《计算机图形学》实验指导书

《计算机图形学》实验指导书PAGEPAGE24《计算机图形学》实验指导书1计算机图形学实验指导书袁科计算机技术实验中心目录TOC\o"1-2"\h\z\u实验一实现DDA、中点画线算法和Bresenham画线算法 24实验二实现Bezier曲线 25实验三实现B样条曲线 26实验四实现多边形填充的边界标志算法 27实验五实现裁剪多边形的Cohen-Sutherland算法 28实验六二维图形的基本几何变换 30实验七画图软件的编制 31

实验一实现DDA、中点画线算法和Bresenham画线算法【实验目的】1、掌握直线的多种生成算法；2、掌握二维图形显示原理。【实验环境】VC++6.0/BC【实验性质及学时】验证性实验，2学时，必做实验【实验内容】利用任意的一个实验环境，编制源程序，分别实现直线的三种生成算法，即数字微分法(DDA)、中点画线法以及Bresenham画线算法。【实验原理】数字微分法(DigitalDifferentialAnalyzer，DDA)算法思想：基于直线的微分方程来生成直线。ε=1/max(|△x|,|△y|)max(|△x|,|△y|)=|△x|，即|k|≤1的情况：max(|△x|,|△y|)=|△y|，此时|k|≥1：中点画线法算法思想：每次在最大位移方向上走一步，另一方向是否走步取决于误差项的判断。3、Bresenham画线算法算法思想：其基本思想同中点算法一样，即每次在最大位移方向上走一步，而另一个方向是否走步取决于误差项的判断。【实验要求】1．上交源程序；2．上交实验报告，实验报告内容如下：(1)实验名称(2)实验目的(3)算法实现的设计方法及程序流程图(4)程序结果分析【分析与思考】(1)上述所阐述的三个算法，其基本算法只能适用于直线的斜率(|K|<=1)的情形，如何将上述算法进行推广，使其能够处理任意斜率的直线？(2)计算机显示屏幕的坐标圆心在哪里，与我们平时的习惯有什么差异，如何协调二者？

实验二实现Bezier曲线【实验目的】1、掌握Bezier曲线的定义；2、能编程实现N次Bezier曲线的绘制与显示。【实验环境】VC++6.0/TurboC【实验性质及学时】验证性实验，2学时，必做实验【实验内容】编程实现N次Brezier曲线的绘制。【实验原理】Bezier曲线的定义：P(t)=t∈[0,1]=tk(1-t)n-k=Ckntk(1-t)n-kk=0,1,2,3,……,n【实验要求】1．上交源程序；2．上交实验报告，实验报告内容如下：(1)实验名称(2)实验目的(3)算法实现的设计方法及程序流程图(4)程序结果分析实验三实现B样条曲线【实验目的】1、掌握B样条曲线的定义；2、能编程实现B样条曲线的绘制与显示。【实验环境】VC++6.0/TurboC【实验性质及学时】验证性实验，2学时，选做实验【实验内容】编程实现B样条曲线的绘制和显示。【实验原理】B样条曲线的定义：C(u)=是调和函数，也称为基函数，按照递归公式可以定义为：=1若ti≤u≤ti+10其他=+（tk≤u≤tn+1）【实验要求】1．上交源程序；2．上交实验报告，实验报告内容如下：(1)实验名称(2)实验目的(3)算法实现的设计方法及程序流程图(4)程序结果分析实验四实现多边形填充的边界标志算法【实验目的】1、掌握多边形填充的基本原理；2、掌握边界标志算法来实现多边形填充的思想。【实验环境】VC++6.0/TurboC【实验性质及学时】2学时，选做实验【实验内容】编制程序，完成一个多边形区域的填充过程，能够完整的展示边界标志算法填充的全过程。【实验原理】边界标志算法填充算法的伪程序如下：#defineFALSE0edge_mark_fill(polydef,color)多边形定义polydef;intcolor;{对多边形polydef每条边进行直线扫描转换；inside=FALSE;for(每条与多边形polydef相交的扫描线y)for(扫描线上每个像素x){if(像素x被打上边标志)inside=！（inside）；if（inside！=FALSE）drawpixel（x，y，color）；elsedrawpixel（x，y，background）；}}【实验要求】1．上交源程序；2．上交实验报告，实验报告内容如下：(1)实验名称(2)实验目的(3)算法实现的设计方法及程序流程图(4)程序结果分析实验五实现裁剪多边形的Cohen-Sutherland算法【实验目的】1、掌握多边形裁剪的基本原理；2、掌握Cohen-Sutherland算法来实现多边形裁减的思想。【实验环境】VC++6.0/TurboC【实验性质及学时】验证性实验，2学时，选做实验【实验内容】编制程序，利用Cohen-Sutherland算法完成一个多边形的裁减过程。【实验原理】1．算法基本思想对每条直线段p1(x1,y1)p2(x2,y2)分三种情况处理：(1)直线段完全可见，“简取”之。(2)直线段完全不可见，“简弃”之。(3)直线段既不满足“简取”的条件，也不满足“简弃”的条件，需要对直线段按交点进行分段，分段后重复上述处理。2．算法步骤(1)编码对于任一端点(x,y)，赋予一个4位的二进制码D3D2D1D0。编码规则如下：若x<wxl，则D0=1，否则D0=0；若x>wxr，则D1=1，否则D1=0；若y<wyb，则D2=1，否则D2=0；若y>wyt，则D3=1，否则D3=0。(2)裁剪先求出端点p1和p2的编码code1和code2，然后：若code1|code2=0，对直线段应简取之。若code1&code2≠0，对直线段可简弃之。若上述两条件均不成立。则需求出直线段与窗口边界的交点。在交点处把线段一分为二，其中必有一段完全在窗口外，可以弃之。再对另一段重复进行上述处理，直到该线段完全被舍弃或者找到位于窗口内的一段线段为止。(3)求交假定直线的端点坐标为(x1,y1)和(x2,y2)左、右边界交点的计算上、下边界交点的计算。3．算法实现(1)输入直线段的两端点坐标：p1(x1,y1)、p2(x2,y2)，以及窗口的四条边界坐标：wyt、wyb、wxl和wxr。(2)对p1、p2进行编码：点p1的编码为code1，点p2的编码为code2。(3)若code1|code2=0，对直线段应简取之，转(6)；否则，若code1&code2≠0，对直线段可简弃之，转(7)；当上述两条均不满足时，进行步骤(4)。(4)确保p1在窗口外部：若p1在窗口内，则交换p1和p2的坐标值和编码。(5)按左、右、上、下的顺序求出直线段与窗口边界的交点，并用该交点的坐标值替换p1的坐标值。也即在交点s处把线段一分为二，并去掉p1s这一段。考虑到p1是窗口外的一点，因此可以去掉p1s。转(2)。(6)用直线扫描转换算法画出当前的直线段p1p2。(7)算法结束。【实验要求】1．上交源程序；2．上交实验报告，实验报告内容如下：(1)实验名称(2)实验目的(3)算法实现的设计方法及程序流程图(4)程序结果分析实验六二维图形的基本几何变换【实验目的】1、掌握二维图形基本的几何变换原理及变换矩阵；2、掌握矩阵运算的程序设计。【实验环境】VC++6.0/TurboC【实验性质及学时】验证性实验，2学时，选做实验【实验内容】实现二维图形的基本变换，包括平移、旋转、比例、对称变换。【实验原理】二维图形齐次坐标变换矩阵一般表达式：T2D=这3×3矩阵中各个元素功能一共可以分成四块，即：其中是对图形进行缩放、旋转、对称、错切等变换；[cf]是对图形进行平移；对图形作投影变换；g的作用是在x轴的1/g处产生一个灭点，h的作用是在y轴的1/h处产生一个灭点；[i]是对整体图形作伸缩变换。【实验要求】1．上交源程序；2．上交实验报告，实验报告内容如下：(1)实验名称(2)实验目的(3)算法实现的设计方法及程序流程图(4)程序结果分析实验七画图软件的编制【实验目的】1、综合应用计算机图形学的基本知识和原理；2、初步掌握利用高级语言来开发设计图形软件的能力。【实验环境】VC++6.0/TurboC【实验性质及学时】综合性实验，4学时，必做实验【实验内容】编制程序，完成一个小型的图形处