完整word版计算机图形学实验报告.docx

1、完整word版计算机图形学实验报告一、实验目的1、掌握中点 Bresenham直线扫描转换算法的思想。2掌握边标志算 法或有效边表算法进行 多边形填充的基本设计思想。3掌握透视投影变换的数学原理和三维坐标系中几何图形到二维图形的观察 流程。4掌握三维形体在计算机中的构造及表示方法、实验环境Windows 系统, VC6.0。三、实验步骤1、给定两个点的坐标 P0(x0,y0) ，P1(x1,y1)，使用中点 Bresenham直线扫描 转换算法画出连接两点的直线。实验基本步骤首先、使用 MFC AppWizard(exe)向导生成一个单文档视图程序框架其次 、使用中点 Bresenham直线扫

2、描转换算法实现自己的画线函数，函数 原型可表示如下：void DrawLine(CDC *pDC, int p0x, int p0y, int p1x, int p1y);在函数中，可通过调用 CDC 成员函数 SetPixel 来画出扫描转换过程中的每个点。COLORREF SetPixel(int x, int y, COLORREF crColor );再次 、找到文档视图程序框架视图类的 OnDraw 成员函数，调用 DrawLine 函数画出不同斜率情况的直线，如下图：最后、调试程序直至正确画出直线。2、给定多边形的顶点的坐标 P0(x0,y0)，P1(x1,y1)，P2(x2,y2

3、)，P3(x3,y3)，P4(x4,y4) 使用边标志算法或有效边表算法进行多边形填充。实验基本步骤首先、使用 MFC AppWizard(exe)向导生成一个单文档视图程序框架。 其次、实现边标志算法或有效边表算法函数，如下：void FillPolygon(CDC *pDC, int px, int py, int ptnumb); px：该数组用来表示每个顶点的 x 坐标 py ：该数组用来表示每个顶点的 y 坐标 ptnumb：表示顶点个数注意实现函数 FillPolygon 可以直接通过窗口的 DC(设备描述符)来进行 多边形填充，不需要使用帧缓冲存储。 (边标志算法) 首先用画线函

4、数勾画出多 边形, 再针对每条扫描线 , 从左至右依次判断当前像素的颜色是否勾画的边界色 , 是就开始填充后面的像素直至再碰到边界像素。注意对顶点要做特殊处理。通过调用 GDI 画点函数 SetPixel 来画出填充过程中的每个点。需要画线可 以使用 CDC的画线函数 MoveTo和 LineTo 进行绘制，也可以使用实验一实现的画 直线函数。CPoint MoveTo(int x, int y );BOOL LineTo(int x, int y );实现边标志算法算法需要获取某个点的当前颜色值， 可以使用 CDC的成员函数COLORREF GetPixel(int x, int y );

5、再次、找到文档视图程序框架视图类的 OnDraw 成员函数， 调用 FillPolygon 函数画出填充的多边形，如下：void CTestView:OnDraw(CDC* pDC)CTestcoodtransDoc* pDoc = GetDocument();ASSERT_VALID(pDoc);/ TODO: add draw code for native data here/ 绘制之前先把整个窗口涂上背景色 ( 白色 ) 以便于下面的填充 RECT Rt;GetClientRect(&Rt); pDC-FillSolidRect(&Rt, RGB(255,255,255);int pt

6、x = 10, 100, 200, 150, 80; int pty = 10, 50, 80, 120, 70; FillPolygon(pDC, ptx, pty, 5);截图如下3.在世界坐标系中定义一个立方体(由 6 个面组成)，并给定观察点在世界坐标 系中的位置 (a,b,c)以及观察坐标系的方位角 ，俯仰角 和姿态角 ，另外再给 定投影面离观察点的距离 D，在屏幕上画出立方体的透视投影图形。实验基本步骤首先、使用 MFC AppWizard(exe)向导生成一个单文档视图程序框架。其次、 由给定观察点在世界坐标系中的位置 (a,b,c)以及观察坐标系的方位角 ，俯仰角 和姿态角 求

7、出观察变换矩阵 Tv.再次、将立方体的每一个面的顶点坐标与变换矩阵 Tv 相乘得到观察坐标系 中的坐标，再由式( 1)求得二维投影坐标。并用直线连接这些二维投影坐标点 形成每一个面在投影面的图形，依次将立方体的 6 个面画出即可。核心代码如下：void CTestView:OnDraw(CDC* pDC)CTestDoc* pDoc = GetDocument();ASSERT_VALID(pDoc);/ TODO: add draw code for native data hereCRect Rect;GetClientRect(&Rect);int MaxX=Rect.right;int

8、 MaxY=Rect.bottom;pDC-SetMapMode(MM_ANISOTROPIC);pDC-SetWindowExt(1, 1);pDC-SetViewportExt(1, -1);pDC-SetViewportOrg(MaxX/2, MaxY/2);/ 设置视点原点在屏幕中心 DrawObject(pDC);void CTestView:ReadPoint()/读入 8 个顶点坐标/每一行代表正方体每个顶点的 x,y,z 坐标int a=200;/正方体边长P11=-a/2;P12=-a/2;P13=-a/2;P21=-a/2;P22=a/2;P23=-a/2;P31=-a/2

9、;P32=a/2;P33=a/2;P41=-a/2;P42=-a/2;P43=a/2;P51=a/2;P52=-a/2;P53=-a/2;P61=a/2;P62=a/2;P63=-a/2;P71=a/2;P72=a/2;P73=a/2;P81=a/2;P82=-a/2;P83=a/2;void CTestView:ReadFace()/读/ 入 6 个面坐标/第一列为每个面的边数；其余列为面的顶点编号F10=4;F11=1;F12=2;F13=3;F14=4;F20=4;F21=1;F22=4;F23=8;F24=5;F30=4;F31=5;F32=6;F33=7;F34=8;F40=4;F4

10、1=6;F42=2;F43=3;F44=7;F50=4;F51=8;F52=7;F53=3;F54=4;F60=4;F61=5;F62=6;F63=2;F64=1;void CTestView:DrawObject(CDC *pDC)/ 绘制立方体int TotalEdge,PointNumber;int xt,yt,zt,x,y,z;/ 边的点坐标CPen MyPen,* OldPen;double x2d,y2d;/屏幕坐标系的二维坐标点MyPen.CreatePen(PS_SOLID,3,RGB(0,0,0);OldPen=pDC-SelectObject(&MyPen); for(fa

11、ce=1;face=6;face+)TotalEdge=Fface0;/面的总边数for(int edge=1;edgeMoveTo(ROUND(x2d),ROUND(y2d); xt=x;yt=y;zt=z;else pDC-LineTo(ROUND(x2d),ROUND(y2d);Project(x2d, y2d, xt,yt,zt);pDC-LineTo(ROUND(x2d),ROUND(y2d);/ 封闭边pDC-SelectObject(OldPen);MyPen.DeleteObject();void CTestView:Project(double &x2d, double &y

12、2d, int x,int y,int z)/ 透视变换 double x0,y0,z0;/用户坐标变换为观察坐标系三维坐标 ,即用户坐标系坐标乘观察坐标变 换矩阵 (x,y,z,1)*Tvx0 = x*Proj00+y*Proj10+z*Proj20+Proj30;y0 = x*Proj01+y*Proj11+z*Proj21+Proj31;z0 = x*Proj02+y*Proj12+z*Proj22+Proj32;/ 观察坐标系三维坐标透视变换为屏幕坐标系二维坐标 ,即(xv,yv,zv,1)*Ts, 再转化为非其次坐标x2d=D*x0/z0;y2d=D*y0/z0;void CTest

13、View:InitParameter()/初始化观察坐标变换矩阵double cosTheta = cos(PI*Theta/180);double sinTheta = sin(PI*Theta/180);double cosPhi = cos(PI*Phi/180);double sinPhi = sin(PI*Phi/180);double cosAlpha = cos(PI*Alpha/180);double sinAlpha = sin(PI*Alpha/180);Proj00 = cosTheta*cosAlpha+sinTheta*cosPhi*sinAlpha;Proj01 =

14、 cosTheta*sinAlpha - cosPhi*sinTheta*cosAlpha;Proj02 = -sinPhi*sinTheta;Proj03 = 0;Proj10 = -sinPhi*sinAlpha;Proj11 = sinPhi*cosAlpha;Proj12 = -cosPhi;Proj13 = 0;Proj20 = -sinTheta*cosAlpha+cosTheta*cosPhi*sinAlpha;Proj21 = -sinTheta*sinAlpha-cosPhi*cosTheta*cosAlpha;Proj22 = -sinPhi*cosTheta;Proj23

15、 = 0;Proj30 -(a*cosTheta-c*sinTheta)*cosAlpha-(-b*sinPhi+(a*sinTheta+c*cosTheta)*cosPhi)*si nAlpha;Proj31 -(a*cosTheta-c*sinTheta)*sinAlpha+(-b*sinPhi+(a*sinTheta+c*cosTheta)*cosPhi)*c osAlpha;Proj32 = b*cosPhi+(a*sinTheta+c*cosTheta)*sinPhi;Proj33 = 1;void CTestView:OnCustom()/ TODO: Add your comma

16、nd handler code hereAfxGetMainWnd()-SetWindowText( 透视变换任意观察坐标系透视 );/任意设定观察点a = 200;b = 0;c = 500;/观察角度Theta=20;Phi=90;Alpha = 10;/视距D = 800;InitParameter();ReadPoint();ReadFace();RedrawWindow();void CTestView:OnMENUOne() / 一点透视/ TODO: Add your command handler code hereAfxGetMainWnd()-SetWindowText(

17、透视变换一点透视 );Theta=0;Phi=90;Alpha = 0;/采用球面坐标设定观察点double R= 700.0;a = R*sin(PI*Phi/180)*sin(PI*Theta/180);b = R*cos(PI*Phi/180);c = R*sin(PI*Phi/180)*cos(PI*Theta/180);D = 1000;/ 视距InitParameter();ReadPoint();ReadFace();RedrawWindow();void CTestView:OnMENUTwo()/ 二点透视/ TODO: Add your command handler co

18、de hereAfxGetMainWnd()-SetWindowText( 透视变换二点透视 );Theta=30;Phi=90;Alpha =0;/采用球面坐标设定观察点double R= 700.0;a = R*sin(PI*Phi/180)*sin(PI*Theta/180);b = R*cos(PI*Phi/180);c = R*sin(PI*Phi/180)*cos(PI*Theta/180);D = 1000;/ 视距InitParameter();ReadPoint();ReadFace();RedrawWindow();void CTestView:OnMENUThree()

19、/ 三点透视/ TODO: Add your command handler code hereAfxGetMainWnd()-SetWindowText( 透视变换三点透视 );Theta=45;Phi=45;Alpha=0;/采用球面坐标设定观察点double R= 700.0;a = R*sin(PI*Phi/180)*sin(PI*Theta/180);b = R*cos(PI*Phi/180);c = R*sin(PI*Phi/180)*cos(PI*Theta/180);D = 1000;/ 视距InitParameter();ReadPoint();ReadFace();Redr

20、awWindow();实验截图4、迭代剖分法生成球面。首先、使用 MFC AppWizard(exe)向导生成一个单文档视图程序框架。其次、 初始化生成正八面体的顶点表，和面表。再次、 对面表里的每一个三角形进行剖分， 一个三角形变成四个三角形。 将 产生的新的顶点加入到顶点表， 同时将产生的新三角形加入到面表里， 并从面表 里删除原来的三角形。迭代多次后即得一个逼近于球面的多面体。最后、对面表里的每一个三角形进行透视投影，在屏幕上画出透视投影图， 调试程序直至正确。实验核心代码如下：void CTestView:GenerateSphereFace()生/ 成球面表/首先生成一个正八面体in

21、t a=200;P00=0; P01=a; P02=0;P10=0; P11=-a; P12=0;P20=a; P21=0; P22=0;P30=0; P31=0; P32=-a;P40=-a; P41=0; P42=0;P50=0; P51=0; P52=a;int ptNum = 6;faceNum = 8;F00=3;F01=0;F02=4;F03=5;F10=3;F11=0;F12=5;F13=2;F20=3;F21=0;F22=2;F23=3;F30=3;F31=0;F32=3;F33=4;F40=3;F41=1;F42=5;F43=4;F50=3;F51=1;F52=2;F53=5

22、;F60=3;F61=1;F62=3;F63=2;F70=3;F71=1;F72=4;F73=3;/分割迭代for(int times = 0; times 3; times+)int i, iNum = faceNum;for(i = 0; i * */ * * * * */先求中点坐标 ,并添加到点表int pt1 = Fi1;int pt2 = Fi2;int pt3 = Fi3;int mid12 = ptNum+;double mx = (Ppt10 + Ppt20)/2;double my = (Ppt11 + Ppt21)/2;double mz = (Ppt12 + Ppt22

23、)/2;Pmid120 = a/sqrt(mx*mx+my*my+mz*mz)*mx;/ 坐标规范化Pmid121 = a/sqrt(mx*mx+my*my+mz*mz)*my;Pmid122 = a/sqrt(mx*mx+my*my+mz*mz)*mz;int mid23 = ptNum+;mx = (Ppt30 + Ppt20)/2;my = (Ppt31 + Ppt21)/2;mz = (Ppt32 + Ppt22)/2;Pmid230 = a/sqrt(mx*mx+my*my+mz*mz)*mx;Pmid231 = a/sqrt(mx*mx+my*my+mz*mz)*my;Pmid23

24、2 = a/sqrt(mx*mx+my*my+mz*mz)*mz;int mid13 = ptNum+;mx = (Ppt10 + Ppt30)/2;my = (Ppt11 + Ppt31)/2;mz = (Ppt12 + Ppt32)/2;Pmid130 = a/sqrt(mx*mx+my*my+mz*mz)*mx;Pmid131 = a/sqrt(mx*mx+my*my+mz*mz)*my;Pmid132 = a/sqrt(mx*mx+my*my+mz*mz)*mz;/被分割的三角形改为其中一个小的三角形 ,新建另外三个小的三角形Fi2 = mid12;Fi3 = mid13;FfaceN

25、um0 = 3;FfaceNum1 = mid12;FfaceNum2 = pt2;FfaceNum3 = mid23; faceNum+;FfaceNum0 = 3;FfaceNum1 = mid13;FfaceNum2 = mid23;FfaceNum3 = pt3; faceNum+;FfaceNum0 = 3;FfaceNum1 = mid12;FfaceNum2 = mid23;FfaceNum3 = mid13; faceNum+;void CTestView:GenerateEllipsoidFace()/生成椭球面表int a = 200, b = 100, c = 100;P

26、00=0; P01=b; P02=0;P10=0; P11=-b; P12=0;P20=a; P21=0; P22=0;P30=0; P31=0; P32=-c;P40=-a; P41=0; P42=0;P50=0; P51=0; P52=c;int ptNum = 6;faceNum = 8;F00=3;F01=0;F02=4;F03=5;F10=3;F11=0;F12=5;F13=2;F20=3;F21=0;F22=2;F23=3;F30=3;F31=0;F32=3;F33=4;F40=3;F41=1;F42=5;F43=4;F50=3;F51=1;F52=2;F53=5;F60=3;F61=1;F62=3;F63=2;F70=3;F71=1;F72=4;F73=3;/分割迭代for(int times = 0; times 3; times+)int i, iNum = faceNum;for(i = 0; i * */ * * * * */先求中点坐标 ,并添加到点表int pt1 = Fi1;int pt2 = Fi2;int pt3 = Fi3;int mid12 =