《计算机图形学》实验教学大纲

《计算机图形学》实验教学大纲（ComputerGraphics）课程代码：0610029实验学时：30先修课程：《高等数学》、《线性代数》、《C语言程序设计》、《数据结构》一、目的要求实验目的：巩固学生对计算机图形学的直线扫描转换原理、有效边表填充原理、三维透视投影原理、ZBuffer深度缓冲消隐原理和真实感图形生成原理的理解，增加学生对真实感图形生成算法的感性认识，强化训练学生使用VisualC++的MFC编写相关图形类的技能。实验要求：要求学生在实验前了解综合性实验的目的和要求，观察实验效果图。在实验中认真理解每个类的结构，通过搭积木的方式完成实验任务。实验结束后按要求整理相关类的源程序，撰写实验报告，尤其需要对难点和重点进行详细说明。二、实验项目内容及学时分配实验一、绘制任意斜率的直线(2学时)⒈实验目的要求掌握任意斜率直线段的中点Bresenham扫描转换算法；掌握CLine直线类的设计方法；掌握状态栏编程方法。⒉实验主要内容（1）设计CLine直线类，其数据成员为直线段的起点坐标P0和终点坐标P1，成员函数为MoveTo()和LineTo()函数。（2）CLine类的LineTo()函数使用中点Bresenham算法绘制任意斜率k的直线段，包括k＝±∞、k＞1、0≤k≤1、-1≤k＜0和k＜-1五种情况。（3）在屏幕客户区按下鼠标左键选择直线的起点，保持鼠标左键按下并移动鼠标到另一位置，弹起鼠标左键绘制任意斜率的直线段。（4）在状态栏动态显示鼠标光标移动时的位置坐标。⒊实验类别：专业基础⒋实验类型：验证⒌实验要求：必做⒍主要仪器：微型计算机实验二、交互式绘制多边形(4学时)⒈实验目的要求掌握双缓冲绘图技术；掌握人机交互技术；掌握填充动态多边形的有效边表算法。⒉实验主要内容（1）使用鼠标在屏幕客户区绘制任意点数的多边形。要求使用橡皮筋技术动态绘制每条边；鼠标移动过程中按下Shift键时可绘制垂直边或水平边；将多边形的终点移动到多边形的起点时自动封闭多边形；在绘制多边形的过程中，状态栏动态显示鼠标光标的位置坐标。（2）当开始绘制多边形时，更改鼠标光标为十字光标，多边形绘制完毕后恢复为箭头光标。（3）多边形闭合后自动调用有效边表算法填充多边形内部区域。⒊实验类别：专业基础⒋实验类型：设计⒌实验要求：必做⒍主要仪器：微型计算机实验三、直线段裁剪(4学时)⒈实验目的要求掌握直线段端点编码方法；掌握Cohen-Sutherland直线段裁剪算法。⒉实验主要内容（1）定义二维坐标系原点位于屏幕中心，x轴水平向右为正，y轴铅直向上为正。（2）在客户区中央固定绘制颜色为RGB(128,0,0)的3像素宽的矩形代表裁剪窗口。裁剪窗口的左上角点为（-300,100）,右下角点为（300,-100）。（3）使用鼠标在屏幕上动态绘制任意直线段。（4）选择裁剪按钮根据直线段和窗口的相对位置，对直线段进行裁剪，得到位于窗口内的直线段，删除窗口外的直线段。（5）直线段绘制之前，裁剪按钮无效；直线段绘制之后，裁剪按钮有效。⒊实验类别：专业基础⒋实验类型：验证⒌实验要求：必做⒍主要仪器：微型计算机实验四、立方体线框模型透视投影(4学时)⒈实验目的要求掌握使用点表和面表构造立方体线框模型的方法；掌握视点球坐标的计算方法；掌握立方体线框模型的二维透视投影图的绘制方法；掌握立方体线框模型的二维透视投影图的旋转方法。⒉实验主要内容（1）在屏幕中心建立三维坐标系Oxyz，x轴水平向右，y轴铅直向上，z轴垂直于屏幕指向观察者。（2）以三维坐标系Oxyz的原点为立方体体心绘制边长为a的立方体线框模型。（3）使用双缓冲技术在屏幕上绘制三维立方体的二维透视投影图。（4）使用键盘方向键旋转立方体线框模型。（5）使用工具条上的“动画”图标播放立方体线框模型的旋转动画（6）按下鼠标左键缩小立方体，按下鼠标右键增大立方体。⒊实验类别：专业基础⒋实验类型：设计⒌实验要求：必做⒍主要仪器：微型计算机实验五、动态绘制Bezier曲线(4学时)⒈实验目的要求掌握直线的参数表示法；掌握德卡斯特里奥算法的几何意义；掌握绘制二维Bezier曲线的方法。⒉实验主要内容(1)使用鼠标左键绘制个数为10以内的任意控制点，使用直线连接构成控制多边形。(2)单击鼠标右键绘制Bezier曲线。(3)在状态栏显示鼠标的位置坐标。(4)Bezier曲线使用德卡斯特里奥（deCasteliau）算法绘制。⒊实验类别：专业基础⒋实验类型：设计⒌实验要求：必做⒍主要仪器：微型计算机实验六、地理划分线框球(4学时)⒈实验目的要求掌握球体地理划分法；掌握点表和面表的建立。⒉实验主要内容（1）建立三维坐标系Oxyz，原点位于屏幕客户区中心，x轴水平向右为正，y轴铅直向上为正，z轴垂直于屏幕指向观察者。（2）球体中心位于坐标系原点，使用地理划分法绘制球体线框模型。（3）使用点表和面表构造球体数据文件。（4）使用凸多面体消隐算法对球体线框模型进行消隐。（5）使用键盘方向键旋转球体。（6）使用动画按钮，播放或停止球体动画。⒊实验类别：专业基础⒋实验类型：综合⒌实验要求：必做⒍主要仪器：微型计算机实验七、球体Gouraud光照模型(4学时)⒈实验目的要求理解背面剔除算法；掌握光照颜色的计算方法；掌握双线性光强插值模型。⒉实验主要内容（1）建立三维坐标系Oxyz，原点位于屏幕客户区中心，x轴水平向右为正，y轴铅直向上为正，z轴垂直于屏幕指向观察者。（2）绘制体心和坐标系中心重合的球体表面，使用Z-Buffer消隐算法进行消隐。（3）使用单点光源对球体进行照射生成Gouraud光照模型，光源位置位于球体右上方。（4）背景色设置为RGB(128,0,0)。（5）使用键盘方向键旋转球体。（6）使用动画按钮，播放或停止球体动画。⒊实验类别：专业基础⒋实验类型：综合⒌实验要求：必做⒍主要仪器：微型计算机实验八、立方体纹理映射(4学时)⒈实验目的要求掌握位图纹理读入方法；掌握立方体纹理映射算法。⒉实验主要内容（1）建立三维坐标系Oxyz，原点位于屏幕客户区中心，x轴水平向右为正，y轴铅直向上为正，