浅析计算机图形学的发展和应用
【摘要】计算机图形学的发展经历了多年的不断研究和改进，在计算机辅助设计和制造，图形实施绘制，计算机艺术和动画，计算机辅助设计，计算机辅助改造，科学计算的可视化，自然景物的仿真，方面有着广阔的发展和运用的前景。
【关键词】计算机图形学发展应用计算机辅助改造
一、引言
计算机研究图形的表示与生成和处理显示的学科构成了计算机图形学的基础。在计算机图形学经历了三十年发展之后，计算机科学中计算机图形学有着一定重要的地位，我重要的分支之一。本文经过研究讨论和查阅资料后将粗略的介绍计算机图形学的研究内容和发展一、计算机图形学的发展简史。第一台图形显示器诞生于美国麻省理工学院，它作为计算机的福建。旋风一号用波器的阴极射线管来显示一系列简单的图形。之后的整个五十年代电子管计算机开始使用，电子管计算机主要适用于科学计算。由于这些计算机使用的是机器语言编程，所以计算机的图形设备很简单，只具备输出的功能。这就是“被动式”图形学时期。在1962年林肯实验室发表了“一个人机互通信的图形系统”的博士生
论文，论文中第一次提到了计算机图形学的术语，用实验证明了交互计算机图形学是一个有前途的可研究的新领域。在20世纪的70年代是计算机图形学发展过程的一个突破时期，在这期间光栅显示器产生了，光栅图形学算法可以满足区域填充和裁剪以及消隐等基本图形相应算法，这标志着图形学进入了一个快速发展的时期，这个时期开始了CAD的图形系统应用。在60年代中期举行了关于“the Special Interest Group On Computer Graphics and Interactive Techniques”的相关会议，并且取得了突破性的进展，此次会议分别有六百多位专家学者参加，但在1997年左右已经发展到了48900人左右，他们的论文成果分别展示在Computer Graphics 杂志上，该本杂志的学术水平很高，具有一定的权威性，代表了当今图形学研究的主流方向。
二、应用及研究前沿
（一）计算机辅助设计与制造。计算机图形学中运用最多和最广的两个图形软件是CAD和CAU软件，这些软件分别被运用于土建工程和机械结构的产品与设计。电子器件，飞机和汽车等交通工具等都需要该类软件来完成。然而人们为了追求精确图形，也常用对所设计的系统，产品与工程相关图形进行人机交换来输出数据加工代码和指令。电路板的规模非常大并且复杂，手工设计和绘制根本不能满足电路板的设计。现代产品设计是一个综合性的问题，不是一个孤立
的技术问题。目前任意曲面体的三位形体构建并不能达到理想的效果，因为三位形体重建算法是针对多面体和对株洲方向有严格限制的二面体，因此，三维形体重建需要研究的内容很艰巨。
（二）科学计算可视化。科学计算的可视化可以将事物发展的本质和发展的趋势呈现在人们的面前，但是之前的技术远远做不到，数据量的激增使得分析数据和处理数据很困难。在1986年美国科学基金会第一次提出了科学可视化的内容，并且第二年提交了相关的研究报告，报告的提交表示科学计算可视化的发展有很大的前景。目前科学可视化内容运用于气象分析和医学领域中，在这些领域中的运用最为广阔，医学方面精密机械做的脑部手术依靠于可视化，可视化可以使医生明确的看到病人体内的患处，并且对手术的效果进行及时反馈，帮助医生成功的完成手术，但这项技术不够完善，需要长期的研究。
（三）图形实时绘制与自然景物仿真。在图形实施绘制和自然景物仿真方面物体的形状，光学性质以及物体间相对位置都是最难模拟的部分，真实感绘制的主要任务是模拟真实物体的物理属性，但在以上内容中光照和表面属性是最难模拟的。光照模型为模拟光照提供了条件，其中局部光照和整体光照模型是模仿中比较困难的方面，从绘制方法上看有模拟广德世纪传播过程的光纤跟踪发，这些都为模拟光照提
供了可能，当前物理网络模型的简化和基于图像的绘制是真实感图形进行实施绘制必须重视的两个问题，这些方法适用于极其复杂的场景生成漫游和野外场景的生成漫游。
（四）计算机动画。静态场景已经不能满足人们的生活需求，所以计算机动画场景就应运而生了，它的应用主要归功于计算机图形学和计算机硬件的不断发展。计算机动画的产生是又静态场景对每一幅的内容进行修改后将这些画面连续的播放，这些灵感来源于传统的卡通片。但是要真正做到真实表达是很复杂和困难的过程，这需要多方面技术的协调，需要对计算方程的深入分析，所以物理模型的计算机动画需要投入很大的精力来研究。
（五）用户接口。在DOS时代，用于接口体验是非常差的，因为用户接口是人们使用计算机的第一观感，但DOS 系统图形化界面想要做到精美是非常难的，但80年代之后苹果公司图形化操作系统的推出成为了一个跨时代的意义，之后微软操作系统的普及将图形学全面融入了计算机的各个方面。操作系统中存在的图形和动画大大的减少了用户使用系统的复杂性，简单易懂，不太需要过多的说明就可以进行操作。
（六）计算机艺术。美术人员和商业艺术人员都热衷于对计算机软件进行美术加工，通过美术来优化用户体验，并且这是一项艺术创作。二维平面画笔程序，三维建模渲染软
件包等等都是最常使用的美术创作软件，种类众多。这些软件提供了多宗风格的画笔画刷对图像进行修改和创作等操作，远远的超出了人们的期望，也是当今的艺术家无法实现的。
三、结语
计算机图形学的发展和运用目前正处于探索发展的阶段，发展的过程既有机遇又面临巨大的挑战，由于经济全球化导致信息时代的到来，计算机图形学的发展显得越发的重要，所以在学习中要重视起来，时刻跟上科技发展的脚步，走在科学发展的前沿。
参考文献：
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[2] 黄凤玲. 浅谈计算机图形学的发展历程及应用前景[J]. 读与写（教育教学刊）. 2009（07）
[3] 柳海兰. 浅谈计算机图形学的发展及应用[J]. 电脑知识与技术. 2010（33）
计算机图形学实验 肖加清
实验一图形学实验基础 一、实验目的 （1）掌握VC++绘图的一般步骤； （2）掌握OpenGL软件包的安装方法； （3）掌握OpenGL绘图的一般步骤； （4）掌握OpenGL的主要功能与基本语法。 二、实验内容 1、VC++绘图实验 （1）实验内容：以下是绘制金刚石图案。已给出VC++参考程序，但里面有部分错误，请改正，实现以下图案。 N=3 N=4
N=5 N=10 N=30
N=50 (2)参考程序 //自定义的一个类 //此代码可以放在视图类的实现文件(.cpp) 里class CP2 { public: CP2(); virtual ~CP2(); CP2(double,double); double x; double y; }; CP2::CP2() { this->x=0.0; this->y=0.0; } CP2::~CP2() { } CP2::CP2(double x0,double y0) { this->x=x0; this->y=y0; }
//视图类的一个成员函数，这个成员函数可以放在OnDraw函数里调用。 //在视图类的头文件（.h）里定义此函数 void Diamond(); //在视图类的实现文件（.cpp）里实现此函数 void CTestView::Diamond() { CP2 *P; int N; double R; R=300; N=10; P=new CP2[N]; CClientDC dc(this); CRect Rect; GetClientRect(&Rect); double theta; theta=2*PI/N; for(int i=0;i
《高级计算机图形学》实验报告 姓名：学号：班级： 【实验报告要求】 实验名称：高级计算机图形学室内场景 实验目的：掌握使用OpenGL生成真实感复杂对象的方法，进一步熟练掌握构造实体几何表示法、扫描表示法、八叉树法、BSP树法等建模方法。 实验要求：要求利用OpenGL生成一个真实感的复杂对象及其周围场景，并显示观测点变化时的几何变换，要具备在一个纹理复杂的场景中漫游功能。要求使用到光线跟踪算法、 纹理映射技术以及实时绘制技术。 一、实验效果图 图1:正面效果图
图2：背面效果图 图4：背面效果图
图4：室内场景细节效果图 图5：场景角度转换效果图
二、源文件数据代码： 共6个文件，其实现代码如下： 1、DlgAbout.cpp #include "StdAfx.h" #include "DlgAbout.h" CAboutDlg::CAboutDlg() : CDialog(CAboutDlg::IDD) { } void CAboutDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX) { CDialog::DoDataExchange(pDX); } BEGIN_MESSAGE_MAP(CAboutDlg, CDialog) END_MESSAGE_MAP() 2、FormCommandView.cpp #include "stdafx.h" #include "Tool.h" #include "MainFrm.h" #include "FormCommandView.h" #include "ToolDoc.h" #include "RenderView.h" // Download by https://www.doczj.com/doc/ef3419880.html, #ifdef _DEBUG #define new DEBUG_NEW #undef THIS_FILE static char THIS_FILE[] = __FILE__; #endif // CFormCommandView IMPLEMENT_DYNCREATE(CFormCommandView, CFormView) CFormCommandView::CFormCommandView() : CFormView(CFormCommandView::IDD) { //{{AFX_DATA_INIT(CFormCommandView)
《计算机图形学》实验报告姓名：郭子玉 学号：2012211632 班级：计算机12-2班 实验地点：逸夫楼507 实验时间：15.04.10 15.04.17
实验一 1 实验目的和要求 理解直线生成的原理；掌握典型直线生成算法；掌握步处理、分析实验数据的能力； 编程实现DDA 算法、Bresenham 中点算法；对于给定起点和终点的直线，分别调用DDA 算法和Bresenham 中点算法进行批量绘制，并记录两种算法的绘制时间；利用excel 等数据分析软件，将试验结果编制成表格，并绘制折线图比较两种算法的性能。 2 实验环境和工具 开发环境：Visual C++ 6.0 实验平台：Experiment_Frame_One （自制平台） 3 实验结果 3.1 程序流程图 （1）DDA 算法 是 否 否 是 是 开始 计算k ，b K<=1 x=x+1;y=y+k; 绘点 x<=X1 y<=Y1 绘点 y=y+1;x=x+1/k; 结束
（2）Mid_Bresenham 算法 是 否 否 是 是 是 否 是 否 开始 计算dx,dy dx>dy D=dx-2*dy 绘点 D<0 y=y+1；D = D + 2*dx - 2*dy; x=x+1; D = D - 2*dy; x=x+1; x 3.2程序代码 //-------------------------算法实现------------------------------// //绘制像素的函数DrawPixel(x, y); (1)DDA算法 void CExperiment_Frame_OneView::DDA(int X0, int Y0, int X1, int Y1) { //----------请实现DDA算法------------// float k, b; float d; k = float(Y1 - Y0)/float(X1 - X0); b = float(X1*Y0 - X0*Y1)/float(X1 - X0); if(fabs(k)<= 1) { if(X0 > X1) { int temp = X0; X0 = X1; X1 = temp; } 一、设计内容与要求 1.1、设计题目 算法实现时钟运动 1.2、总体目标和要求 （1）目标：以图形学算法为目标，深入研究。继而策划、设计并实现一个能够表现计算机图形学算法原理的或完整过程的演示系统，并能从某些方面作出评价和改进意见。通过完成一个完整程序，经历策划、设计、开发、测试、总结和验收各阶段，达到巩固和实践计算机图形学课程中的理论和算法；学习表现计算机图形学算法的技巧；培养认真学习、积极探索的精神。 （2）总体要求：策划、设计并实现一个能够充分表现图形学算法的演示系统，界面要求美观大方，能清楚地演示算法执行的每一个步骤。（3）开发环境：Viusal C++ 6.0 1.3、设计要求 内容： （1）掌握动画基本原理； （2）实现平面几何变换； 功能要求： （1）显示时钟三个时针，实现三根时针间的相互关系； （2）通过右键菜单切换时钟背景与时针颜色； 1.4设计方案 通过使用OpenGL提供的标准库函数，综合图形学Bresenham画线和画圆的算法，OpenGL颜色模型中颜色表示模式等实现指针式时钟运动，并通过点击右键菜单实习时钟背景与时针颜色的转换。根据Bresenham画线和画圆的算法，画出时钟的指针和表盘。再根据OpenGL颜色模型定义当前颜色。设置当时钟运行时交换的菜单，运行程序时可变换时钟背景与时针的颜色。最后再设置一个恢复菜单恢复开始时表盘与指针的颜色。 二、总体设计 2.1、过程流程图 2.2、椭圆的中点生成算法 1、椭圆对称性质原理： （1）圆是满足x轴对称的，这样只需要计算原来的1/2点的位置；（2）圆是满足y轴对称的，这样只需要计算原来的1/2点的位置； 通过上面分析可以得到实际上我们计算椭圆生成时候，只需要计算1/4个椭圆就可以实现对于所有点的生成了。 2、中点椭圆算法内容： （1）输入椭圆的两个半径r1和r2，并且输入椭圆的圆心。设置初始点(x0,y0)的位置为(0,r2); （2）计算区域1中央决策参数的初始值 p = ry*ry - rx*rx*ry + 1/4*(rx*rx); （3）在区域1中的每个Xn为止，从n = 0 开始，直到|K|(斜率）小于-1时后结束； <1>如果p < 0 ，绘制下一个点(x+1,y)，并且计算 p = p + r2*r2*(3+2*x); <2>如果P >=0 ,绘制下一个点(x+1,y-1),并且计算 p = p + r2*r2*(3+2*point.x) - 2*r1*r1*(y-1) (4)设置新的参数初始值； p = ry*ry(X0+1/2)*(X0+1/2) + rx*rx*(Y0-1) - rx*rx*ry*ry; (5)在区域2中的每个Yn为止，从n = 0开始，直到y = 0时结束。 <1>如果P>0的情况下,下一个目标点为(x,y-1)，并且计算 p = p - 2rx*rx*(Yn+1) + rx*rx; 目录 实验一直线的DDA算法 一、【实验目的】 1.掌握DDA算法的基本原理。 2.掌握DDA直线扫描转换算法。 3.深入了解直线扫描转换的编程思想。 二、【实验内容】 1.利用DDA的算法原理，编程实现对直线的扫描转换。 2.加强对DDA算法的理解和掌握。 三、【测试数据及其结果】 四、【实验源代码】 #include { glClearColor(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f); glMatrixMode(GL_PROJECTION); gluOrtho2D(0.0,200.0,0.0,150.0); } void DDALine(int x0,int y0,int x1,int y1) { glColor3f(1.0,0.0,0.0); int dx,dy,epsl,k; float 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/(float)epsl; yIncre=(float)dy/(float)epsl; for(k=0;k<=epsl;k++) { glPointSize(3); glBegin(GL_POINTS); glVertex2i(int(x+0.5),(int)(y+0.5)); glEnd(); x+=xIncre; 精编资料 了解图形学与图像处理的发展,应用以及当前国际国内研究的热点和重要成果;理解图形学与图像处理对图元以及图像的分析与理解的以及二维与三维形状重建等;... 图形,图像 计算机图形学与图像处理教案 学时：36，其中讲授26学时，上机10学时。 适用专业：信计专业与数学专业。 先修课程：高等数学、线性代数、数据结构、VC++或者C# 一、课程的性质、教育目标及任务： 计算机图形学与图像处理实际上是两门课程的一个综合。这是一门研究图形学与图像处理的基本理论、方法及其在智能化检测中应用的学科，是计算机科学与技术等电子信息类本科专业的专业课。 本课程侧重于对图形学的基本图元的基本生成，以及图像处理中对图像在空间域与频率域的基本处理算法的研究。并对图形学与图像处理基本理论和实际应用进行系统介绍。目的是使学生系统掌握图形学与图像处理的基本概念、原理和实现方法，学习图形学与图像处理分析的基本理论、典型方法和实用技术，具备解决智能化检测与控制中应用问题的初步能力，为在计算机视觉、模式识别等领域从事研究与开发打下扎实的基础。 二、教学内容基本要求： 1．了解图形学与图像处理的发展、应用以及当前国际国内研究的热点和重要成果； 2．理解图形学与图像处理对图元以及图像的分析与理解的以及二维与三维形状重建等； 3．掌握图形学与图像处理中最基本、最广泛应用的概念、原理、理论和算法以及基本技术和方法； 4．能够运用一门高级语言编写简单的图形学与图像处理软件，实现各种图形学与图像处理的算法。 三、主要教学内容： 学习图形学的基本概念，了解光栅显示系统的原理；掌握基本图元的生成算法：直线的生成算法、曲线的生成算法、多边形的生成算法；掌握区域填充、线段剪裁以及多边形的剪裁；掌握图元的几何变换、以及投影的基本理论。 了解图像的概念；图像数字化的基本原理：取样、量化、数字图像的表示；线性系统理论在图像变换，滤波中的应用：线性系统理论、离散图像变换、小波变换；图像编码压缩、增强，以及复原的基本方法：无失真压缩、有失真压缩、变换编码、压缩标准、图像滤波原理、复原滤波器、直方图运算、点运算；图像识别的基本原理和方法：图像分割、图像分析、图像分类； 四、学时安排 总课时72学时，图形学36学时，其中包括26个学时讲授，10个学时上机；图像处理36学时，其中包括26个学时讲授，10个学时上机； 五、参考书目： (1), 计算机图形学实验报告记录 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 计算机图形学实验报告 姓名：___ __________ 学号：_____ ________ 班级：______ _______ 时间：_____2016年12月_________ 实验一OpenGL编程与图形绘制 1．实验目的 了解OpenGL编程，并熟悉OpenGL的主要功能、绘制流程和基本语法。学会配置OpenGL环境，并在该环境中编程绘图。 2．实验内容 OpenGL的主要功能：模型绘制、模型观察、颜色模式、光照应用、图像效果增强、位图和图像处理、纹理映射、实时动画和交互技术。 OpenGL的绘制流程分为两个方面：一个完整的窗口系统的OpenGL图形处理系统的结构为：最底层为图形硬件，第二层为操作系统，第三层为窗口系统，第四层为OpenGL，最上面的层为应用软件；OpenGL命令将被放在一个命令缓冲区中，这样命令缓冲区中包含了大量的命令、顶点数据和纹理数据。当缓冲区被清空时，缓冲区中的命令和数据都将传递给流水线的下一个阶段。 OpenGL的基本语法中相关库有：OpenGL核心库：gl、OpenGL实用程序库：glu、OpenG 编程辅助库：aux、OpenGL实用程序工具包（OpenGL utility toolkit，GLUT）：glut、Windows 专用库：wgl。 OpenGL的基本语法中命名规则为：OpenGL函数都遵循一个命名约定，即采用以下格式：<库前缀><根命令><可选的参数个数><可选的参数类型>。 了解了上述基础知识后，配置好OpenGL环境，然后在该环境中编程练习图形的绘制，本次实验主要是对点的绘制、直线的绘制和多边形面的绘制。 3．实验代码及结果 3.1点的绘制： #include 一、实验目的 1、掌握中点Bresenham直线扫描转换算法的思想。 2掌握边标志算法或有效边表算法进行多边形填充的基本设计思想。 3掌握透视投影变换的数学原理和三维坐标系中几何图形到二维图形的观察流程。 4掌握三维形体在计算机中的构造及表示方法 二、实验环境 Windows系统, VC6.0。 三、实验步骤 1、给定两个点的坐标P0(x0,y0)，P1(x1,y1)，使用中点Bresenham直线扫描转换算法画出连接两点的直线。 实验基本步骤 首先、使用MFC AppWizard(exe)向导生成一个单文档视图程序框架。 其次、使用中点Bresenham直线扫描转换算法实现自己的画线函数，函数原型可表示如下： void DrawLine(CDC *pDC, int p0x, int p0y, int p1x, int p1y); 在函数中，可通过调用CDC成员函数SetPixel来画出扫描转换过程中的每个点。 COLORREF SetPixel(int x, int y, COLORREF crColor ); 再次、找到文档视图程序框架视图类的OnDraw成员函数，调用DrawLine 函数画出不同斜率情况的直线，如下图： 最后、调试程序直至正确画出直线。 2、给定多边形的顶点的坐标P0(x0,y0)，P1(x1,y1)，P2(x2,y2)，P3(x3,y3)，P4(x4,y4)…使用边标志算法或有效边表算法进行多边形填充。 实验基本步骤 首先、使用MFC AppWizard(exe)向导生成一个单文档视图程序框架。 其次、实现边标志算法或有效边表算法函数，如下： void FillPolygon(CDC *pDC, int px[], int py[], int ptnumb); px：该数组用来表示每个顶点的x坐标 py ：该数组用来表示每个顶点的y坐标 ptnumb：表示顶点个数 注意实现函数FillPolygon可以直接通过窗口的DC（设备描述符）来进行多边形填充，不需要使用帧缓冲存储。（边标志算法）首先用画线函数勾画出多边形,再针对每条扫描线,从左至右依次判断当前像素的颜色是否勾画的边界色,是就开始填充后面的像素直至再碰到边界像素。注意对顶点要做特殊处理。 通过调用GDI画点函数SetPixel来画出填充过程中的每个点。需要画线可以使用CDC的画线函数MoveTo和LineTo进行绘制，也可以使用实验一实现的画直线函数。 CPoint MoveTo(int x, int y ); BOOL LineTo(int x, int y ); 实现边标志算法算法需要获取某个点的当前颜色值，可以使用CDC的成员函数 COLORREF GetPixel(int x, int y ); 再次、找到文档视图程序框架视图类的OnDraw成员函数，调用FillPolygon 函数画出填充的多边形，如下： void CTestView::OnDraw(CDC* pDC) { CTestcoodtransDoc* pDoc = GetDocument(); ASSERT_VALID(pDoc); 一、bresenham算法画直线 #include } void myinit() { glClearColor(0.8,1.0,1.0,1.0); glColor3f(0.0,0.0,1.0); glPointSize(1.0); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); gluOrtho2D(0.0,500.0,0.0,500.0); } void main(int argc,char **argv ) { glutInit(&argc,argv); glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB); glutInitWindowSize(500,500); glutInitWindowPosition(200.0,200.0); glutCreateWindow("CG_test_Bresenham_Line example"); glutDisplayFunc(display); myinit(); glutMainLoop(); } 二、中点法绘制椭圆 #include 《计算机图形学》课程教学大纲一、课程基本信息 课程代码：110053 课程名称：计算机图形学 英文名称：Computer Graphics 课程类别：专业课 学时：72 学分： 适用对象：信息与计算科学专业本科生 考核方式：考试（平时成绩占总成绩的30%） 先修课程：高级语言程序设计、数据结构、高等代数 二、课程简介 中文简介： 计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图形的学科。它的重要性体现在人们越来越强烈地需要和谐的人机交互环境：图形用户界面已经成为一个软件的重要组成部分，以图形的方式来表示抽象的概念或数据已经成为信息领域的一个重要发展趋势。通过本课程的学习，使学生掌握计算机图形学的基本原理和基本方法，理解图形绘制的基本算法，学会初步图形程序设计。 英文简介： Computer Graphics is the subject which concerned with how computer builds， processes and shows graphics. Its importance has been shown in people’s more and more intensively need for harmony human-machine interface. Graphics user interface has become an important part of software. It is a significant trend to show abstract conception or data in graphics way. Through the learning of this course, students could master Computer Graphics’basic theories and methods，understand graphics basic algorithms and learn how to design basic graphics program. 三、课程性质与教学目的 《计算机图形学》是信息与计算科学专业的一门主要专业课。通过本课程的学习，使学生掌握基本的二、三维的图形的计算机绘制方法，理解光栅图形生成基本算法、几何造型技术、真实感图形生成、图形标准与图形变换等概念和知识。学会图形程序设计的基本方法，为图形算法的设计、图形软件的开发打下基础。 四、教学内容及要求 第一章绪论 (一)目的与要求 1.掌握计算机图形学的基本概念； 2.了解计算机图形学的发展、应用； 3.掌握图形系统的组成。 《计算机图形学》课程设计 报告 学生姓名:学号： 学院: 班级: 题目: 简单图形的绘制 职称2015年7月1日 目录 目录............................................................................................... I 一、选题背景 (1) 二、算法设计 (2) 2.1 绘制直线、圆、椭圆、抛物线 (2) 2.1.1 绘制直线 (2) 2.1.2 绘制圆 (2) 2.1.3 绘制椭圆 (2) 2.1.4 绘制抛物线 (2) 2.2 三维几何变换 (2) 三、程序及功能说明 (5) 3.1 绘制直线、圆、椭圆、抛物线...... (5) 3.1.1 绘制直线 (5) 3.1.2 绘制圆 (5) 3.1.3 绘制椭圆 (5) 3.1.4 绘制抛物线 (6) 3.2 图形的平移 (6) 3.3 图形的旋转 (6) 3.4 图形的缩放 (7) 四、结果分析 (7) 4.1 绘制直线、圆、椭圆、抛物线 (7) 4.1.1 直线 (7) 4.1.2 圆 (8) 4.1.3 椭圆 (8) 4.1.4 抛物线 (8) 4.2 图形的平移 (9) 4.3 图形的旋转 (10) 4.4 图形的缩放 (11) 五、总结 (10) 六、课程设计心得体会 (14) 参考文献 (15) 源程序 (16) 一、选题背景 二、算法设计 2.1 绘制直线、圆、椭圆、抛物线 2.1.1 绘制直线 通过两个点的坐标来绘制直线。计算机图形学中二维图形在显示输出之前需要扫描转换，生成直线的算法一般有DDA 算法和中点算法。 2.1.2 绘制圆 通过运用圆的参数方程cos ;sin x a r y b r θθ=+=+来绘制圆的图形，其中[0,2]θπ∈， （a,b ）为圆心，r 为半径，运用参数方程，只需要确定半径的长度和圆心的位置，即可绘制出圆。 2.1.3 绘制椭圆 通过运用椭圆的参数方程cos ;sin x a y b θθ==来绘制椭圆的图形，其中 [0,2]θπ∈，是已知的变量，a ，b 分别为长半轴，短半轴，当确定a 和b 后，通过参数方程即可得到这个椭圆的方程。 2.1.4 绘制抛物线 根据点绘制抛物线图像是通过拟合完成，根据三个点的坐标，通过数据拟合，得到经过这三个点的函数关系式，从而再根据这个函数关系式绘制出抛物线上其他的点，形成一条连续的抛物线；或直接根据已知函数绘制图像是通过已知函数画出图像。 2.2 三维几何变换 三维几何变换是二维几何变换的推广。二维几何变换在齐次坐标空间中 可用3?3的变换矩阵表示，类似的，三维几何变换在齐次坐标空间中可用4?4的变换矩阵表示。三维空间中的点(),,x y z 的齐次坐标定义为(),,h h h x y z ，其中，h 为不等与零的任意常数，h x hx =，h y hy =，h z hz =。亦即点(),,x y z 对应4维齐次坐标空间的一条直线： 计算机图形学上机实验指导 指导教师：张加万老师 助教：张怡 2009-10-10 目录 1.计算机图形学实验(一) – OPENGL基础 ..................................... - 1 - 1.1综述 (1) 1.2在VC中新建项目 (1) 1.3一个O PEN GL的例子及说明 (1) 2.计算机图形学实验(二) – OPENGL变换 ..................................... - 5 - 2.1变换 (5) 3.计算机图形学实验(三) - 画线、画圆算法的实现....................... - 9 - 3.1MFC简介 (9) 3.2VC6的界面 (10) 3.3示例的说明 (11) 4.计算机图形学实验（四）- 高级OPENGL实验...................... - 14 - 4.1光照效果 (14) 4.2雾化处理 (16) 5.计算机图形学实验（五）- 高级OPENGL实验........................ - 20 - 5.1纹理映射 (20) 5.2反走样 (24) 6.计算机图形学实验(六) – OPENGL IN MS-WINDOWS .......... - 27 - 6.1 实验目标： (27) 6.2分形 (28) 1.计算机图形学实验(一) – OpenGL基础 1.1综述 这次试验的目的主要是使大家初步熟悉OpenGL这一图形系统的用法，编程平台是Visual C++，它对OpenGL提供了完备的支持。 OpenGL提供了一系列的辅助函数，用于简化Windows操作系统的窗口操作，使我们能把注意力集中到图形编程上，这次试验的程序就采用这些辅助函数。 本次实验不涉及面向对象编程，不涉及MFC。 1.2在VC中新建项目 1.2.1新建一个项目 选择菜单File中的New选项，弹出一个分页的对话框，选中页Projects中的Win32 Console Application项，然后填入你自己的Project name，如Test，回车即可。VC为你创建一个工作区（WorkSpace），你的项目Test就放在这个工作区里。 1.2.2为项目添加文件 为了使用OpenGL，我们需要在项目中加入三个相关的Lib文件：glu32.lib、glaux.lib、opengl32.lib，这三个文件位于c:\program files\microsoft visual studio\vc98\lib目录中。 选中菜单Project->Add To Project->Files项（或用鼠标右键），把这三个文件加入项目，在FileView中会有显示。这三个文件请务必加入，否则编译时会出错。或者将这三个文件名添加到Project->Setting->Link->Object/library Modules 即可。 点击工具条中New Text File按钮，新建一个文本文件，存盘为Test.c作为你的源程序文件，再把它加入到项目中，然后就可以开始编程了。 1.3一个OpenGL的例子及说明 1.3.1源程序 请将下面的程序写入源文件Test.c，这个程序很简单，只是在屏幕上画两根线。 #include 计算机图形学课程设计 书 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08] 课程设计(论文)任务书 理学院信息与计算科学专业2015-1班 一、课程设计(论文)题目：图像融合的程序设计 二、课程设计(论文)工作： 自2018 年1 月10 日起至2018 年1 月12日止 三、课程设计(论文) 地点: 2-201 四、课程设计(论文)内容要求： 1．本课程设计的目的 （1）熟悉Delphi7的使用，理论与实际应用相结合，养成良好的程序设计技能；（2）了解并掌握图像融合的各种实现方法，具备初步的独立分析和设计能力；（3）初步掌握开发过程中的问题分析，程序设计，代码编写、测试等基本方法；（4）提高综合运用所学的理论知识和方法独立分析和解决问题的能力； （5）在实践中认识、学习计算机图形学相关知识。 2．课程设计的任务及要求 1）基本要求： （1）研究课程设计任务，并进行程序需求分析； （2）对程序进行总体设计，分解系统功能模块，进行任务分配，以实现分工合作；（3）实现各功能模块代码； （4）程序组装，测试、完善系统。 2）创新要求： 在基本要求达到后，可进行创新设计，如改进界面、增加功能或进行代码优化。 3）课程设计论文编写要求 （1）要按照书稿的规格打印誊写课程设计论文 （2）论文包括封面、设计任务书（含评语）、摘要、目录、设计内容、设计小结（3）论文装订按学校的统一要求完成 4）参考文献： （1）David ，《计算机图形学的算法基础》，机械工业出版社 （2）Steve Cunningham，《计算机图形学》，机械工业出版社 （3） 5）课程设计进度安排 内容天数地点 程序总体设计 1 实验室 软件设计及调试 1 实验室 答辩及撰写报告 1 实验室、图书馆 学生签名： 2018年1月12日 摘要 图像融合是图像处理中重要部分，能够协同利用同一场景的多种传感器图像信息，输出一幅更适合于人类视觉感知或计算机进一步处理与分析的融合图像。它可明显的改善单一传感器的不足，提高结果图像的清晰度及信息包含量，有利于更为准确、更为可靠、更为全面地获取目标或场景的信息。图像融合主要应用于军事国防上、遥感方面、医学图像处理、机器人、安全和监控、生物监测等领域。用于较多也较成熟的是红外和可见光的融合，在一副图像上显示多种信息，突出目标。一般情况下，图像融合由 计算机图形学 实验报告 姓名：谢云飞 学号：20112497 班级：计算机科学与技术11-2班实验地点：逸夫楼507 实验时间：2014.03 实验1直线的生成 1实验目的和要求 理解直线生成的原理；掌握典型直线生成算法；掌握步处理、分析 实验数据的能力； 编程实现DDA算法、Bresenham中点算法；对于给定起点和终点的 直线，分别调用DDA算法和Bresenham中点算法进行批量绘制，并记 录两种算法的绘制时间；利用excel等数据分析软件，将试验结果编 制成表格，并绘制折线图比较两种算法的性能。 2实验环境和工具 开发环境：Visual C++ 6.0 实验平台：Experiment_Frame_One（自制平台）。 本实验提供名为 Experiment_Frame_One的平台，该平台提供基本 绘制、设置、输入功能，学生在此基础上实现DDA算法和Mid_Bresenham 算法，并进行分析。 ?平台界面：如错误！未找到引用源。所示 ?设置：通过view->setting菜单进入，如错误！未找到引 用源。所示 ?输入：通过view->input…菜单进入.如错误！未找到引用 源。所示 ?实现算法： ◆DDA算法：void CExperiment_Frame_OneView::DDA(int X0, int Y0, int X1, int Y1) Mid_Bresenham法：void CExperiment_Frame_OneView::Mid_Bresenham(int X0, int Y0, int X1, int Y1) 3实验结果 3.1程序流程图 1）DDA算法流程图：开始 定义两点坐标差dx，dy，以及epsl，计数k=0，描绘点坐标x,y，x增 量xIncre，y增量yIncre ↓ 输入两点坐标x1,y1,x0,y0 ↓ dx=x1-x0,dy=y1-y0; ＿＿＿＿＿＿＿＿＿↓＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ↓↓ 若|dx|>|dy| 反之 epsl=|dx| epsl=|dy| ↓＿＿＿＿＿＿＿＿...＿＿＿＿＿＿＿＿↓ ↓ xIncre=dx/epsl; yIncre=dy/epsl ↓ 填充(强制整形)(x+0.5,y+0.5); ↓←←←← 横坐标x+xIncre; 纵坐标y+yIncre; ↓↑ 若k<=epsl →→→k++ ↓ 结束 2）Mid_Bresenham算法流程图开始 ↓ 定义整形dx,dy,判断值d,以及UpIncre,DownIncre,填充点x,y ↓ 输入x0,y0,x1,y1 ＿＿＿＿＿＿↓＿＿＿＿＿＿ ↓↓ 若x0>x1 反之 x=x1;x1=x0;x0=x; x=x0; 计算机图形学报告 前言 计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。 其从狭义上是来说是一种研究基于物理定律、经验方法以及认知原理，使用各种数学算法处理二维或三维图形数据，生成可视数据表现的科学。广义上来看，计算机图形学不仅包含了从三维图形建模、绘制到动画的过程，同时也包括了对二维矢量图形以及图像视频融合处理的研究。由于计算机图形学在许多领域的成功运用，特别是在迅猛发展的动漫产业中，带来了可观的经济效益。另一方面，由于这些领域应用的推动，也给计算机图形学的发展提供了新的发展机遇与挑战。 计算机图形学的发展趋势包括以下几个方面： 1、与图形硬件的发展紧密结合，突破实时高真实感、高分辨率渲染的技术难点； 2、研究和谐自然的三维模型建模方法； 3、利用日益增长的计算性能，实现具有高度物理真实的动态仿真； 4、研究多种高精度数据获取与处理技术，增强图形技术的表现； 5、计算机图形学与图像视频处理技术的结合； 6、从追求绝对的真实感向追求与强调图形的表意性转变。 1、三维物体的表示 计算机图形学的核心技术之一就是三维造型三维物体种类繁多、千变万化，如树、花、云、石、水、砖、木板、橡胶、纸、大理石、钢、玻璃、塑料和布等等。因此，不存在描述具有上述各种不同物质所有特征的统一方法。为了用计算机生成景物的真实感图形，就需要研究能精确描述物体特征的表示方法。根据三维物体的特征，可将三维物体分为规则物体和非规则物体两类。 三维实体表示方法通常分为两大类：边界表示和空间分割表示，尽管并非所有的表示都能完全属于这两类范畴中的某一类。边界表示（B-reps）用一组曲面来描述三维物体，这些曲面将物体分为内部和外部。边界表示的典型例子是多边形平面片和样条曲面。空间分割表示（Space-Partitioning）用来描述物体内部性质，将包含一物体的空间区域分割为一组小的、非重叠的、连续实体（通常是立方体）。三维物体的一般空间分割描述是八叉树表示。本章主要介绍三维物体的各种表示方法及其特点。 计算机科学与通信工程学院 实验报告 课程计算机图形学 实验题目曲线拟合 学生姓名 学号 专业班级 指导教师 日期 成绩评定表 曲线拟合 1. 实验内容 1. 绘制三次Bezier曲线 （1）给定四个已知点P1—P4，以此作为控制顶点绘制一段三次Bezier曲线。 （2）给定四个已知点P1—P4，以此作为曲线上的点绘制一段三次Bezier曲线。 2. 绘制三次B样条曲线 给定六个已知点P1—P6，以此作为控制顶点绘制一条三次B样条曲线。 2. 实验环境 软硬件运行环境：Windows XP 开发工具：visual studio 2008 3. 问题分析 1. 绘制三次Bezier曲线 Bezier曲线是用N+1个顶点（控制点）所构成的N根折线来定义一根N阶曲线。本次实验中的三次Bezier曲线有4个顶点，设它们分别为P0，P1，P2，P3，那么对于曲线上各个点Pi（x,y）满足下列关系： P(t)=[(-P0+3P1-3P2+3P3)t3+(3P0-6P1+3P2)t2+(-3P0+3P2)t+(P0+4P1+P2)]/6 X(t)=[(-X0+3X1-3X2+3X3)t3+(3X0-6X1+3X2)t2+(-3X0+3X2)t+(X0+4X1+X2)]/6 Y(t)=[(-Y0+3Y1-3Y2+3Y3)t3+(3Y0-6Y1+3Y2)t2+(-3Y0+3Y2)t+(Y0+4Y1+Y2)]/6 其中P0、P1、P2、P3为四个已知的点，坐标分别为(X0、Y0)、(X1、Y1)、(X1、Y2) 、(X3、Y3)。所以只要确定控制点的坐标，该曲线可通过编程即可绘制出来。 2. 绘制三次B样条曲线 三次B样条函数绘制曲线的光滑连接条件为：对于6个顶点，取P1、P2、P3、P4 4个顶点绘制在第一段三次样条曲线，再取P2、P3、P4、P5 这4个顶点绘制在第二段三次样条曲线，总计可绘制3段光滑连接的三次样条曲线。 4. 算法设计 程序框架 //DiamondView.h class CDiamondView : public CView { ……计算机图形学课程设计报告
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