巢 湖 学 院 计 算 机 图 形 学
实 验 报 告(模板)
本课程实验包括：
以下为实验二和实验三模板
实验一：基本图元绘制
一、实验目的
了解OpenGL图形软件包绘制图形的基本过程及其程序框架，并在已有的程序框架中添加代码实现直线和圆的生成算法，演示直线和圆的生成过程，从而加深对直线和圆等基本图形生成算法的理解。
二、实验内容
实验操作和步骤：本次实验主要的目的是为了掌握基本画线和画圆算法，对于书上给出的代码，要求通过本次试验来具体的实现。由于实验已经给出大体的框架，所以只需要按照书上的算法思想来设计具体实现代码，对于直线DDA算法，中点Bresenham算法及其改进算法，以及Bresenham画圆算法都有进一步的体会。DDA算法是对每一步都要进行增量处理，然后取整，绘制，而Bresenham通过判断误差函数和求取递推公式来实现。特别是对于整数的选择取舍，以及代码的流程和循环的控制有一个深入的了解。同时也熟练运用OpenGL基本的绘图函数。
三、体会
通过本次试验，我进一步加深了对于基本画图算法的理解。特别是对于DDA,Bresenham和画圆算法。其中，DDA算法由于每一步都要处理浮点数的四舍五入，所以在绘图时要进行取整，效率较低，但是代码直观好懂，符合原理。而对于Bresenham及其改进算法，都是在理论推导的基础上来实现的，然后经过整数化，形成了一个高效率的画图算法，所以需要适当的理解，特别是对于取整操作判断比较巧妙，实现了避免多次判断计算浮点数的目的，所以比较高效。而绘制圆形的时候，用到的基本思想还是和Bresenham画图算法一样，只不过需要注意的是八分法画圆，这样只需要绘制其中的八分之一就可以利用对称的关系来绘制出整个 图形。而对于是否走下一步，或者是停留，判断的依据还是误差函数，和前面的思想是类似。另外，通过实验训练了自己的编程能力，同时熟悉了OpenGL绘图的函数和流程，也进一步巩固了相关的知识。
五、源程序
注意：代码部分只要给出画图的子函数就可以，不需要向下面一样给出全部代码。
源代码如下：
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//实验要求：(1)理解glut程序框架 //
// (2)理解窗口到视区的变换 //
// (3)理解OpenGL实现动画的原理 //
// (4)添加代码实现中点Bresenham算法画直线 //
// (5)添加代码实现改进Bresenham算法画直线 //
// (6)添加代码实现圆的绘制（可以适当对框架坐标系进行修改） //
// (7)适当修改代码实现具有宽度的图形（线刷子或方刷子） //
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#include <windows.h>
#include <gl/glut.h>
#include "stdio.h"
int m_PointNumber = 0; //动画时绘制点的数目
int m_DrawMode = 1; //绘制模式 1 DDA算法画直线
// 2 中点Bresenham算法画直线
// 3 改进Bresenham算法画直线
// 4 八分法绘制圆
// 5 四分法绘制椭圆
//绘制坐标线
void DrawCordinateLine(void)
{
int i = 0 ;
//坐标线为黑色
glColor3f(0.0f, 0.0f ,0.0f);
glBegin(GL_LINES);
for (i=10;i<=250;i=i+10)
{
glVertex2f((float)(i), 0.0f);
glVertex2f((float)(i), 250.0f);
glVertex2f(0.0f, (float)(i));
glVertex2f(250.0f, (float)(i));
}
glEnd();
}
//绘制一个点，这里用一个正方形表示一个点。
void putpixel(GLsizei x, GLsizei y)
{
glRectf(10*x,10*y,10*x+10,10*y+10);
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////
//DDA画线算法 //
//参数说明：x0,y0 起点坐标 //
// x1,y1 终点坐标 //
// num 扫描转换时从起点开始输出的点的数目，用于动画 //
///////////////////////////////////////////////////////////////////
void DDACreateLine(GLsizei x0, GLsizei y0, GLsizei x1, GLsizei y1, GLsizei num)
{
//设置颜色
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
//对画线动画进行控制
if(num == 1)
printf("DDA画线算法：各点坐标\n");
else if(num==0)
return;
//画线算法的实现
GLsizei dx,dy,epsl,k;
GLfloat x,y,xIncre,yIncre;
dx = x1-x0;
dy = y1-y0;
x = x0;
y = y0;
if(abs(dx) > abs(dy)) epsl = abs(dx);
else epsl = abs(dy);
xIncre = (float)dx / epsl ;
yIncre = (float)dy / epsl ;
for(k = 0; k<=epsl; k++){
putpixel((int)(x+0.5), (int)(y+0.5));
if (k>=num-1) {
printf("x=%f,y=%f,取整后x=%d,y=%d\n", x, y, (int)(x+0.5),(int)(y+0.5));
break;
}
x += xIncre;
y += yIncre;
if(x >= 25 || y >= 25) break;
}
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////
//中点Bresenham算法画直线(0<=k<=1) //
//参数说明：x0,y0 起点坐标 //
// x1,y1 终点坐标 //
// num 扫描转换时从起点开始输出的点的数目，用于动画 //
///////////////////////////////////////////////////////////////////
void BresenhamLine(GLsizei x0, GLsizei y0, GLsizei x1, GLsizei y1, GLsizei num)
{
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
if(num == 1)
{
printf("中点Bresenham算法画直线：各点坐标及判别式的值\n");
}
else if(num==0)
return;
//中点Bresenham划线算法的实现
GLsizei dx , dy, d, UpIncre, DownIncre, x, y;
if (x0 > x1){
x = x1; x1 = x0; x0 = x;
y = y1; y1 = y0; y0 = y;
}
x = x0; y = y0;
dx = x1 - x0; dy = y1 - y0;
d = dx - 2 * dy;
UpIncre=2*dx-2*dy;DownIncre=-2*dy;
while(x<=x1)
{
putpixel(x,y);
printf("x = %d , y = %d \n",x,y);
x++;
if(d<0)
{
y++;
d+=UpIncre;
}
else
d+=DownIncre;
}
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////
//改进的Bresenham算法画直线(0<=k<=1) //
//参数说明：x0,y0 起点坐标 //
// x1,y1 终点坐标 //
// num 扫描转换时从起点开始输出的点的数目，用于动画 //
///////////////////////////////////////////////////////////////////
void Bresenham2Line(GLsizei x0, GLsizei y0, GLsizei x1, GLsizei y1, GLsizei num)
{
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
if(num == 1)
printf("改进的Bresenham算法画直线：各点坐标及判别式的值\n");
else if(num==0)
return;
//画线算法的实现
GLsizei x,y,dx,dy,e;
dx = x1-x0;
dy = y1-y0;
e = -dx;x=x0;y=y0;
while(x<=x1)
{
putpixel(x,y);
printf("x = %d , y = %d \n",x,y);
x++;
e = e+2*dy;
if(e>0)
{
y++;
e = e-2*dx;
}
}
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////
//Bresenham算法画圆 //
//参数说明：x,y 圆心坐标 //
// R 圆半径 //
// num 扫描转换时从起点开始输出的点的数目，用于动画 //
///////////////////////////////////////////////////////////////////
void BresenhamCircle(GLsizei x, GLsizei y, GLsizei R, GLsizei num)
{
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
if(num == 1)
printf("Bresenham算法画圆：各点坐标及判别式的值\n");
int d,k=0,xa,ya;
xa=0;ya=R;d=1-R;
while(xa<=ya){
putpixel(xa+x,ya+y);
putpixel(ya+x,xa+y);
putpixel(-ya+x,xa+y);
putpixel(-xa+x,ya+y);
putpixel(-xa+x,-ya+y);
putpixel(-ya+x,-xa+y);
putpixel(ya+x,-xa+y);
putpixel(xa+x,-ya+y);
if (k>=num-1) {
printf("x=%d , y=%d\n" , xa+x,ya+y);
break;
}
k++;
if(d<0) d+=2*xa+3;
else{
d+=2*(xa-ya)+5;
ya--;
}
xa++;
}
}
//初始化窗口
void Initial(void)
{
// 设置窗口颜色为蓝色
glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
}
// 窗口大小改变时调用的登记函数
void ChangeSize(GLsizei w, GLsizei h)
{
if(h == 0) h = 1;
// 设置视区尺寸
glViewport(0, 0, w, h);
// 重置坐标系统
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
// 建立修剪空间的范围
if (w <= h)
glOrtho (0.0f, 250.0f, 0.0f, 250.0f*h/w, 1.0, -1.0);
else
glOrtho (0.0f, 250.0f*w/h, 0.0f, 250.0f, 1.0, -1.0);
}
// 在窗口中绘制图形
void ReDraw(void)
{
//用当前背景色填充窗口
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
//画出坐标线
DrawCordinateLine();
switch(m_DrawMode)
{
case 1:
DDACreateLine(0,0,20,15,m_PointNumber);
break;
case 2:
BresenhamLine(0,0,20,15,m_PointNumber);
break;
case 3:
Bresenham2Line(1,1,8,6,m_PointNumber);
break;
case 4:
BresenhamCircle(12,12,10,m_PointNumber);
break;
default:
break;
}
glFlush();
}
//设置时间回调函数
void TimerFunc(int value)
{
if(m_PointNumber == 0)
value = 1;
m_PointNumber = value;
glutPostRedisplay();
glutTimerFunc(500, TimerFunc, value+1);
}
//设置键盘回调函数
void Keyboard(unsigned char key, int x, int y)
{
if (key == '1') m_DrawMode = 1;
if (key == '2') m_DrawMode = 2;
if (key == '3') m_DrawMode = 3;
if (key == '4') m_DrawMode = 4;
m_PointNumber = 0;
glutPostRedisplay();
}
int main(int argc, char* argv[])
{
glutInit(&argc, argv);
//初始化GLUT库OpenGL窗口的显示模式
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
glutInitWindowSize(600,600);
glutInitWindowPosition(100,100);
glutCreateWindow("基本图元绘制程序");
glutDisplayFunc(ReDraw);
glutReshapeFunc(ChangeSize);
glutKeyboardFunc(Keyboard);//键盘响应回调函数
glutTimerFunc(500, TimerFunc, 1);
// 窗口初始化
Initial();
glutMainLoop(); //启动主GLUT事件处理循环
return 0;
}