1、計算機圖形學(xué)實驗指導(dǎo)書文檔可自由編輯打印目錄目錄1概 述2實驗1熟悉實驗環(huán)境31.1實驗要求和目的31.2實驗課時3實驗2直線的生成42.1實驗要求和目的42.2實驗課時42.3實驗環(huán)境42.4實驗平臺簡介：42.5思考題（選做）5實驗3多邊形掃描轉(zhuǎn)換算法73.1實驗要求和目的73.2實驗課時73.3實驗環(huán)境73.4實驗平臺簡介：7實驗4BSpline曲線繪制104.1實驗要求和目的104.2實驗課時104.3實驗環(huán)境104.4實驗平臺介紹10實驗5光照模型(Illumination Model)135.1實驗要求和目的135.2思考題135.3實驗課時135.4實驗環(huán)境135.5實驗平臺介紹

2、13附錄A：實驗報告17概 述(1) 實驗概述運用某種程序設(shè)計語言設(shè)計并實現(xiàn)計算機圖形學(xué)的直線、曲線、簡單多面體（四面體）等基本圖形元素的表示和繪制，以檢驗和鞏固計算機圖形學(xué)中的基本知識、加深對本課程原理、方法和技術(shù)的理解，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生實際操作技能和解決實際問題的能力，使學(xué)生熟悉解決實際問題的過程。(2) 實驗?zāi)康暮鸵髮嶒災(zāi)康氖菣z驗和鞏固所學(xué)知識與方法，通過實現(xiàn)基本圖形元的表示和繪制過程，理解并掌握計算機圖形學(xué)的原理、方法和技術(shù)，并靈活運用它們解決實際問題。要求理解各實驗相關(guān)的原理和實現(xiàn)方法，通過這些實驗的訓(xùn)練，加深對課程中原理、方法和技術(shù)的理解，驗證和鞏固計算機圖形學(xué)中的基本知識，鍛煉和

3、培養(yǎng)學(xué)生熟悉圖形編程環(huán)境，理解課程中基本問題的求解算法和性能改進方法，并對結(jié)果進行充分測試。(3) 主要原理與概念一般來說，計算機圖形學(xué)的基本內(nèi)容包括圖形的表示（如三維形體的表示，曲線、曲面的表示等）、圖形變換和觀察、圖形生成（基本圖形生成，消隱、真實感繪制等）三個方面，涉及大量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法。本試驗大綱主要涉及到多面體表示法、直線掃描生成、多邊形填充、平行投影變換、消隱算法等概念和算法。(4) 實驗環(huán)境Visual C+ 6.0(5) 實驗內(nèi)容n 實驗一：實驗環(huán)境介紹n 實驗二：直線生成算法n 實驗三：多邊形掃描轉(zhuǎn)換n 實驗四：自由曲線繪制n 實驗五：光照模型(Illumination)實驗

4、1 熟悉實驗環(huán)境1.1 實驗要求和目的熟悉實驗環(huán)境：熟悉Visual C+的圖形編程環(huán)境；掌握Visual C+中GDI（圖形設(shè)備接口）、畫筆、畫刷等基本概念；掌握基本繪圖函數(shù)；1.2 實驗課時1學(xué)時實驗2 直線的生成2.1 實驗要求和目的理解直線生成的原理；掌握典型直線生成算法；掌握步處理、分析實驗數(shù)據(jù)的能力；編程實現(xiàn)DDA算法、Bresenham中點算法；對于給定起點和終點的直線，分別調(diào)用DDA算法和Bresenham中點算法進行批量繪制，并記錄兩種算法的繪制時間；利用excel等數(shù)據(jù)分析軟件，將試驗結(jié)果編制成表格，并繪制折線圖比較兩種算法的性能。2.2 實驗課時3學(xué)時2.3 實驗環(huán)境n

5、開發(fā)環(huán)境：Visual C+ 6.0n 實驗平臺：Experiment_Frame_One（自制平臺）2.4 實驗平臺簡介：本實驗提供名為 Experiment_Frame_One的平臺，該平臺提供基本繪制、設(shè)置、輸入功能，學(xué)生在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)DDA算法和Mid_Bresenham算法，并進行分析。n 平臺界面：如圖 21所示n 設(shè) 置：通過view->setting菜單進入，如圖 22所示n 輸 入：通過view->input菜單進入.如圖 23所示n 實現(xiàn)算法：u DDA算法：void CExperiment_Frame_OneView:DDA(int X0, int Y0, i

6、nt X1, int Y1)u Mid_Bresenham算法：void CExperiment_Frame_OneView:Mid_Bresenham(int X0, int Y0, int X1, int Y1)2.5 思考題（選做）如何測試比較算法的性能？n 提示1：因為繪制1條直線時間很短，所以需要繪制大量直線才能比較它們之間的性能；n 提示2: drawpixel需要耗費時間，但它的時間性能和直線繪制算法無關(guān)，因此在比較不同算法性能時，應(yīng)該屏蔽它的影響，如何屏蔽？圖 21 總界面圖 22 設(shè)置界面圖 23 輸入界面實驗3 多邊形掃描轉(zhuǎn)換算法3.1 實驗要求和目的理解多邊形掃描轉(zhuǎn)換的原

7、理；掌握典型多邊形掃描轉(zhuǎn)換算法；掌握步處理、分析實驗數(shù)據(jù)的能力；l 編程實現(xiàn)基本X-掃描線轉(zhuǎn)換算法（必做）；l 編程實現(xiàn)有效邊表轉(zhuǎn)換算法（選做）3.2 實驗課時4學(xué)時3.3 實驗環(huán)境本試驗提供自帶實驗平臺l 開發(fā)環(huán)境：Visual C+ 6.0l 實驗平臺：Polygon_Conversion（自制平臺）3.4 實驗平臺簡介：本實驗提供名為 Polygon_Conversion的平臺，該平臺提供基本繪制、設(shè)置、輸入功能，學(xué)生在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)X-掃描線算法和有效邊表轉(zhuǎn)換算法。l 平臺界面：如圖 31所示l 多邊形輸入，界面如圖 32所示：n 用戶按【功能】à【輸入多邊形】菜單開始輸入多邊

8、形；n 單擊鼠標(biāo)左鍵輸入多邊形頂點；n 點擊鼠標(biāo)右鍵結(jié)束多邊形輸入，并將最后一個頂點和第一個頂點進行連接；l 參數(shù)設(shè)置：界面如圖 33所示n 用戶按“【功能】à【設(shè)置】”啟動設(shè)置對話框n 設(shè)置內(nèi)容：u 填充色u 是否填充多邊形u 選擇轉(zhuǎn)換算法n 實現(xiàn)掃描轉(zhuǎn)換算法u X-掃描線轉(zhuǎn)換算法：void CPolygon_ConversionView:X_Scan_Line_Conersion (int Vertices2, int VertexNum)u 有效邊表轉(zhuǎn)換算法：void CPolygon_ConversionView:Active_Edge_Table_Conersion(int

9、 Vertices2, int VertexNum)圖 31實驗平臺界面圖 32 輸入多邊型圖 33 設(shè)置對話框?qū)嶒? BSpline曲線繪制4.1 實驗要求和目的理解掌握自由曲線生成的基本原理和方法；編程實現(xiàn)三次B樣條曲線：l 均勻周期性B樣條曲線l 開放均勻B樣條曲線4.2 實驗課時4學(xué)時4.3 實驗環(huán)境本試驗提供自帶實驗平臺l 開發(fā)環(huán)境：Visual C+ 6.0l 實驗平臺：Free_Curve（自制平臺）4.4 實驗平臺介紹本實驗提供名為Free_Curve的平臺，該平臺提供基本繪制、設(shè)置、輸入功能，學(xué)生在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)：1 編碼實現(xiàn)BSpline曲線基函數(shù)2 編碼實現(xiàn)不同參數(shù)條件下的

10、節(jié)點矢量的生成l 平臺界面：如圖 41所示l 多邊形輸入，界面如圖 41所示：n 用戶按【功能】à【輸入】菜單開始輸入控制多邊形；n 單擊鼠標(biāo)左鍵輸入多邊形頂點；n 點擊鼠標(biāo)右鍵結(jié)束控制多邊形輸入l 參數(shù)設(shè)置：界面如圖 42所示n 用戶按“【功能】à【設(shè)置】”啟動設(shè)置對話框n 設(shè)置內(nèi)容：u 控制點設(shè)置(包括顏色、是否顯示、控制點大小)u 控制多邊形設(shè)置(包括控制多邊形的顏色，是否顯示)u BSpline曲線設(shè)置n 實現(xiàn)下列函數(shù)u 實現(xiàn)BSpline曲線的基函數(shù)；float BKM(float t, int k, int m, float nodes)參數(shù)含義參考代碼注解；u

11、 節(jié)點矢量的計算：bool Create_Nodes_Vector(int n, int m, int SplineType, float nodes)參數(shù)含義參考代碼注解；圖 41 平臺界面圖 42 設(shè)置界面實驗5 光照模型(Illumination Model) 5.1 實驗要求和目的理解和掌握簡單光照模型的基本原理和方法；并編程實現(xiàn)兩種常用的明暗處理方法：l Gouraud明暗處理方法l Phong明暗處理方法說明：本平臺目前僅考慮環(huán)境光(Ambient Light)、漫反射光(Diffuse light)，暫不考慮鏡面反射光(Specular Light ),而且不考慮光強衰減；5.2

12、 思考題l 如何實現(xiàn)光強衰減效果l 如何實現(xiàn)鏡面反射光效果5.3 實驗課時4學(xué)時5.4 實驗環(huán)境本試驗提供自帶實驗平臺l 開發(fā)環(huán)境：Visual C+ 6.0l 實驗平臺：Illumination（自制平臺）5.5 實驗平臺介紹本實驗提供名為Illuminatin的平臺，該平臺提供以下功能：1 提供半球面的四邊形網(wǎng)格生成功能；2 網(wǎng)格線繪制功能3 恒定光強的多邊形繪制功能4 設(shè)置功能（見后面的描述）5 提供完整的多邊形繪制框架；6 提供二次線性插值運算功能在此基礎(chǔ)上，學(xué)生編程實現(xiàn)：1 編碼實現(xiàn)Gouraud明暗處理方法2 編碼實現(xiàn)Phong明暗處理方法l 平臺界面：如圖 51所示l 多邊形輸入

13、，界面如圖 51所示：n 用戶按【功能】à【輸入】菜單開始輸入控制多邊形；n 單擊鼠標(biāo)左鍵輸入多邊形頂點；n 點擊鼠標(biāo)右鍵結(jié)束控制多邊形輸入l 參數(shù)設(shè)置：界面如圖 52所示n 用戶按“【功能】à【設(shè)置】”啟動設(shè)置對話框n 設(shè)置內(nèi)容：u 幾何模型參數(shù)u 網(wǎng)格線設(shè)置u 環(huán)境光設(shè)置u 漫反射設(shè)置u 顯示控制n 實現(xiàn)下列函數(shù)u 實現(xiàn)Gouraud明暗處理方法；double CIlluminationView:Gouraud (int Pt3, int Vertices43, double Normals43, int lightPos3, double Ip, double Kd)參數(shù)含義參考代碼注解；u 實現(xiàn)Phong明暗處理方法：bool Cr