计算机图形学直线DDA算法和Bresenham算法

实验二: 直线的生成算法的实现班级 08信计2班学号 20080502055 姓名分数一、实验目的和要求:1.理解直线生成的原理；2.掌握几种常用的直线生成算法；3.利用C实现直线生成的DDA算法。

二、实验内容:1.了解直线的生成原理2、掌握几种基本的直线生成算法: DDA画线法、中点画线法、Bresenham画线法。

3、仿照教材关于直线生成的DDA算法, 编译程序。

4.调试、编译、运行程序。

三、实验过程及结果分析1.直线DDA算法:算法原理：已知过端点P0（x0,y0）, P1（x1,y1）的直线段L(P0,P1), 斜率为k=(y1-y0)/(x1-x0), 画线过程从x的左端点x0开始, 向x右端点步进, 步长为1个像素, 计算相应的y坐标为y=kx+B。

计算y i+1 = kx i+B=kx i +B+kx=y i +kx当x=1,yi+1=yi+k, 即当x每递增1, y递增k。

由计算过程可知, y与k可能为浮点数, 需要取y整数, 源程序中round(y）=(int)(y+0.5)表示y四舍五入所得的整数值。

（1）程序代码:#include"stdio.h"#include"graphics.h"void linedda(int x0,int y0,int x1,int y1,int color){int x,dy,dx,y;float m;dx=x1-x0;dy=y1-y0;m=dy/dx;y=y0;for(x=x0;x<=x1;x++){putpixel(x,(int)(y+0.5),color);y+=m;setbkcolor(7);}}main(){int a,b,c,d,e;int graphdriver=DETECT;int graphmode=0;initgraph(&graphdriver,&graphmode,"");a=100;b=100;c=200;d=300;e=5;linedda(a,b,c,d,e);getch();closegraph();}运行结果:2.中点画线算法:假定所画直线的斜率为k∈[0,1], 如果在x方向上增量为1, 则y方向上的增量只能在0~1之间。

直线算法的技巧直线算法是计算机图形学中最基本的算法之一，用于在屏幕上绘制直线。

本文将就直线算法的一些技巧进行详细讲解。

直线算法通常需要一个起始点（x1, y1）和一个终止点（x2, y2），然后在这两个点之间绘制一条直线。

最基本的直线算法是数字微分分析法（DDA）和中点画线法（Bresenham算法）。

这两种算法的核心思想都是利用直线的斜率来进行像素点的逼近。

在使用DDA算法绘制直线时，可以通过增加步长来减少精度损失。

DDA算法的步骤如下：1. 计算斜率：计算直线的斜率m = (y2 - y1) / (x2 - x1)。

2. 判断斜率：判断斜率的绝对值是否在0和1之间。

如果是，我们可以选择在x上递增逼近y或在y上递增逼近x。

3. 增加步长：计算递增的步长，对于长度较大的直线，可以通过增加步长来减少计算数量。

4. 开始绘制：从起始点开始，根据斜率和步长计算下一个要绘制的像素点的坐标。

5. 终止条件：当当前的坐标达到终止点时，终止绘制。

中点画线法（Bresenham算法）是一种更高效的直线算法，它通过使用整数运算和位移来避免了浮点数运算，提高了绘制速度。

Bresenham算法的步骤如下：1. 初始化：初始化起始点（x1, y1）和终止点（x2, y2），并计算dx = x2 - x1 和dy = y2 - y1 。

2. 计算斜率：判断斜率m = dy / dx，以决定使用什么方式增加x和y的值（水平递增或垂直递增）。

3. 计算误差：计算误差项E = -0.5，并对dx和dy进行判断，确定每个点移动时误差项的变化。

若dx > dy，则E += dy；否则，E += dx。

4. 绘制像素点：从起始点开始，每次根据误差项判断，决定是在y上递增还是在x上递增，并根据计算出的新的坐标绘制像素点。

5. 更新误差项：在每次绘制完成后，根据dx和dy更新误差项的值。

6. 终止条件：当当前的坐标达到终止点时，终止绘制。

分别解释直线生成算法dda法,中点画线法和
bresenham法的基本原理
直线生成算法DDA法、中点画线法和Bresenham法的基本原理如下：
1. DDA直线生成算法：基于差分运算的直线生成算法。

通过将直线分割成
若干个相邻的像素点，并按照一定的步长进行逐点绘制，实现直线的绘制。

算法主要涉及到线性插值的思想，即根据已知的两点坐标，通过计算它们之间的差值，然后根据这个差值和步长来确定新的像素点的位置。

2. 中点画线法：一种线段绘制算法，从线段的起点和终点出发，按照一定的规则向终点逐步逼近，并在途中以控制变量的方式得出每个像素点的坐标，从而绘制出所需的线条。

具体实现中，通过计算线段斜率的变化情况，分为斜率小于1和大于等于1两种情况，并采用Bresenham的对称性原理，以中点的颜色来控制每个像素点的生长方向，从而获得较高的绘制效率和图像质量表现。

3. Bresenham算法：通过一系列的迭代来确定一个像素点是否应该被绘制。

对于一条从点(x1,y1)到点(x2,y2)的直线，首先计算出斜率k。

然后，通过比较每个像素点的y值到直线上的y值，来决定哪些像素点应该被绘制。

当斜率k大于等于1时，在x方向上迭代，而对于每个x值，计算出y值，并将像素点(x,y)绘制。

当斜率k小于1时，在y方向上迭代，而对于每个y值，计算出x值，并将像素点(x,y)绘制。

以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅相关文献或咨询数学专业人士。

计算机图形学算法面试题及答案计算机图形学是研究如何使用计算机生成和处理图像的学科。

在图形学算法面试中，面试官通常会问一些关于图形学中常见算法的问题。

这些问题涵盖了基本的数学运算、数据结构和图像处理原理等方面。

以下是一些常见的计算机图形学算法面试题及其答案。

1. Bresenham 线段生成算法是什么？如何优化？Bresenham 线段生成算法是一种用于在离散化的笛卡尔坐标系中生成直线的算法。

它通过寻找最接近理想路径的像素来逐步生成线段。

算法的基本思想是计算连续像素之间的差值，并使用该差值来决定下一个像素的位置。

优化方法包括使用对称性减少计算量、使用整数运算代替浮点运算以提高速度等。

2. DDA 算法和 Bresenham 算法有何区别？DDA (Digital Differential Analyzer) 算法是另一种用于生成直线的算法。

与 Bresenham 算法不同，DDA 算法使用浮点数运算来计算每个像素的坐标。

这使得 DDA 算法更易于理解和实现，但在处理大量像素时，速度较慢。

3. 什么是光线追踪算法？光线追踪算法是一种用于生成逼真图像的渲染算法。

它通过模拟光线在场景中的传播路径，计算光线与物体交互的方式来生成图像。

与传统的基于多边形的渲染算法不同，光线追踪算法可以模拟更复杂的光照效果，如阴影、反射、折射等。

4. 什么是均值漂移算法？均值漂移算法是一种用于图像分割和聚类的算法。

它通过对数据点周围的局部密度进行估计，将相似的数据点聚集到一起，从而实现图像的分割。

算法的基本原理是通过不断移动数据点的均值来逐步收敛于聚类的中心。

5. 傅里叶变换在图形学中有哪些应用？傅里叶变换在图形学中有广泛的应用。

其中一种常见的应用是图像滤波。

通过将图像转换到频域进行滤波，可以实现图像的模糊、锐化、边缘检测等效果。

另外，傅里叶变换还可以用于纹理分析、形状匹配等图形学任务。

6. 列举几种曲线插值算法。

曲线插值是一种通过已知点来近似生成曲线的技术。

实验1直接绘制实验(提示：#表示Project的编号，##表示Project题目)学号姓名上交时间1.问题描述如何利用OpenGL实现直线光栅化的DDA算法、中点画线算法和Bresenham算法2.算法描述DDA算法：据直线公式y = kx + b来推导出来的，其关键之处在于如何设定单位步进，即一个方向的步进为单位步进，另一个方向的步进必然是小于1。

中点划线法：在画直线段的过程中，当前像素点为（xp ,yp )，下一个像素点有两种可选择点P1(xp +1,yp )或P2(xp +1,yp +1)。

若M=(xp +1,yp +0.5)为P1与P2之中点，Q 为P理想直线与x=xp +1垂线的交点。

当M在Q的下方，则P2应为下一个像素点；M在Q的上方，应取P1为下一个像素点。

Bresenham算法：过各行、各列像素中心构造一组虚拟网格线，按直线从起点到终点的顺序计算直线各垂直网格线的交点，然后确定该列像素中与此交点最近的像素。

实验结果成功运行三个算法，并且能转换出通用Bresenham算法。

3.分析与评论(分析每个算法的运行时间，对你的本实验的工作进行评论，同时也可以对老师提出建议。

)附录: Source Code(in C)#include <GL/glut.h> //需要正确安装GLUT，安装方法如预备知识中所述void myDisplay(void){glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glColor3f (1.0f, 1.0f, 1.0f);glRectf(-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.5f);glBegin (GL_TRIANGLES);glColor3f (1.0f, 0.0f, 0.0f); glVertex2f (0.0f, 1.0f);glColor3f (0.0f, 1.0f, 0.0f); glVertex2f (0.8f, -0.5f);glColor3f (0.0f, 0.0f, 1.0f); glVertex2f (-0.8f, -0.5f);glEnd ();glColor3f(1,0,0);glBegin(GL_LINE_LOOP);glVertex2f (0.0f, 0.5f);glVertex2f (0.4f, -0.25f);glVertex2f (-0.4f, -0.25f);glEnd ();glPointSize(3);glBegin (GL_POINTS);glColor3f (1.0f, 0.0f, 0.0f); glVertex2f (-0.4f, -0.4f);glColor3f (0.0f, 1.0f, 0.0f); glVertex2f (0.0f, 0.0f);glColor3f (0.0f, 0.0f, 1.0f); glVertex2f (0.4f, 0.4f);glEnd ();glFlush();}int main(intargc, char *argv[]){glutInit(&argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);glutInitWindowPosition(100, 100);glutInitWindowSize(400, 400);glutCreateWindow("Hello World!");glutDisplayFunc(&myDisplay);glutMainLoop();return 0;}通用算法:int Sign(int n){if(n>0) return 1;if(n==0) return 0;if(n<0) return -1;}void Bresenham(int x0,int y0,int x1,int y1,void (*setPixel)(intx,int y)){ int x,y,dx,dy,s1,s2,temp=0,interchange;x=x0; y=y0;dx=abs(x1-x0); dy=abs(y1-y0);s1=Sign(x1-x0); s2=Sign(y1-y0);if(dy>dx){temp=dx; dx=dy; dy=temp;interchange=1;}elseinterchange=0;int e=2*dy-dx;for(inti=1;i<=dx;++i){setPixel(x,y);while(e>0){if(interchange==1)x=x+s1;elsey=y+s2;e=e-2*dx;}if(interchange==1)y=y+s2;elsex=x+s1;e=e+2*dy;}}(以上是实验报告的最小要求，以后可以会根据各个Project的不同情况增加内容。

简述画直线的几种操作方式一、概述画直线是计算机图形学中的基本操作之一，通常用于绘制线条、边框等。

在计算机图形学中，有多种方式可以实现画直线的功能。

本文将介绍几种常见的画直线操作方式。

二、DDA算法DDA算法是一种基本的画直线算法，它采用逐点比较的方式来确定像素点的位置。

具体实现过程如下：1. 计算出两个端点之间的斜率k；2. 根据斜率k确定每个像素点在x轴和y轴上移动的距离；3. 从起始点开始，不断计算下一个像素点的位置，并在屏幕上绘制。

优点：实现简单，适用于硬件实现。

缺点：精度不高，容易出现锯齿状。

三、Bresenham算法Bresenham算法是另一种常见的画直线算法，它采用整数运算来确定像素点位置。

具体实现过程如下：1. 计算出两个端点之间的斜率k；2. 根据斜率k确定每个像素点在x轴和y轴上移动的距离；3. 从起始点开始，根据当前位置和误差值选择下一个像素点，并在屏幕上绘制。

优点：精度高，画出的直线平滑。

缺点：实现复杂，不适用于硬件实现。

四、中点画线算法中点画线算法是一种基于Bresenham算法的改进版，它通过引入中点来减少计算量。

具体实现过程如下：1. 计算出两个端点之间的斜率k；2. 根据斜率k确定每个像素点在x轴和y轴上移动的距离；3. 从起始点开始，根据当前位置和误差值选择下一个像素点，并在屏幕上绘制；4. 在误差值发生变化时，更新中点的位置。

优点：精度高，计算量较小。

缺点：实现复杂，不适用于硬件实现。

五、直线段裁剪直线段裁剪是指将一条直线段截取为位于窗口内部的一段直线。

常见的裁剪算法有Cohen-Sutherland算法和Liang-Barsky算法。

Cohen-Sutherland算法将窗口分为九个区域，并通过比较端点与窗口边界的关系来确定哪些部分需要保留。

Liang-Barsky算法则通过计算交点来确定截取后的直线段。

六、总结以上介绍了几种常见的画直线操作方式，包括DDA算法、Bresenham算法、中点画线算法以及直线段裁剪算法。

计算机图形学实验指导书袁科计算机技术实验中心目录实验一实现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】1、数字微分法(Digital Differential Analyzer，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|≥1：2、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。

直线光栅化代码直线是计算机图形学中基础的图形元素之一，其栅化算法是计算机图形学中的重要基础部分。

本文将介绍两种直线栅化方法：DDA算法和Bresenham算法。

DDA算法DDA算法是最简单的直线栅化算法，它的基本思想是，将直线段分成N个区间，然后在每个区间中计算像素颜色值，从而得到直线的近似表示。

每个区间的斜率相同，因此只需求得一个斜率即可推导出整条直线的坐标。

DDA算法的基本步骤如下：（1）确定两点P1和P2的坐标（x1，y1）和（x2，y2），并计算出它们之间的水平和竖直距离dx和dy。

（2）计算斜率k，k=dy/dx，如果dx=0，则直线垂直于x轴。

（3）计算像素颜色值。

（4）将坐标设置为下一个像素的位置。

DDA算法的缺点是计算量较大，因为需要使用除法运算，而此类运算在大多数计算机上较为耗时。

Bresenham算法Bresenham算法是一种高效的直线栅化算法，其基本思想是利用斜率进行逐像素的计算，以确定直线上每个像素的颜色值。

（3）初始化p=2dy-dx，p是误差项。

如果p>0，则坐标y加一，并更新p=p+2dy-2dx；如果p<=0，则不变，并更新p=p+2dy。

（4）在每个步骤中，将x坐标加1，并更新p=p+2dy-2dx。

（5）重复步骤3和4直到x2被达到为止。

Bresenham算法的优点是计算量小且速度较快，因为只需要进行加法运算和比较运算。

它可以用于画出线条，圆和椭圆等图形。

总结DDA算法和Bresenham算法是计算机图形学中常用的直线栅化算法。

DDA算法基于斜率的概念，使用除法运算计算直线的坐标，适用于在小范围内完成直线栅化。

Bresenham算法利用误差项的概念进行逐像素的计算，适用于在大规模范围内完成直线栅化。

两种直线栅化算法均具有其优点和缺点，可以依据实际需求选用适当的算法。

分别解释直线生成算法dda法、中点画线法和bresenham法的基本原理DDA直线生成算法、中点画线法和Bresenham法都是计算机图形学中用于生成直线的算法。

以下是这三种算法的基本原理：1.DDA直线生成算法（Digital Differential Analyzer）：DDA算法是一种基于差分运算的直线生成算法。

其基本原理是，通过计算直线起点和终点之间的差值（横向差值dx 和纵向差值dy），并根据步长来决定下一个像素点的位置。

算法首先确定差值中绝对值较大的一方作为基准，步长设为1，另一方则按比例进行调整，以保持线段的斜率不变。

在实现过程中，DDA算法需要遍历每一个像素点，根据差值的正负和大小来确定新像素点的位置。

2.中点画线法：中点画线法的基本原理是，通过计算线段上当前像素点与相邻两个像素点构成的线段与理想直线的距离，来决定下一个像素点的位置。

具体实现时，设定线段的中点为M，理想直线与线段的交点为Q。

通过比较M和Q的位置关系来确定下一个像素点：若M在Q上方，则取上方的像素点为下一个点；若M在Q下方，则取下方的像素点为下一个点；若M与Q重合，则可任意选择上方或下方的像素点。

中点画线法以中点M作为判别标志，逐点生成直线。

3.Bresenham法：Bresenham算法的原理是基于直线的斜率和截距来计算每个像素点的位置。

在计算机屏幕上，每个像素点都有一个坐标值。

Bresenham算法通过计算直线上每个像素点的坐标值来绘制直线，避免了使用浮点数运算，从而提高了计算效率。

在实现过程中，Bresenham算法根据直线的斜率以及当前像素点的位置，计算出下一个像素点的位置，并逐点绘制出直线。

《计算机图形学》实验报告一、实验目的计算机图形学是一门研究如何利用计算机生成、处理和显示图形的学科。

通过本次实验，旨在深入理解计算机图形学的基本原理和算法，掌握图形的生成、变换、渲染等技术，并能够运用所学知识解决实际问题，提高对图形学的应用能力和编程实践能力。

二、实验环境本次实验使用的编程语言为 Python，使用的图形库为 Pygame。

开发环境为 PyCharm。

三、实验内容1、直线的生成算法DDA 算法（Digital Differential Analyzer）Bresenham 算法DDA 算法是通过计算直线的斜率来确定每个像素点的位置。

它的基本思想是根据直线的斜率和起始点的坐标，逐步计算出直线上的每个像素点的坐标。

Bresenham 算法则是一种基于误差的直线生成算法。

它通过比较误差值来决定下一个像素点的位置，从而减少了计算量，提高了效率。

在实验中，我们分别实现了这两种算法，并比较了它们的性能和效果。

2、圆的生成算法中点画圆算法中点画圆算法的核心思想是通过判断中点的位置来确定圆上的像素点。

通过不断迭代计算中点的位置，逐步生成整个圆。

在实现过程中，需要注意边界条件的处理和误差的计算。

3、图形的变换平移变换旋转变换缩放变换平移变换是将图形在平面上沿着指定的方向移动一定的距离。

旋转变换是围绕一个中心点将图形旋转一定的角度。

缩放变换则是改变图形的大小。

通过矩阵运算来实现这些变换，可以方便地对图形进行各种操作。

4、图形的填充种子填充算法扫描线填充算法种子填充算法是从指定的种子点开始，将相邻的具有相同颜色或属性的像素点填充为指定的颜色。

扫描线填充算法则是通过扫描图形的每一行，确定需要填充的区间，然后进行填充。

在实验中，我们对不同形状的图形进行了填充，并比较了两种算法的适用情况。

四、实验步骤1、直线生成算法的实现定义直线的起点和终点坐标。

根据所选的算法（DDA 或Bresenham）计算直线上的像素点坐标。

实验名称 DDA 法，中点法，Bresenham 法画直线一、实验目的学会用DDA 法，中点法，Bresenham 法这三种思想画直线，同时，对画直线的操作有一定的了解。

二、实验原理及内容1. DDA 法的基本思想如下：已知过端点P0(x0,y0) , P1(x1,y1)的直线段L ：y=kx+b ,直线斜率为k=(y1-y0)/x1-x0 ,从x 的左端点x0开始，向x 右端点步进。

步长=1(个象素)，计算相应的y 坐标y=kx+b ；取象素点(x, round(y))作为当前点的坐标。

2. 中点法的基本思想如下：当前象素点为(xp, yp) 。

下一个象素点为P1 或P2 。

设M=(xp+1, yp+0.5)，为p1与p2之中点，Q 为理想直线与x=xp+1垂线的交点。

将Q 与M 的y 坐标进行比 较。

当M 在Q 的下方，则P2 应为下一个象素点；M 在Q 的上方，应取P1为下一点。

构造判别式:d=F(M)=F(xp+1,yp+0.5)=a(xp+1)+b(yp+0.5)+c ,其中a=y0-y1, b=x1-x0, c=x0y1-x1y0当d<0，M 在L(Q 点)下方，取右上方P2为下一个象素；当d>0，M 在L(Q 点)上方，取右方P1为下一个象素；当d=0，选P1或P2均可，约定取P1为下一个象素；但这样做，每一个象素的计算量是4个加法，两个乘法。

采用增量算法改进如下：d 是xp, yp 的线性函数，因此可采用增量计算，提高运算效率。

若当前象素处于d 0情况，则取正右方象素P1 (xp+1, yp), 要判下一个象素位置，应计算d1=F(xp+2, yp+0.5)=a(xp+2)+b(yp+0.5)+c=d+a ； 增量为a ，若d<0时，则取右上方象素P2 (xp+1, yp+1)。

要判断再下一象素，则要计算d2= F(xp+2, yp+1.5)=a(xp+2)+b(yp+1.5)+c=d+a+b ；增量为a ＋b画线从(x0, y0)开始，d 的初值d0=F(x0+1, y0+0.5)=F(x0, y0)+a+0.5b =a+0.5b 。

实验一直线生成算法一、实验目的及要求：1．学习C语言的基本绘图方法；2. 实习直线基本生成算法；3．了解光栅图形显示器的工作原理和特点；4．掌握课本所介绍的图形算法的原理和实现。

5. 基于光栅图形显示器，在c环境中使用基本图形生成算法画根粗细不同的直线。

1.）写出完整的DDA画线算法程序，使其可以画任意直线；2.）写出完整的中点画线算法程序，使其可以画任意直线；3．）写出完整的Breaenham画线程序，使其可以画任意直线；二、理论基础：1、DDA算法：实现的关键是如何步进和步进的方向：步进的正或负，决定能否正确的到达终点。

步进的大小：它控制了变化最大的步进，令其为单位步进，而另一个方向的步进必小于1 ，这样不论斜率|m|≤1否，都会使直线的亮度均匀。

依公式：则下一点坐标为：2、中点画法：假设x坐标为xp的各像素点中，与直线最近者已确定，为（xp,yp)。

那么，下一个与直线最近的像素只能是正右方的P1(xp+1,yp)或右上方的P2（xp+1,yp+1)两者之一。

再以M表示P1与P2的中点，即M=（xp+1,yp+0.5)。

又设Q是理想直线与垂直线x=xp+1的交点。

若M在Q的下方，则P2离直线近，应取为下一个像素；否则应取P1。

3、Bresenham算法：假设我们需要由 (x0, y0) 这一点，绘画一直线至右下角的另一点(x1, y1)，x,y分别代表其水平及垂直座标。

在此我们使用电脑系统常用的座标系，即x座标值沿x轴向右增长，y座标值沿y轴向下增长。

因此x及y之值分别向右及向下增加，而两点之水平距离为x1 − x0且垂直距离为y1-y0。

由此得之，该线的斜率必定介乎于1至0之间。

而此算法之目的，就是找出在x0与x1之间，第x行相对应的第y列，从而得出一像素点，使得该像素点的位置最接近原本的线。

三、算法设计与分析：1、DDA算法：(1)已知过端点P0 (x0, y0), P1(x1, y1)的直线段L ：y=kx+b(2)直线斜率为 :k=(y1-y0)/(x1-x0)(3)Xi+1=Xi+ε*ΔXYi+1=Yi+ε*ΔY 其中，ε=1/max(|ΔX|,|ΔY|)max(|ΔX|,|ΔY|)= |ΔX| (|k|<=1)|ΔY| (|k|>1)(4)|k|<=1时：Xi+1=Xi+(或-)1Yi+1=Yi+(或-)k|k|>1时：Xi+1=Xi+(或-)1/kYi+1=Yi+(或-)1这种方法直观，但效率太低，因为每一步需要一次浮点乘法和一次舍入运算。

#include<windows.h>#include<gl/glut.h>#include"stdio.h"int m_PointNumber = 0; //动画时绘制点的数目int m_DrawMode = 1; //绘制模式 1 DDA算法画直线// 2 中点Bresenham算法画直线// 3 改进Bresenham算法画直线// 4 八分法绘制圆// 5 四分法绘制椭圆//绘制坐标线void DrawCordinateLine(void){int i = -250 ;//坐标线为黑色glColor3f(0.0f, 0.0f ,0.0f);glBegin(GL_LINES);for (i=-250;i<=250;i=i+10){glVertex2f((float)(i), -250.0f);glVertex2f((float)(i), 250.0f);glVertex2f(-250.0f, (float)(i));glVertex2f(250.0f, (float)(i));}glEnd();}//绘制一个点，这里用一个正方形表示一个点void putpixel(GLsizei x, GLsizei y){glRectf(10*x,10*y,10*x+10,10*y+10);}/////////////////////////////////////////////////////////////////////DDA画线算法 //// //// //// /////////////////////////////////////////////////////////////////////void DDACreateLine(GLsizei x0, GLsizei y0, GLsizei x1, GLsizei y1, GLsizei num) {//设置颜色glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);//对画线动画进行控制if(num == 1)printf("DDA画线算法：各点坐标\n");else if(num==0)return;//画线算法的实现GLsizei dx,dy,epsl,k;GLfloat 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 / epsl ;yIncre = (float)dy / epsl ;for(k = 0; k<=epsl; k++){putpixel((int)(x+0.5), (int)(y+0.5));if (k>=num-1) {printf("x=%f , y=%f,取整后 x=%d,y=%d\n", x, y, (int)(x+0.5),(int)(y+0.5));break;}x += xIncre;y += yIncre;if(x >= 25 || y >= 25) break;}}/////////////////////////////////////////////////////////////////////中点Bresenham算法画直线(0<=k<=1) //// //// //// /////////////////////////////////////////////////////////////////////void BresenhamLine(GLsizei x0, GLsizei y0, GLsizei x1, GLsizei y1, GLsizei num){glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);if(num == 1)printf("中点Bresenham算法画直线各点坐标及判别式的值\n");else if(num==0)return;//画线算法的实现GLsizei p=0;GLfloat UpIncre,DownIncre,x,y,d,k,dx,dy;if(x0>x1){x=x1;x1=x0;x0=x;y=y1;y1=y0;y0=y;}x=x0;y=y0;dx=x1-x0;dy=y1-y0;k=dy/dx;if(k>=0&&k<=1){d=dx-2*dy;UpIncre=2*dx-2*dy;DownIncre=-2*dy;while(x<=x1){putpixel(x,y);if (p>=num-1) {printf("x=%d,y=%d\n", x, y);break;}p++;x++;if(d<0){y++;d+=UpIncre;}else d+=DownIncre;}}if(k>1){d=dy-2*dx;UpIncre=2*dy-2*dx;DownIncre=-2*dx;while(y<=y1){putpixel(x,y);if (p>=num-1) {printf("x=%d,y=%d\n", x, y);break;}p++;y++;if(d<0){x++;d+=UpIncre;}else d+=DownIncre;}}if(k<0&&k>=-1){d=dx-2*dy;UpIncre=-2*dy;DownIncre=-2*dx-2*dy;while(x<=x1){putpixel(x,y);if (p>=num-1) {printf("x=%d,y=%d\n", x, y);break;}p++;x++;if(d>0){y--;d+=DownIncre;}else d+=UpIncre;}}if(k<-1){d=-dy-2*dx;UpIncre=-2*dx-2*dy;DownIncre=-2*dx;while(y>=y1){putpixel(x,y);if (p>=num-1) {printf("x=%d,y=%d\n", x, y);break;}p++;y--;if(d<0){x++;d+=UpIncre;}else d+=DownIncre;}}}/////////////////////////////////////////////////////////////////////改进的Bresenham算法画直线(0<=k<=1) //// //// x1,y1 终点坐标 //// /////////////////////////////////////////////////////////////////////void Bresenham2Line(GLsizei x0, GLsizei y0, GLsizei x1, GLsizei y1, GLsizei num) {glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);GLsizei x,y,dx,dy,e,k;if(num == 1)printf("改进的Bresenham算法画直线各点坐标及判别式的值\n");else if(num==0)return;//画线算法的实现GLsizei p=0;if(x0>x1){x=x1;x1=x0;x0=x;y=y1;y1=y0;y0=y;}dx=x1-x0;dy=y1-y0;k=dy/dx;if(k>=0&&k<=1){e=-dx;x=x0;y=y0;while(x<=x1){putpixel(x,y);if (p>=num-1) {printf("x=%d,y=%d\n", x, y);break;}p++;x++;e=e+2*dy;if(e>0){y++;e=e-2*dx;}}}if(k>1){e=-dy;x=x0;y=y0;while(y<=y1){putpixel(x,y);if (p>=num-1) {printf("x=%d,y=%d\n", x, y);break;}p++;y++;e=e+2*dx;if(e>0){x++;e=e-2*dy;}}}if(k<0&&k>=-1){e=-dx;x=x0;y=y0;while(x<=x1){putpixel(x,y);if (p>=num-1) {printf("x=%d,y=%d\n", x, y);break;}p++;x++;e=e+2*dy;if(e<0){y--;e=e+2*dx;}}}if(k<-1){e=-dy;x=x0;y=y0;while(y>=y1){putpixel(x,y);if (p>=num-1) {printf("x=%d,y=%d\n", x, y);break;}p++;y--;e=e-2*dx;if(e<0){x++;e=e-2*dy;}}}}///////////////////////////////////////////////////////////Bresenham算法画圆 //// //// //// ///////////////////////////////////////////////////////////void CirclePoint(GLsizei x,GLsizei y){ putpixel(x,y);putpixel(x,-y);putpixel(y,-x);putpixel(-y,-x);putpixel(-x,-y);putpixel(-x,y);putpixel(-y,x);putpixel(y,x);}void BresenhamCircle(GLsizei x, GLsizei y, GLsizei R, GLsizei num) {glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);GLsizei d;x=0;y=R;d=1-R;if(num == 1)printf("Bresenham算法画圆：各点坐标及判别式的值\n");else if(num==0)return;while(x<=y){CirclePoint(x,y);if (x>=num-1) {printf("x=%d,y=%d,d=%d\n", x, y,d);break;}if(d<0)d+=2*x+3;else{d+=2*(x-y)+5;y--;}x++;}}void Bresenham2Circle(GLsizei a,GLsizei b,GLsizei num){glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);if(num==1)printf("Bresenham算法画椭圆：各点坐标及判别式的值\n");else if(num==0)return;GLsizei x,y;float d1,d2;x=0;y=b;d1=b*b+a*a*(-b+0.5);putpixel(x,y); putpixel(-x,-y);putpixel(-x,y);putpixel(x,-y);while(b*b*(x+1)<a*a*(y-0.5)){if (x>=num-1) {printf("x=%d,y=%d,d1=%d\n", x, y,d1);break;}if(d1<=0){d1+=b*b*(2*x+3);x++;}else{d1+=b*b*(2*x+3)+a*a*(-2*y+2);x++;y--;}putpixel(x,y); putpixel(-x,-y);putpixel(-x,y);putpixel(x,-y);}//while上半部分d2=b*b*(x+0.5)*(x+0.5)+a*a*(y-1)*(y-1)-a*a*b*b;while(y>0){if (x>=num-1) {printf("x=%d,y=%d,d2=%d\n", x, y,d2);break;}if(d2<=0){d2+=b*b*(2*x+2)+a*a*(-2*y+3);x++;y--;}else{d2+=a*a*(-2*y+3);y--;}putpixel(x,y); putpixel(-x,-y);putpixel(-x,y);putpixel(x,-y);}}//初始化窗口void Initial(void){// 设置窗口颜色为蓝色glClearColor(0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f);}// 窗口大小改变时调用的登记函数void ChangeSize(GLsizei w, GLsizei h){if(h == 0) h = 1;// 设置视区尺寸glViewport(0,0, w, h);// 重置坐标系统glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();// 建立修剪空间的范围if (w <= h)glOrtho (-250.0f, 250.0f, -250.0f, 250.0f*h/w, 1.0, -1.0);elseglOrtho (-250.0f, 250.0f*w/h, -250.0f, 250.0f, 1.0, -1.0);}// 在窗口中绘制图形void ReDraw(void){//用当前背景色填充窗口glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);//画出坐标线DrawCordinateLine();switch(m_DrawMode){case 1:DDACreateLine(0,0,20,15,m_PointNumber);break;case 2:BresenhamLine(0,0,-20,15,m_PointNumber);break;case 3:Bresenham2Line(1,1,8,6,m_PointNumber);break;case 4:BresenhamCircle(0,0,20,m_PointNumber);break;case 5:Bresenham2Circle(10,8,m_PointNumber);default:break;}glFlush();}//设置时间回调函数void TimerFunc(int value){if(m_PointNumber == 0)value = 1;m_PointNumber = value;glutPostRedisplay();glutTimerFunc(500, TimerFunc, value+1);}//设置键盘回调函数void Keyboard(unsigned char key, int x, int y) {if (key == '1') m_DrawMode = 1;if (key == '2') m_DrawMode = 2;if (key == '3') m_DrawMode = 3;if (key == '4') m_DrawMode = 4;if (key == '5') m_DrawMode = 5;m_PointNumber = 0;glutPostRedisplay();}//void main(void)int main(int argc, char* argv[]){glutInit(&argc, argv);//初始化GLUT库OpenGL窗口的显示模式glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);glutInitWindowSize(600,600);glutInitWindowPosition(100,100);glutCreateWindow("基本图元绘制程序);glutDisplayFunc(ReDraw);glutReshapeFunc(ChangeSize);glutKeyboardFunc(Keyboard);//键盘响应回调函数glutTimerFunc(500, TimerFunc, 1);// 窗口初始化Initial();glutMainLoop(); //启动事件处理循环return 0;}。

分别解释直线生成算法dda法、中点画线法和bresenham法
的基本原理。

一、DDA（Digital Differential Analyzer）法
DDA法是一种基于像素的直线生成算法，其基本原理是通过在直线的每个像素点上应用微分关系来计算出该点的位置。

具体来说，首先选择一个起始点，然后在直线上每隔一个像素点进行微分计算，得到该点相对于前一个点的增量。

在直线的终点处，由于没有前一个点的信息，需要使用特殊的方法进行处理。

DDA法生成的线条在视觉上较为平滑，且无需进行线条绘制。

二、中点画线法
中点画线法是一种基于连续点的直线生成算法，其基本原理是每隔一定数量的点在直线上绘制一个点，以生成直线。

该算法的优点是计算量较小，适用于实时性要求较高的场景。

但是，由于该算法生成的线条不够平滑，因此在一些对线条质量要求较高的场景下可能无法满足要求。

三、Bresenham法
Bresenham法是一种基于二进制运算的直线生成算法，其基本原理是通过比较相邻像素之间的灰度级差异来决定线条的绘制。

算法首先确定直线的起点和终点，然后根据灰度级差异的大小和二进制运算的特点，确定在直线上绘制点的位置。

Bresenham法生成的线条在视觉上较为清晰，且具有较好的连续性。

同时，由于该算法采用了二进制运算，因此在处理大量数据时具有较高的效率。

总结：DDA法、中点画线法和Bresenham法是常用的直线生成算法，每种算法都有其适用的场景和优缺点。

在实际应用中，需要根据具体需求和场景选择合适的算法，以达到最佳的直线生成效果。

CAD设计中的曲线生成算法曲线是CAD设计中常用的图形元素，能够表达出复杂的形状和曲率。

而实现曲线的生成则需要依赖于曲线生成算法。

本文将介绍CAD设计中常用的曲线生成算法，并分析它们的原理和使用场景。

一、直线段生成算法直线段是最基本的曲线元素，广泛应用于CAD设计中。

常见的直线段生成算法有DDA算法和Bresenham算法。

1. DDA算法DDA（Digital Differential Analyzer）算法是一种简单的直线生成算法。

它通过确定起点和终点，每次沿着斜率较大的方向前进一个单位，并根据斜率确定在垂直方向上前进的距离，从而逐步生成直线段。

2. Bresenham算法Bresenham算法是一种基于整数运算的直线生成算法，它通过维护一个决策变量来判断下一个像素点的位置，并通过调整决策变量的值来实现曲线的生成。

相较于DDA算法，Bresenham算法具有更高的计算效率和精度。

二、曲线生成算法1. Bezier曲线Bezier曲线是一种二次或三次的曲线，它由起点、终点和两个或三个控制点确定。

Bezier曲线的生成可以使用递推的方式实现，其中二次Bezier曲线的生成可以通过插值方式计算，三次Bezier曲线的生成可以通过分割与递归方式计算。

2. B样条曲线B样条曲线是一种基于多个控制点的曲线，它通过控制点的位置和权值来确定曲线的形状。

B样条曲线的生成可以使用递推的方式实现，其中常用的B样条曲线生成算法有de Boor算法和NURBS算法。

三、曲线生成算法的应用场景1. 工业设计在工业设计中，曲线生成算法能够帮助设计师绘制出各种复杂的曲线形状，如汽车外观曲线、产品造型曲线等。

通过选择合适的曲线生成算法，设计师可以实现精确的曲线绘制。

2. 建筑设计在建筑设计中，曲线生成算法常用于生成建筑物与构件的曲线轮廓，如弧形门窗、曲线墙面等。

曲线生成算法能够精确计算出曲线的坐标点，为建筑设计提供便利。

3. 动画与游戏在动画与游戏开发中，曲线生成算法常用于创建人物与物体的自然运动轨迹、特效以及路径寻优等。