointrefpt）;

voidscale（floatsx,floatsy,CPointrefpt）;

private:

polygon（constpolygon&py）;

};

5、调试经验：

我在调试这个程序的时候遇到了一些“低级”错误，也理解了关于C++的一些高级主题，为方便大家的交流，也方便自已以后的学习，我将这此经验都用注释写在相应的地方了。

试举几例：

（1）、polygon&polygon:

:

operator=（constpolygon&py）{

//注意下面两行代码，是必须的，

//一定要释放对象以前指向的内存区。

//详细情况请看polygon:

:

polygon（constpolygon&py）的注释

if（pPointArray!

=NULL）

delete[]pPointArray;

count=py.count;

pPointArray=newPOINT[count];

color=15550;

Fill=py.Fill;

select=py.select;

for（inti=0;i

pPointArray[i]=py.pPointArray[i];

return*this;

}

polygon:

:

polygon（constpolygon&py）

{

//if（pPointArray!

=NULL）

//delete[]pPointArray;

//!

!

!

!

//当用polygonp（py）时,p.pPointArray不会自动设为空!

!

//此时用delete将会产生寻常!

!

!

//然而:

又如何保证在赋值前释放以前的空间呢!

!

?

?

//解答:

test类:

test.h,注意:

如果写成:

testc=a则会调用其拷贝构造函数

//只有写成testc;c=a;才会调用operator=

//基于此,可把拷贝构造函数设为私有,才可保证生成对象时一定会调用默认

//构造函数!

//但是,如果这样,则在使用这个类时会遇上很多"阻碍",那就是你要避免系统

//"自动"调用你的拷贝构造函数,比如当你的函数形参是对象而不是引用时,

//因此,这时你最好检查你的函数,使其用引用做为形参,如果不想因函数改变

//形参,则设为引用即可.

//也许,C++在扩充C时加入了一个引用这种奇怪的数值引用方式.

count=py.count;

pPointArray=newPOINT[count];

color=15550;

Fill=py.Fill;

select=py.select;

for（inti=0;i

pPointArray[i]=py.pPointArray[i];

}

polygon:

:

polygon（intCount,POINT*pPoint）

{

//由于用此种构造函数时，不会设置pPoint为NULL，

//故不用下面两行代码

//否则可能删除未初始化指针，产生异常。

//if（pPointArray!

=NULL）

//delete[]pPointArray;

……

（2）、//画多边形,根据Fill选择是否填充.

voidpolygon:

:

drawPoly（CDC*pCDC）

{

for（inti=0;i

{

MidLineline（pPointArray[i],pPointArray[i+1]）;

line.setColor（color）;

line.MidPointLine（pCDC）;

}

MidLineline（pPointArray[count-1],pPointArray[0]）;

line.setColor（color）;

line.MidPointLine（pCDC）;

if（Fill）

{

LineScan（pCDC）;

//下面是用点填充算法实现填充!

//由于递归算法太过消耗资源，故将其注释掉

//改成线扫描

/*intx=0,y=0;

for（i=0;i

//!

!

一个count-1用了我1个半小时

//还是上厕所的时候突然想到,for语句控制错误!

!

//可见编程最是要头脑清醒!

!

…………

（3）、POSITIONpos=polygonList.GetHeadPosition（）;

//注意!

!

:

（CList*）object一定要用（）号括起来!

!

6、程序特点：

（1）、由于本程序是为了实现图形学的各种算法，因此，哪怕是画直线这样的事也都没有调用MFC提供的函数来实现，全部都是自己编写的。

（2）、结构较严谨，在编写的过程中，我注意到了类的结构严谨，文档类视图类的分工合作明确。

但还是很遗留了很多冗繁的地方，因为有的一开始就没有注意，到后来也就没有改了。

（3）、保存了调试信息，我在编写代码是时候喜欢由接口到实现，由简单到复杂的顺序编写，最后我保存了那些有价值的调试代码做为注释，以便以后学习与修改。

（4）、纠正并完善了某些书上的算法：

我用的图形参考书是：

《计算机图形学》倪明田、吴良芝编著，北京大学出版社，但其中很多算法没有用

（1）、//此算法在这里有问题,可能是因为我们所用的坐标系

//原点在左上角而不是程序假设的左下角.

/*P0（x0,y0）P1（x1,y1）为待裁剪线段*/

/*rect为裁剪窗口*/

boolCGraphView:

:

CohenSutherlandLineClip（floatx0,floaty0,floatx1,floaty1,CutRect

*rect,POINT&point0,POINT&point1）

（2）、boolCGraphView:

:

CohenSutherlandLineClip（floatx0,floaty0,floatx1,floaty1,CutRect

*rect,POINT&point0,POINT&point1）函数中：

//注意,书上此行代码有问题!

!

//原句是:

x=x0+（x1-x0）*（（float）rect->ymin-x0）/（y1-y0）;

//书111面

（3）、在直线的中点算法中，voidMidLine:

:

MidPointLine0（intx0,inty0,intx1,inty1,intcolor,intindex,CDC*pCDC）

{

…………

d+=incrE;

x++;//注意:

书本47面的的程序少了这行代码,应该加上.

……

（4）、直线的中点算法书上只是实现1/8的区域，要以任意点画直线，需要自己做一些转化。

7、待扩充内容：

本程序还有很多地方值得改进，由于时间不够，先做到这里，但现在因为我采用了各种类来定义不同的图元，因此，要扩充是很容易的。

需要扩充的地方有：

图元变换的交互式实现（包括鼠标的变形）、图形类型的添加，如，椭圆，圆弧等,还有就是调色板对颜色的控制。

四、实验总结：

1、实验收获与体会：

比较起这个学期的其他课程来说，我这个图形实验上用的时间是最多的，当然收获也是最大的，做完实验后，不免清点一下：

a、对C++语言的进一步应用与理解，最大的收获便是引用，我以前一直对引用总是一知半解，知其然不知其所以然，现在明白了，在C++这种语言中，为什么要在C语言的基础上加入引用呢？

我觉得是基于以下几个方面的原因：

1、高效：

如果用对象做为函数的形参，不仅要支付构造函数析构函数的执行代价，当遇上大对象时更是空间的极大浪费，还有就是对象做为形参是不能改变函数体外的数据的；如果用指针，效率问题可以得到问题，却要承担更大的风险，如空指针、野指针引发的内存泄漏或异常；还有不能有效防止函数体内不影响函数体个的数据，引用用const修饰保证常量性，用声明时初始化来保证非空。

2、安全：

主要与指针相比，原因在1中说明。

3、可以避免在某些情况禁止拷贝构造函数。

关于拷贝构造函数的具体介绍见调试经验中的详细说明。

b、对MFC的学习。

利用这次实验的机会，我在以前C++语言的基础上学习了windows环境下的编程，先是API，后来就是MFC了，可以在这次实验后，我已可以基本了解windows以及MFC的编程机制了。

C、对图形理论的更深入的理解。

毕竟，从理论到实践还有那么一段距离，可是当你跨过去之后，也是对理论学习的一种补充与提高。

更重要的是，就像郝老师说的：

编程到了一定程度上时又要求理论知识的良好掌握。

是的，两者相辅相成，缺一不可。

D、最后，要感谢我的图形老师郝建强老师，他不仅在理论上帮助了我，更从编程方面给了我许多有益的启发。

参考书：

1、《计算机图形学》倪明田、吴良芝编著，北京大学出版社

2、《MFCwindows程序设计》（第2版）JeffProsise清华大学出版社

3、《windows图形编程》FengYuan机械工业出版社

4、《C++编程思想》Bruck著侯捷译机械工业出版社