计算机图形学实验指导书

PAGEPAGE9《计算机图形学》实验指导书第四版主要介绍基于VisualC++6.0，应用MFC程序设计框架、文档与视图结构，基本控件设计，实现计算机图形学一些重要的基本图形生成算法。通过实验，让学生掌握与计算机图形相关的硬件知识，学会计算机基本图形生成、变换、以及曲线和曲面的基本算法，并进行程序设计与上机实现。为今后从事图形学领域的研究和设计打下基础。帮助学习者掌握基本的程序开发技能。本实验指导书的内容分为两大部分：第一部分介绍VisualC++实验环境；第二部分是具体的实验安排。共安排了一个实验：实验序号实验内容机时数1基本图形可视化生成10第一部分VisualC++实验环境介绍VisualC++简介VisualC++是Microsoft公司的VisualStudio开发工具箱中的一个C++程序开发包。VisualStudio提供了一整套开发Internet和Windows应用程序的工具，包括VisualC++，VisualBasic，VisualFoxpro，VisualInterDev，VisualJ++以及其他辅助工具，如代码管理工具VisualSourceSafe和联机帮助系统MSDN。VisualC++包中除包括C++编译器外，还包括所有的库、例子和为创建Windows应用程序所需要的文档。从最早期的1.0版本，发展到最新的6.0版本，VisualC++已经有了很大的变化，在界面、功能、库支持方面都有许多的增强。最新的6.0版本在编译器、MFC类库、编辑器以及联机帮助系统等方面都比以前的版本做了较大改进。VisualC++一般分为三个版本：学习版、专业版和企业版，不同的版本适合于不同类型的应用开发。实验中可以使用这三个版本的任意一种。VisualC++集成开发环境（IDE）集成开发环境（IDE）是一个将程序编辑器、编译器、调试工具和其他建立应用程序的工具集成在一起的用于开发应用程序的软件系统。VisualC++软件包中的DeveloperStudio就是一个集成开发环境，它集成了各种开发工具和VC编译器。程序员可以在不离开该环境的情况下编辑、编译、调试和运行一个应用程序。IDE中还提供大量在线帮助信息协助程序员做好开发工作。DeveloperStudio中除了程序编辑器、资源编辑器、编译器、调试器外，还有各种工具和向导（如AppWizard和ClassWizard），以及MFC类库，这些都可以帮助程序员快速而正确地开发出应用程序。向导(Wizard)向导通过一步步的帮助引导工作。DeveloperStudio中包含三个向导：AppWizard：用来创建一个Windows程序的基本框架结构。AppWizard向导会一步步提出问题，询问项目特征，然后根据这些特征自动生成一个可以执行的程序框架。ClassWizard：用来定义AppWizard所创建的程序中的类。可利用ClassWizard在项目中增加类、为类增加消息处理函数等。ActiveXControlWizard：用于创建一个ActiveX控件的基本框架结构。ActiveX控件是用户自定义的控件，它支持一系列定义的接口，可以作为一个可再利用的组件。MFC库库（library）是可以重复使用的源代码和目标代码的集合。MFC（MicrosoftFundamentalCasses）是VisualC++开发环境所带的类库，在该类库中提供了大量的类，可以帮助开发人员快速建立应用程序。这些类可以提供程序框架、进行文件和数据库操作、建立网络连接、进行绘图和打印等各种通用的应用程序操作。使用MFC库开发应用程序可以减少很多工作量。项目开发过程一个用C++开发的项目的通用开发过程可以用下图表示。建立一个项目的第一步是利用编辑器建立程序代码文件，包括头文件、代码文件、资源文件等。然后，启动编译程序，编译程序首先调用预处理程序处理程序中的预处理命令（如#include,#define等），经过预处理程序处理的代码将作为编译程序的输入。编译对用户程序进行词法和语法分析，建立目标文件，文件中包括机器代码、连接指令、外部引用以及从该源文件中产生的函数和数据名。此后，连接程序将所有的目标代码和用到的静态连接库的代码连接起来，为所有的外部变量和函数找到其提供地点，最后产生一个可执行文件。可执行文件分为两种版本：Debug和Release。Debug版本用于程序的开发过程，该版本产生的可执行程序带有大量的调试信息，可以供调试程序使用，而Release版本作为最终的发行版本，没有调试信息，并且带有某种形式的优化。在上机实习过程中可以采用Debug版本，这样便于调试。选择是产生Debug版本还是Release版本的方法是：在DeveloperStudio中选择菜单Build|SetActiveConfiguration，在弹出的对话框中，选择所要的类型，然后选择OK关闭对话框。VisualC++集成开发环境中集成了编辑器、编译器、连接器以及调试程序，覆盖了的开发应用程序的整个过程，程序员不需要脱离这个开发环境就可以开发出完整的应用程序。集成开发环境DeveloperStudio进入DeveloperStudio单击任务栏中“开始”后选择“程序”，找到MicrosoftVisualStudio6.0文件夹后，单击其中的MicrosoftVisualC++6.0图标，启动DeveloperStudio。DeveloperStudio的界面DeveloperStudio用户界面是一个由窗口、工具条、菜单、工具及其他部分组成的一个集成界面。通过这个界面，用户可以在同一环境下创建、测试、调试应用程序。界面如下：主要部分介绍如下：工具条和菜单，提供用户操作命令。菜单和工具条在开发的不同进程有不同显示内容。当第一次打开DeveloperStudio时，标准的工具条和菜单就会显示出来，随着开发的不同步骤，不同的工具条就会自动显示出来，菜单也会有所变化。工具条有很多种，你可以显示任意多的工具条，只要屏幕空间允许。工具条可以任意移动，也可以放大缩小。工具条和菜单条功能基本相同，唯一的区别是：菜单条总占据一行，并且一般不能隐藏。工作区窗口，这个窗口包含关于正在开发的这个项目的有关信息。当打开一个项目以后，工作区窗口将会显示关于当前项目的文件信息和类的信息。下图是打开一个项目hello以后的工作区窗口（假设该项目由两个文件cpp1.cpp,cpp2.cpp组成）。文档窗口区，这个区域可以显示各种类型的文档，如源代码文件、头文件、资源文件等。可以同时打开多个文档。输出窗口，输出窗口用来显示几种信息，可以通过选择不同的标签显示不同的信息。这些信息包括：编译连接结果信息（Build标签）、调试信息（Debug标签）、查找结果信息（FindinFiles标签）。其中查找结果信息有两个标签，可以显示两次在文件中查找指定内容的结果总的来说，窗口和命令接口（包括工具条和菜单条）是构成界面的最主要组成部分。通常有两种窗口：文档窗口和可附着（docking）窗口。文档窗口显示在文档窗口区，用于显示和编辑文档，其大小和位置可以随其所处的DeveloperStudio窗口的改变而改变，可以最大化和最小化。可附着窗口可以附着于应用程序窗口的边界，也可以浮在屏幕上的任何位置。可附着窗口有：工作区（workspace）窗口，输出（output）窗口，调试窗口（包括variable，watch，local等窗口）等。文档窗口的位置、大小及是否可见和它所在的项目有关，docking窗口的位置、大小及是否可见则与项目进行的状态以及各种编辑和调试的操作有关。各种窗口和各种工具条以及菜单构成了界面的布局。一旦用户决定了一种界面布局，系统就会为一直为用户保持这种布局，直到用户下一次改变该布局为止。获得帮助信息大多数时候，可以通过按F1得到上下文帮助。如在编辑文件时按F1可以得到有关编辑的帮助，在编译连接错误信息上按F1可以得到关于该错误的帮助信息。如果想系统地获得帮助，可以通过选择菜单Help|Contents来启动MSDN查阅器，MSDN查阅器是一个功能强大的程序，可以方便地浏览、查找信息，要想知道具体如何使用MSDN查阅器，可以在MSDN查阅器中选菜单Help下的命令。VisualC++的编辑器DeveloperStudio包含一个功能强大的编辑器，可以编辑将被编译成Windows程序的VisualC++源文件。这个编辑器有点象字处理器，但是没有字处理器具备的复杂的排版、文本格式等功能，它注重的是如何帮助程序员快速高效地编制程序。它具有以下特点：自动语法。用高亮度和不同颜色的字来显示不同的语法成分，如注释、关键字和一般代码用不同的颜色显示自动缩进。帮助你排列源代码，使其可读性更强参数帮助。在编辑时用到预定义的windows函数时，可以自动为你显示函数参数集成的关键字帮助。能够使你快速得到任何关键字、MFC类或Windows函数的帮助信息（按F1即可）拖放编辑。能够用鼠标选择文本并自由拖动到任意位置自动错误定位。能自动将光标移动到有编译错误的源代码处。当你打开一个源代码文件时，就可以利用编辑器对其进行编辑。源代码文件在文档显示区显示，每个文件有独立的显示窗口。如果你选择用其他编辑器编辑源文件，必须将它以纯文本的方式保存。VC的编译器不能处理其中有特别格式字符的文件。常用功能键及其意义为了使程序员能够方便快捷地完成程序开发，开发环境提供了大量快捷方式来简化一些常用操作的步骤。键盘操作直接、简单，而且非常方便，因而程序员非常喜欢采用键盘命令来控制操作。下面是一些最常用的功能键，希望在实验中逐步掌握。操作类型功能键对应菜单含义文件操作Ctrl+NFile|New创建新的文件、项目等Ctrl+OFile|Open打开项目、文件等Ctrl+SFile|Save保存当前文件编辑操作Ctrl+XEdit|Cut剪切Ctrl+CEdit|Copy复制Ctrl+VEdit|Paste粘贴Ctrl+ZEdit|Undo撤消上一个操作Ctrl+YEdit|Redo重复上一个操作Ctrl+AEdit|SelectAll全选DelEdit|Del删除光标后面的一个字符建立程序操作Ctrl+F7Build|Compilercurrentfile编译当前源文件Ctrl+F5Build|Runexe运行当前项目F7Build|Buildexe建立可执行程序F5Build|StartDebugging启动调试程序调试F5Debug|Go继续运行F11Debug|Stepinto进入函数体内部shift+F11Debug|Stepout从函数体内部运行出来F10Debug|Stepover执行一行语句F9设置/清除断点Ctrl+F10Debug|Runtocursor运行到光标所在位置shift+F9Debug|QuickWatch快速查看变量或表达式的值Shift+F5Debug|Stopdebugging停止调试第二部分实验注意事项：每次实验以前，需要详细阅读实验目的、实验要求和实验提示，以便能准确地理解实验要求，达到实验的目的。有的实验前后有联系，需要先完成前面的实验再进行后面的实验。请务必按照先后顺序完成实验。指导老师那儿有关于实验的详细解答，如果有疑问，可以请教指导老师。实验项目： 基本图形可视化生成实验内别：设计性实验目的：了解和使用VC集成开发环境熟悉VC环境的基本命令和功能键，熟悉常用的功能菜单命令学习使用VC++环境的帮助了解用VisualC++开发WindowsMFC应用程序的过程实现基本图形生成算法实验要点：熟悉MFC程序设计的基本过程，编辑、编译、连接和运行程序；掌握面向对象的程序设计方法，采用类的封装和继承实现基本图形；定义图形基类，定义图形如直线、圆、多边形等派生类，掌握虚函数的使用；实现直线的生成算法、多边形扫描线填充算法、二维图形变换（平移、旋转和镜像）实验内容本次实验你将学习有关VisualC++开发环境的一些知识，并实现一个简单的DOS程序和Windows程序，熟悉开发环境后，生成一个单文档应用程序并添加代码实现基本图形生成算法。熟悉VisualC++实验环境1.程序调试方法【实验步骤】启动DeveloperStudio，看看初始化界面由哪些部分组成查看各菜单项，看看都有哪些子菜单和命令将鼠标放置于各工具条图标上，系统会自动显示该图标代表的命令含义，了解一下都有哪些命令。在任意工具条上单击鼠标右键，弹出式菜单上将显示所有可用的工具条，选择其中没有对号（√）的项，看看有什么效果，再选择有对号的项，又有什么效果？将鼠标移动到任意工具条上，将鼠标放到图标间隙，按下鼠标左键不放，移动鼠标到屏幕中间，有什么现象发生？再将它拖回到原来位置，有什么现象发生？将鼠标移动到左边的工作区窗口，按下鼠标左键不放，移动鼠标到屏幕中间，有什么现象发生？再将它拖回到原来位置，有什么现象发生？将鼠标移动到下边的输出窗口，按鼠标右键，弹出一个菜单，选择其中的菜单项“Hide”，结果如何？要重新显示该窗口，选择菜单View|Output，窗口是不是又显示出来了？学习使用帮助系统。选择菜单Help|Contents，启动MSDN联机帮助系统，学习使用该帮助系统。联机帮助系统是一个相对独立的程序，它和DeveloperStudio是两个程序。选File|Exit退出DeveloperStudio。Windows应用用AppWizard建立一个MFCWindows应用，在窗口中输出“Hello，World!”术语：AppWizard是一个工具，利用该工具，可以创建一个建立在MFC基础上的窗口应用程序框架，然后在这个框架中加上自己的应用逻辑。可以选择所创建的应用类型，最常用的是多文档应用（就象字编辑器MicrosoftWord一样，可以同时打开多个文档窗口的应用）、单文档应用（类似于Windows提供的notepad，一次只能打开一个文档）和对话框应用（类似于Windows的时钟程序）。【实验步骤】创建一个新项目利用DeveloperStudio的AppWizard创建一个新的项目，步骤为：选择菜单File|New，在New对话框中选择Projects标签，在显示的项目类型中选择MFCAppWizard(exe)在右边的ProjectName编辑框中输入项目名称，如“helloMFC”，然后按OKMFCAppWizard将分几步询问有关要建立的新项目的配置。第一个对话框问是创建哪种类型的应用（单文档、多文档还是对话框类型），选择创建单文档应用“Singledocument”，然后按Next按钮翻过后面的五个页面（按Next），每个页面可以改变项目的不同选项。最后一个MFCAppWizard屏幕告诉你AppWizard自动产生的类。单击Finish键，AppWizard显示一个关于该项目的摘要，列出这些类和你所选择的特征。单击OK，系统自动产生helloMFC所需要的文件。浏览helloMFC项目当用MFCAppWizard创建了helloMFC项目后，这个项目的工作区窗口将会打开，工作区窗口增加了三个标签（如下图）：ClassView、ResourceView和FileView，其中ClassView显示工作区中所有项目的类及类的成员；ResourceView显示项目中包含的资源文件；FileView显示项目中的各种文件资源。先选择FileView看一下AppWizard创建了哪些文件，然后选择ClassView看一下定义了哪些类。编译连接运行按F7或者选择菜单Build|BuildhelloMFC.exe，编译连接得到可执行程序，再按Ctrl+F5或者选择Build|ExecutehelloMFC.exe运行该程序。程序的结果如下：用MFC处理输出现在希望在程序中间的窗口上显示一行文字“Hello,World”。如何修改呢？在工作区窗口中选择ClassView标签，单击helloMFCclasses前面的加号（如果已经变成减号则不做此操作）单击类CHelloMFCView类前面的加号双击OnDraw()函数，在右边的文档将显示窗口显示文件helloMFCView的内容，并且自动将光标定位到函数OnDraw()处。修改OnDraw函数的定义，在最后一行加一句：

pDC->TextOut(50,50,"Hello,World");按Ctrl+s或者选菜单File|Save来保存所作的修改编译连接并运行重新编译连接该项目，运行程序，可以用Ctrl+F5直接运行程序，系统将询问是否重新编译该项目，回答“是（Yes）”，如果有编译错误，仔细检查你加的一句话，是否有错。当编译连接通过后，系统会自动运行该程序。经过上述修改后，程序可以输出一行文字“Hello,World”。这是实现的第一个Windows程序！【编译和连接错误定位】开发环境下方的输出窗口（Output）显示编译和连接过程中出现的错误，错误信息包括：错误出现的文件名、行号、错误代码。如果不懂错误消息，将光标移动到该错误信息，按F1，就可以显示该错误的帮助信息。在output窗口，双击错误或者选择该错误再按ENTER键，系统自动将光标移动到发生错误的源程序行，你然后就可以改正