计算机图形学任务书

《计算机图形学》任务书
一．课程设计的目的
通过课程设计，使学生具备通过具体的平台实现图形算法的设计、编程与调试的能力，完成对实验结果分析、总结及撰写技术报告的能力。

二．课程设计的要求
课程设计时间为第17周，地点：计412室，要求进实验室调试时必须有理论设计，调试通过后请辅导老师验收。

课程设计分组进行，一人一组，设计完成后每人提交一份课程设计报告，没有交报告的同学不予评定成绩。

本次课程设计备选题目有30个，每人选择一个提目，选定后不能更改。

每个题目的基本要求必须完成，其他可根据自身情况选做。

三.课程设计报告要求
1．设计概述
设计题目、设计要求、设计方案
2．软件设计
软件流程框图
3．调试后的正确程序清单
4．设计总结分析
5．完整的课程设计报告
【课程设计报告书内容要求】
每一小组要上交一份完整的设计方案，统一用A4纸打印，内容包括：
（1）实验报告封面（设计题目、小组成员）
（2）设计题目
（3）设计方案
（4）程序流程图（包括各个子系统和子过程的程序流程）
（5）程序清单，要有适当的注释
（6）程序运行结果分析
（7）系统不足及改进方案
四．课程设计选题（任选一题）
1、逐点比较法生成直线
内容：
（1）推导出该算法法绘制直线的原理；
（2）根据算法原理，设计相应算法；
（3）编写该算法的程序并实现；
功能要求：
（1）要求有两种方式进行输出：
1）模拟算法输出；
2）直接生成输出。

（2）采用屏幕或键盘输入坐标点；
2、椭圆Bresenham算法
内容：
（1）推导出Bresenham法绘制椭圆的算法原理；
（2）根据算法原理，设计相应算法；
（3）编写绘制完整椭圆的中点或Bresenham算法程序；
功能要求：
（1）要求有两种输入方式：根据输入点来生成椭圆并输出椭圆的长短轴；输入椭圆的长短轴来生成椭圆；
（2）椭圆的颜色为红色；
3、多边形有效边表填充算法
内容：
（1）设计边表与活性链表数据结构；
（2）根据多边形有效边表填充算法原理，设计相应算法；
功能要求：
（1）要求根据鼠标输入点来生成多边形；
（2）通过右键菜单显示填充效果，右键菜单有两个选项：未填充与填充；
（3）参考文[1]-6；
4、区域四向种子点填充算法
内容：
（1）掌握四向邻接点的访问方法；
（2）掌握堆栈的编程操作；
（3）掌握种子填充算法原理；
功能要求：
（1）区域为多边形，要求根据鼠标输入点来生成多边形；
（2）通过右键菜单实现填充效果；
（3）参考文[1]-8；
5．影线填充算法
内容：
（1）掌握影线填充算法原理；
（2）掌握边界数据的组织方法；
（3）掌握复合域转换为单值域的方法；
（4）掌握影线和边界求交的计算方法；
功能要求：
（1）要求根据输入屏幕点生成多边形区域边界；
（2）通过键盘按键实现填充一组斜线；
6、直线快速裁剪算法
内容：
（1）掌握窗口相对于直线的位置判断；
（2）掌握直线快速裁剪的原理；
（3）实现点一直线裁剪和多条直线直线裁剪；
功能要求：
（1）要求根据输入两点来生成直线；
（2）通过键盘按键实现裁剪；
7．多边形裁剪算法
内容：
（1）掌握多边形算法原理；
（2）掌握直线和窗口相交的判断条件；
（3）掌握直线和窗口交点处的参数值计算方法；
功能要求：
（1）要求根据输入屏幕点生成多边形和窗口；
（2）通过键盘按键实现裁剪；
8. 三视图算法
内容：
（1）掌握三视图生成原理；
（2）掌握主视图、俯视图和侧视图变换矩阵；
功能要求：
（1）缺省状态为正三棱柱的三维立体图；
（2）通过右键菜单显示三视图，右键菜单有两个选项：立体图与三视图；
9. 双三次Bezier曲面算法
内容：
（1）掌握双三次Bezier曲面定义；
（2）实现矩阵相关运算；
功能要求：
（1）给定16个三维控制点如下：
P00(200,20,0),P01(150,0,100),P02(50,-130,100),P03(0,-250,50)；
P10(150,100,100),P11(100,30,100),P12(50,-40,100),P13(0,-110,100)；P20(140,280,90),P21(80,110,120),P22(30,30,130),P23(-50,-100,150)；P30(150,350,30),P31(50,200,150),P32(0,50,200),P33(-70,0,100)；（2）实现键盘控制曲面旋转效果
10．立方体背面剔除消隐算法
内容：
（1）掌握背面剔除消隐算法原理；
（2）实现矢量点积与叉积运算；
（3）透视投影变换
功能要求：
（1）绘制立方体线框模型的透视投影图，使用背面剔除算法实现动态消隐；（2）通过右键菜单显示消隐效果，右键菜单有两个选项：未消隐与消隐；（3）使用键盘的上下左右控制键旋转消隐前后的立方体；
（4）单击左键增加视距，右击缩短视距；
11. 球体背面剔除消隐算法
内容：
（1）掌握背面剔除消隐算法原理；
（2）实现矢量点积与叉积运算；
（3）透视投影变换
（4）曲面体经纬线划分方法
功能要求：
（1）绘制球体线框模型的透视投影图，使用背面剔除算法实现动态消隐；（2）通过右键菜单显示消隐效果，右键菜单有两个选项：未消隐与消隐；（3）使用键盘的上下左右控制键旋转消隐前后的球体；
（4）单击左键增加视距，右击缩短视距；
12.立方体动态Z-Buffer隐面算法
内容：
（1）掌握Z-Buffer消隐算法原理；
（2）像素点动态深度计算；
功能要求：
（1）绘制立方体，使用Z-Buffer消隐算法实现消隐；
（2）使用键盘的上下左右控制键旋转消隐前后的立方体；13．参数法绘制凸多面体动态图形
内容：
（1）掌握参数法绘制三维图形的方法；
（2）掌握立体的数据结构形式并合理组织数据；
功能要求：
（1）绘制凸多面体（简易房子）的动态消隐图形；
（2）使用键盘的上下左右控制键旋转消隐前后的立方体；14.明暗处理立方体算法-Gouraud明暗处理
内容：
（1）掌握双线性光强插值方法；
（2）根据有效边表法绘制立方体每个面；
功能要求：
（1）绘制立方体，使用Gouraud明暗处理填充立方体各个面；（2）使用键盘的上下左右控制键旋转立方体；
15．明暗处理立方体算法-Phong明暗处理
内容：
（1）掌握双线性法向量插值方法；
（2）根据有效边表法绘制立方体每个面；
功能要求：
（1）绘制立方体，使用Phong明暗处理填充立方体各个面；（2）使用键盘的上下左右控制键旋转立方体；
16．球的光照模型算法
内容：
（1）掌握简单光照模型计算；
（2）球体绘制方法；
功能要求：
（1）绘制球体，给球体施加环境光、漫反射光和镜面反射光；（2）通过右键菜单控制显示效果，右键菜单安排如下：17．立方体纹理映射算法
内容：
（1）国际象棋棋盘纹理的制作；
（2）立方体表面纹理映射方法；
功能要求：
（1）绘制立方体，给立方体添加国际象棋棋盘纹理；
（2）使用键盘的上下左右控制键旋转立方体：
18.编程实现时钟运动
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；
19.实现皮球运动动画
内容：
（1）掌握动画基本原理；
（2）圆的绘制；
功能要求：
圆皮球从某竖直高度以横向速度抛出，落地，弹起，最终静止。

设弹起后所能上升的高度为上一次最大高度的4/5，实现运动轨迹动画；
20．实现太阳系运行动画
内容：
（1）掌握动画基本原理；
（2）实现三维几何变换及其组合；
功能要求：
（1）利用glutWireSphere创建太阳、地球、月亮三个球体；
（2）编写三维旋转变换矩阵实现“月亮绕着地球转，地球绕着太阳转”的效果；
21.动态造型系统
内容：
（1）掌握橡皮筋技术绘制直线、圆；
（2）掌握图形对象的拾取技术；
功能要求：
（1）实现橡皮筋技术绘制直线与圆；
（2）设置两种状态：绘图与编辑。

编辑状态下实现鼠标左键对直线与圆的拾取，按住鼠标左键可以拖动选择对象使其能平移；
22.点在凸多边形内外判定
内容：
掌握点在凸多边形内外判定原理与方法；
功能要求：
（1）使用鼠标指定一组点来定义凸多边形；
（2）使用鼠标指定测试点；
（3）根据测试结果输出“在内部”或“在外部”；
23.椭圆台球桌中台球碰撞模拟
内容：
掌握二维光线跟踪方法；
功能要求：
（1）构建一张椭圆形台球桌；
（2）使用鼠标指定椭圆内的一个随机起点S和方向c；
（3）台球从S点出发，沿方向c按直线前进，遇到球桌边缘返回并沿新方向前进，直到用户按某键中止；
参考文献
（1）计算机图形学实践教程，孔令德编著
（2）计算机图形学。