OpenGL 计算机图形学

计算机图形学实验报告
在计算机图形学课程中，实验是不可或缺的一部分。

通过实验，我们可以更好地理解课程中所学的知识，并且在实践中掌握这些
知识。

在本次实验中，我学习了如何使用OpenGL绘制三维图形，并了解了一些基本的图形变换和视图变换。

首先，我们需要通过OpenGL的基本命令来绘制基本图形，例
如线段、矩形、圆等。

这些基本的绘制命令需要首先设置OpenGL 的状态，例如绘制颜色、线段宽度等，才能正确地绘制出所需的
图形。

然后，在实验中我们学习了图形的变换。

变换是指通过一定的
规则将图形的形状、位置、大小等进行改变。

我们可以通过平移、旋转、缩放等变换来改变图形。

变换需要按照一定的顺序进行，
例如先进行旋转再进行平移等。

在OpenGL中，我们可以通过设
置变换矩阵来完成图形的变换。

变换矩阵包含了平移、旋转、缩
放等信息，通过矩阵乘法可以完成图形的复合变换。

最后，视图变换是指将三维场景中的图形投影到二维平面上，
成为我们所见到的图形。

在实验中，我们学习了透视投影和正交
投影两种方式。

透视投影是指将场景中的图形按照视点不同而产
生不同的远近缩放，使得图形呈现出三维感。

而正交投影则是简单地将场景中的图形按照平行投影的方式呈现在屏幕上。

在OpenGL中，我们可以通过设置视图矩阵和投影矩阵来完成视图变换。

通过本次实验，我对于计算机图形学有了更深入的了解，并掌握了一些基本的图形绘制和变换知识。

在今后的学习中，我将继续学习更高级的图形绘制技术，并应用于实际的项目中。

学生实验实习报告册学年学期：2016-2017学年 春□√秋学期课程名称：大学计算机基础学生学院：通信与信息工程学院专业班级：学生学号：学生姓名：联系电话：重庆邮电大学教务处印制实验实习名OpenGL基本使用指导教师秦红星考核成绩课程名称计算机图形学A 课程编号实验实习地点信息科技大厦S306 完成日期学生姓名学生学号学院专业广电与数字媒体类所在班级教师评语教师签名：年月日一、实验实习目的及要求目的：认识了解OpenGL的性质、功能要求：1.利用OpenGL绘制一个简单的场景：比如球体、正方体2.加入灯光3.实现交互操作：平移、缩放、旋转二、实验实习设备（环境）及要求（软硬件条件）采用Microsoft Visual C 2010生成环境并用C++编写程序三、实验实习内容与步骤内容：背景为黑色，在点光源下，能够实现平移、缩放、旋转的球。

步骤：建立立体-->添加光照-->添加变换1.先写“主函数”，在主函数中将窗口生成好。

2.在“自定义函数1”中对窗口进行清除、填色等操作。

3.在“自定义函数1”中设置点光源，设置光照的各种参数。

4.在“自定义函数1”中设置平移、缩放、旋转及各参数。

5.在“自定义函数2”中设置平移和缩放的循环。

6.在主函数中调用这两个自定义函数，并且在主函数里面用“自定义函数1”为参数调用glutDisplayFunc()来注册一个绘图函数。

其次用空闲回调函数glutIdleFunc()来使球体不停地循环有缩放、平移功能的函数。

实现动画。

四、实验实习过程或算法（源程序、代码）#include<GL/glut.h>GLfloat angle = 0.0f;GLfloat multiply = 0.0f;void display(void){glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f); //设置窗口里面的背景颜色glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();gluPerspective(90.0f, 1.0f, 1.0f, 20.0f);glLoadIdentity();gluLookAt(0.5, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);{//设置一个点光源GLfloat light_position[] = { 0.5f,0.0f,0.0f,1.0f };//（xyzw）w为1时代表点光源，0时代表方向光源GLfloat light_ambient[] = { 0.5f,0.5f,0.5f,1.0f };//（0001）GLfloat light_diffuse[] = { 1.0f,1.0f,1.0f,1.0f };//（1111）GLfloat light_specular[] = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f };//（1111）glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient);//光源环境光强值glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse);//光源漫反射强值glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular);//光源镜面反射强值glEnable(GL_LIGHT0);//打开该光源glEnable(GL_LIGHTING);//打开光照}{glRotatef(angle, 0.0f, 1.0f, 0.0f);glTranslatef(0.0f, 0.0f, 0.6f); //平移glScaled(multiply, multiply, multiply); //缩放glutSolidSphere(0.2, 50, 50);}glutSwapBuffers();}void rotateAndzoom(void) //旋转和缩放{angle += 1.0f;if (angle >= 360.0f)angle = 0.0f;display();//设置旋转multiply += 0.01f;if (multiply >= 2.0f)// multiply -= 0.01f;//if (multiply <= 1.0f)multiply = 1.0f;display();//设置缩放}int main(int argc, char* argv[]){glutInit(&argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE);glutInitWindowPosition(400, 50);glutInitWindowSize(800, 800);glutCreateWindow("立体");glutDisplayFunc(&display);glutIdleFunc(&rotateAndzoom);//旋转glutMainLoop();//调用该函数启动程序，所有以创建的窗口将会显示return 0;}五、实验实习结果分析和（或）源程序调试过程实验实习名直线扫面和区域填充实现指导教师考核成绩课程名称课程编号实验实习地点完成日期学生姓名学生学号学院专业通信与信息工程学院广电与数字媒体类所在班级教师评语教师签名：年月日一、实验实习目的及要求项目目的：熟悉光栅图形学中的相关算法项目要求：1.应用OpenGL点绘制函数直线与区域2.采用直线扫面算法绘制一条线段，直线有离散点组成3.利用区域填充算法绘制多边形区域，区域由离散点组成二、实验实习设备（环境）及要求（软硬件条件）采用Microsoft Visual C 2010生成环境并用C++编写程序三、实验实习内容与步骤内容：1.用DDA算法实现点绘制直线。

OpenGL学习笔记：三维数学基础（⼀）坐标系、向量、矩阵接触OpenGL和计算机图形学有⼀段时间了，⼀直想写⼀点东西，记录⾃⼰的学习历程，或许也能够为有意愿向计算机图形学发展的菜鸟们提供⼀条捷径。

闲话不多说，本章主要介绍计算机图形学中三维数学的⼀些基础知识，主要包括2D、3D笛卡尔坐标系，向量、矩阵的数学和⼏何意义以及公式。

由于篇幅限制，其中的推导过程本⽂不作叙述，感兴趣的读者可以去看《3D数学基础+图形与游戏开发》，已上传，链接地址在本⽂末尾。

⼀、计算机图形学计算机图形学（Computer Graphics）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。

其⼴泛应⽤于游戏、动画、仿真、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等领域。

在数学之中，研究⾃然数和整数的领域称为离散数学，研究实数的领域称作连续数学。

在计算机图形学中，为虚拟世界选择度量单位的关键是选择离散的精度。

⼀种错误的观点认为short、int是离散的，⽽float、double是连续的，⽽事实上，这些数据类型都是离散的。

于是，计算机图形学有如下准则：计算机图形学第⼀准则：近似原则——如果它看上去是对的，它就是对的。

⼆、笛卡尔坐标系2D笛卡尔坐标系是⼀个精确定位点的框架。

2D坐标的标准表⽰法是(x,y)，相信⼤家初中都学过。

⼀般，标准的笛卡尔坐标系是x轴向右，y轴向上。

⽽计算机图形学中的屏幕坐标往往是x轴向右，y轴向下。

如图1所⽰。

图1：2D笛卡尔坐标系和2D屏幕坐标系3D笛卡尔坐标系类似，增加了第三个维度，z轴。

3D坐标系分为完全不同的2种坐标系，左⼿坐标系和右⼿坐标系。

判断⽅法为，左⼿坐标系：伸出左⼿，让拇指和⾷指成“L”形，⼤拇指向右，⾷指向上，其余⼿指指向前⽅。

此时，拇指、⾷指和其余三指分别代表x、y、z轴的正⽅向。

右⼿坐标系，相同，只是把左⼿换成右⼿。

如图2所⽰。

图2：左⼿坐标系与右⼿坐标系其中左⼿坐标系⼴泛应⽤于计算机图形学、D3D之中，⽽右⼿坐标系⼴泛应⽤于OpenGL、线性代数、3DSMax之中。

XXXXXXXX大学（计算机图形学）实验报告实验名称利用OpenGL实现图形的平移、旋转、缩放实验时间年月日专业姓名学号预习操作座位号教师签名总评一、实验目的：1.了解OpenGL下简单图形的平移、旋转、缩放变换的编程的基本思想；2.掌握OpenGL下简单图形的平移、旋转、缩放变换的编程的基本步骤；二、实验原理：在OpenGL中，可以使用下面三个函数便捷地实现简单图形平移、旋转、缩放变换的功能：glRotatef(theta, vx, vy, vz);glTranslatef(dx, dy, dz);glScalef(sx，sy，sz);三、实验内容：// 1.cpp : Defines the entry point for the console application.//#include "stdafx.h"#include "glut.h"#include "math.h"void display(){glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT); // Clear the frame bufferglColor3f( 0.0, 1.0, 1.0); // Set current color to greenglBegin( GL_POL YGON); // Draw the triangleglVertex2f( 0.0, -0.2);glVertex2f( 0.2, 0.0);glVertex2f( 0.0, 0.0);glEnd();glFlush();}void dsp()glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // Clear the frame bufferglColor3f( 0.0, 1.0, 1.0); // Set current color to greendisplay();//-------------------------- //平移glPushMatrix();glTranslatef(0.5,0.5,0.0);display();glPopMatrix();//-------------------------- //缩放glPushMatrix();glScalef(0.5,0.5,0.0);display();glPopMatrix();//-------------------------- //旋转glPushMatrix();glRotatef(60,0.0,0.0,1.0);display();glPopMatrix();}void init(){glClearColor( 0.0, 0.0, 0.0, 0.0); // Set the clear color to black// Specify the boundaries of the viewing windowglMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();gluOrtho2D(-1.0, 1.0, -1.0, 1.0); // The para are: (left, right, bottom, top)glMatrixMode(GL_MODELVIEW);}int main(int argc, char* argv[]){glutInit(&argc,argv);glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH);glEnable(GL_DEPTH_TEST);glutCreateWindow("simple");glutDisplayFunc(dsp);init();glutMainLoop();return 0;原图：平移：缩放：旋转：四、实验总结：1.在分别查看图像的平移、缩放、旋转中的其中一个功能时，需要将其他两个的代码注释掉，否则只会显示旋转一个功能。

计算机图形学实验——利⽤OpenGL函数绘制五⾓星⼀、实验名称：五⾓星的绘制⼆、实验⽬的：了解 OpenGL 程序设计结构，掌握编程环三、境的设置，掌握绘制线段的⽅法。

四、实验内容：1.在 VC++ 环境下，练习利⽤ OpenGL 绘制三⾓形的程序。

2.编程实现绘制⼀个五⾓星。

（传统 OpenGL 或者 Shader）五、实验所需基本函数1.线段绘制glBegin(GL_LINES);//绘制参数GL_LINESglVertex2f(30,30);//起始点坐标glVertex2f(100,100);//终点坐标（两个为⼀组）glEnd();2.填充图像glBegin(GL_POLYGON);//绘制参数GL_POLYGONglVertex2f(x0, y0);//顶点坐标1glVertex2f(x1, y1);//2glVertex2f(cx, cy);//3glEnd();结果为对三个顶点组成的图像进⾏填充3.绘制颜⾊设置glColor3f(0.92, 0.89, 0.41);//⾦黄⾊六、实验原理根据⼩圆半径加⾓度算出第⼀个坐标然后⼤圆根据半径加⼀个⾓度算出第⼆个点坐标，然后旋转改变⾓度寻找所有顶点。

代码如下：1void DrawStar(float cx, float cy, float R,float r,float o)//五⾓星中⼼坐标x,y，⼤圆半径，⼩圆半径，初始⾓度2 {34float x0, y0, x1, y1;//5float o0 = o;//⼤圆对应⾓度6float o1 = o + 0.2 * 3.14;//⼩圆对应⾓度7for (int i = 0;i <10;i++)8 {9 x0 = cx+R * cos(o0);//⼤圆对应的x坐标10 y0 = cy+R * sin(o0);//⼤圆对应y坐标11 x1 = cx+r * cos(o1);//⼩圆对应x坐标12 y1 = cy+r * sin(o1);//⼩圆对应y坐标13if (i % 2 == 0)14 {15 glColor3f(1, 0, 0);16 }17else18 {19 glColor3f(0.92, 0.89, 0.41);20 }2122 glBegin(GL_POLYGON);//绘制23 glVertex2f(x0, y0);24 glVertex2f(x1, y1);25 glVertex2f(cx, cy);26 glEnd();27if (i % 2 == 0)28 {29 o0 = o0 + 0.4 * 3.14;//⼤圆对应⾓度变换30 }31else32 {33 o1 = o1 + 0.4 * 3.14;//⼩圆对应⾓度变换34 }3536 }37383940 }七、绘制结果⼋、附件所有代码1// OpenGLOld.cpp : 定义控制台应⽤程序的⼊⼝点。

实验1 OpenGL初识一、实验目的：熟悉编程环境；了解光栅图形显示器的特点；了解计算机绘图的特点；利用VC+OpenGL作为开发平台设计程序，以能够在屏幕上生成任意一个像素点为本实验的结束。

二、实验内容：（1）了解和使用VC的开发环境，理解简单的OpenGL程序结构。

（2）掌握OpenGL提供的基本图形函数，尤其是生成点的函数。

三、该程序的作用是在一个黑色的窗口中央画一个矩形、三角形和三个点，如图所示。

下面对各行语句进行说明：首先，需要包含头文件#include <GL/glut.h>，这是GLUT的头文件。

然后看main函数。

int main(int argc, char *argv[])，这个是带命令行参数的main函数。

这种以glut开头的函数都是GLUT工具包所提供的函数，下面对用到的几个函数进行介绍；1）glutInit，对GLUT进行初始化，这个函数必须在其它的GLUT使用之前调用一次。

其格式比较固定，一般都是glutInit(&argc, argv)就行；2) glutInitDisplayMode，设置显示方式，其中GLUT_RGB表示使用RGB颜色，与之对应的还有GLUT_INDEX（表示使用索引颜色）。

GLUT_SINGLE表示使用单缓冲，与之对应的还有GLUT_DOUBLE（使用双缓冲）。

更多信息，以后的实验教程会有讲解介绍；3) glutInitWindowPosition，设置窗口在屏幕中的位置；4) glutInitWindowSize，设置窗口的大小；5) glutCreateWindow，根据前述设置的信息创建窗口。

参数将被作为窗口的标题。

注意：窗口被创建后，并不立即显示到屏幕上。

需要调用glutMainLoop才能看到窗口；6) glutDisplayFunc，设置一个函数，当需要进行画图时，这个函数就会被调用。

（暂且这样理解）；7) glutMainLoop，进行一个消息循环。

计算机图形学基础 OpenGL版第2版PDF1. 简介《计算机图形学基础 OpenGL版》是一本介绍计算机图形学基本概念和OpenGL编程的经典教材。

本文档主要介绍第2版PDF版本的特点和内容。

本文档采用Markdown文本格式，方便阅读和编辑。

2. 第2版PDF版本特点2.1 更新内容与第1版相比，第2版PDF版本进行了一些更新和改进。

主要更新内容包括：•补充了最新的OpenGL版本特性和扩展。

•增加了更多的示例代码和案例分析，帮助读者更好地理解和应用OpenGL编程。

•修正了第1版中的一些错误和不准确的描述。

•优化了排版和图表插入方式，提升了阅读体验。

2.2 格式选择第2版PDF版本提供了多种格式的下载，以满足读者不同的需求。

可以根据自己的设备和喜好选择合适的格式，包括：•PDF格式：方便在电脑、手机或平板上阅读和打印。

•EPUB格式：适用于电子书阅读器和手机阅读器，支持调整字体、排版等功能。

•HTML格式：可在浏览器中打开，方便在线阅读和搜索。

3. 第2版PDF版本内容概述3.1 理论知识第2版PDF版本对计算机图形学的基本理论进行了全面的介绍。

主要包括以下内容：•图形学基础知识：几何图形、坐标系、变换等基本概念。

•光栅化和插值：介绍了光栅化算法和插值方法，以及它们在绘制图形中的应用。

•颜色和纹理：介绍了颜色模型、纹理映射等相关知识。

•阴影和着色：讨论了光照模型、阴影算法和着色方法等。

•可视化技术：介绍了数据可视化的基本原理和技术。

3.2 OpenGL编程第2版PDF版本详细介绍了使用OpenGL进行图形编程的基本知识和技巧。

具体内容包括：•OpenGL基础：介绍了OpenGL的基本概念、渲染管线和状态管理等。

•OpenGL图元：讲解了OpenGL支持的各种图元类型，并演示了它们的绘制方法和效果。

•OpenGL变换：介绍了OpenGL中的变换操作，包括平移、旋转、缩放等。

•OpenGL光照：讨论了OpenGL中的光照模型、光源设置和材质属性等。

opengl教程OpenGL是一种图形编程接口，常用于计算机图形学和游戏开发。

本文将介绍OpenGL的基本概念、功能和使用方法。

首先，OpenGL是一种跨平台的图形编程接口，可以在不同操作系统和硬件上运行。

它是一个开放标准，由Khronos Group维护和发展，因此可以在各种平台上使用，如Windows、MacOS、Linux等。

OpenGL的核心是图形渲染管线。

图形渲染管线是指一系列的图形处理阶段，用于将3D图形数据转化为2D图像。

这些阶段包括几何处理、光栅化、片元处理等。

每个阶段都包含了一些特定的操作和功能，通过这些操作和功能，我们可以实现各种不同的图形效果和渲染技术。

在使用OpenGL之前，需要初始化OpenGL的上下文，并创建一个OpenGL窗口。

通过OpenGL的API（Application Programming Interface），我们可以控制各个渲染阶段的操作和参数。

例如，我们可以设置物体的位置、颜色、纹理等属性，还可以控制光照、深度测试等渲染参数。

OpenGL还提供了一些基本的几何图形绘制函数，如绘制点、线段、三角形等。

通过这些函数，我们可以绘制各种基本的几何图形。

此外，OpenGL还支持纹理映射、着色器编程等高级渲染技术，可以实现更加复杂的视觉效果。

在OpenGL中，最常用的是顶点数组和顶点缓冲对象。

顶点数组用于存储顶点的位置、颜色、纹理坐标等属性，而顶点缓冲对象用于管理顶点数组的内存。

通过顶点数组和顶点缓冲对象，我们可以高效地传输大量的顶点数据到显存，并在图形渲染管线中使用。

除了基本的图形绘制，OpenGL还支持一些高级的渲染技术，如光照、阴影、深度测试等。

这些技术可以让我们实现更加逼真和真实感的图形效果。

例如，通过光照技术，我们可以模拟不同光源的光照效果，使物体看起来更加立体和有质感。

而深度测试可以确保正确的渲染顺序，使得物体之间的遮挡关系得到正确的呈现。

总结一下，OpenGL是一种功能丰富且强大的图形编程接口。

计算机图形学基础OpenGL1. 使用OpenGL在屏幕上画一条直线，其中端点的坐标分别是(2，3)和(6，9)。

答案：glBegin(GL_LINES);glVertex2f(2,3);glVertex2f(6,9);glEnd(;2. 如何使用OpenGL把一个三角形绘制在屏幕上，其三个顶点的坐标分别是（1，3）、（6，7）和（9，6）？答案：glBegin(GL_TRIANGLES);glVertex2f(1,3);glVertex2f(6,7);glVertex2f(9,6);glEnd(;3. 如何使用OpenGL在屏幕上绘制一个正方形，正方形的中心点坐标为（4，6），边长为5？答案：glBegin(GL_QUADS);glVertex2f(4-2.5, 6+2.5);glVertex2f(4+2.5, 6+2.5);glVertex2f(4+2.5, 6-2.5);glVertex2f(4-2.5, 6-2.5);glEnd(;4. 如何使用OpenGL在屏幕上绘制一个圆，圆心坐标为（7，3），半径为4？答案：glBegin(GL_POLYGON);int i;for(i=0;i<360;i++)glVertex2f(7+4*cos(i*PI/180.0f),3+4*sin(i*PI/180.0f));}glEnd(;5. 如何使用OpenGL在屏幕上绘制一个贝塞尔曲线，其中（1，2）、（3，4）、（5，6）、（7，7）是控制点？答案：GLfloat points[4][2] = {{1,2}, {3,4}, {5,6}, {7,7}};glMap1f(GL_MAP1_VERTEX_3, 0.0, 1.0, 3, 4, &points[0][0]);glEnable(GL_MAP1_VERTEX_3);glBegin(GL_LINE_STRIP);int i;for (i=0;i<=30;i++)glEvalCoord1f((GLfloat) i/30.0f);glEnd(;6. 如何使用OpenGL实现2D矢量图形的缩放操作，指定缩放中心点为（-2，4），缩放比例为1.3？答案：glTranslatef(-2,4,0);。

实验5 OpenGL模型视图变换一、实验目的：理解掌握OpenGL程序的模型视图变换。

二、实验内容：（1）阅读实验原理，运行示范实验代码，理解掌握OpenGL程序的模型视图变换；（2）根据示范代码，尝试完成实验作业；三、实验原理：在代码中，视图变换必须出现在模型变换之前，但可以在绘图之前的任何时候执行投影变换和视口变换。

1.display()程序中绘图函数潜在的重复性强调了：在指定的视图变换之前，应该使用glLoadIdentity()函数把当前矩阵设置为单位矩阵。

2.在载入单位矩阵之后，使用gluLookAt()函数指定视图变换。

如果程序没有调用gluLookAt()，那么照相机会设定为一个默认的位置和方向。

在默认的情况下，照相机位于原点，指向Z轴负方向，朝上向量为(0,1,0)。

3.一般而言，display()函数包括：视图变换 + 模型变换 + 绘制图形的函数(如glutWireCube())。

display()会在窗口被移动或者原来先遮住这个窗口的东西被一开时，被重复调用，并经过适当变换，保证绘制的图形是按照希望的方式进行绘制。

4.在调用glFrustum()设置投影变换之前，在reshape()函数中有一些准备工作：视口变换 + 投影变换 + 模型视图变换。

由于投影变换，视口变换共同决定了场景是如何映射到计算机的屏幕上的，而且它们都与屏幕的宽度，高度密切相关，因此应该放在reshape()中。

reshape()会在窗口初次创建，移动或改变时被调用。

OpenGL中矩阵坐标之间的关系：物理坐标*模型视图矩阵*投影矩阵*透视除法*规范化设备坐标——〉窗口坐标（1）视图变换函数gluLookAt(0.0，0.0，5.0，0.0，0.0，0.0，0.0，1.0，0.0，)设置照相机的位置。

把照相机放在（0，0，5），镜头瞄准（0，0，0），朝上向量定为（0，1，0）朝上向量为照相机指定了一个唯一的方向。

XX大学《计算机图形学》教学大纲编写单位：__________执笔人：____________审核人：____________XX大学xx系20xx年9月［实验要求］本课程实验要求较高，实验内容多且相关性较强，有关实验的具体要求与内容需按实验大纲执行，本大纲中不再另行说明。

第一章绪论［教学内容1计算机图形学的目标与任务；计算机图形学的内容体系；计算机图形学相关学科；计算机图形学相关领域。

［教学目标与要求］熟练掌握：计算机图形学的内容体系；计算机图形学的目标与任务；掌握：计算机图形学的应用领域；计算机图形学的相关学科；了解：计算机图形学的发展。

［重点与难点］计算机图形学的内容体系；计算机图形学的目标与任务。

［教学时数］2学时第一节计算机图形学的目标与任务一、视觉交流是计算机图形学的目标与任务二、计算机图形学的三个基本任务第二节计算机图形学的内容体系一、基础模块二、建模与表示模块三、绘制模块四、交互技术第三节计算机图形学相关学科一、图形与图像二、相关学科第四节计算机图形学的应用领域一、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）二、科学计算可视化三、虚拟现实四、动画第五节计算机图形学的发展一、计算机图形学的发展简史二、计算机图形学的发展趋势［复习思考题］1、图形包括哪两方面的要素？在计算机中如何表示它们？2、图形的本质是什么？3、如何看待计算机图形学的发展趋势？第二章图形系统［教学内容1Visual图形系统概述；图形系统体系结构；图形支撑软件；图形硬件显示原理; ［教学目标与要求］熟练掌握：图形系统体系结构；图形硬件显示原理掌握：图形系统基本概念和术语；了解：图形支撑软件［重点与难点］图形系统体系结构；图形硬件显示原理［教学时数］2学时第一节图形系统概述一、图形系统组成结构1.图形系统组成结构2.图形系统分类第二节图形系统体系结构一、概述二、应用程序阶段三、几何处理阶段四、光栅阶段第三节图形支撑软件一、OpenGL二、DirectX三、Java2D 和 Java3D第四节图形硬件显示原理一、图形显示设备及工作原理二、图形显示方式三、光栅扫描图形显示系统［复习思考题］1、从图形硬件显示原理角度，思考并分析如何显示直线？2、请你总结一下光栅显示系统的优缺点？3、在光栅显示系统中，显卡有什么作用？第三章二维图形生成［教学内容1直线生成算法；圆弧绘制算法；区域填充；字符；反走样技术; ［教学目标与要求］熟练掌握：直线生成算法；区域填充；圆弧绘制算法掌握：反走样技术了解：字符编码［重点与难点］直线生成算法；区域填充；圆弧绘制算法［教学时数］8学时第一节直线生成算法一、数值微分法二、逐点比较法三、Bresenham画线法四、中点画线法第二节圆弧绘制算法一、基于光栅的整圆绘制算法二、角度离散法绘制圆弧和椭圆弧第三节区域填充一、种子填充算法二、多边形填充算法第四节字符一、字符的编码二、点阵字符三、矢量字符第五节反走样技术第六节编程实例-地图绘制一、地图绘制方法二、基于OpenGL的地图绘制［复习思考题］1、简述DDA算法、中点画线法、Bresenham画线法算法的思想？2、根据中点画圆法和Bresenham算法，绘制一条端点为（1，1）和（6, 5）的直线，画出对应各像素的位置？第四章图形几何变换［教学内容］二维几何变换；三维几何变换；图形几何变换的模式;［教学目标与要求］熟练掌握：二维几何变换；三维几何变换；掌握：图形几何变换的模式；［重点与难点］二维几何变换；三维几何变换；［教学时数］6学时第一节二维几何变换一、基本变换二、二维复合变换三、二维坐标系间的变换第二节三维几何变换一、基本变换二、三维复合变换三、三维坐标系间的变换第三节图形几何变换的模式一、固定坐标系模式二、活动坐标系模式［复习思考题］1、试编写对二维点实现平移、旋转、比例变换的程序。

opengl 和gpu原理OpenGL和GPU是计算机图形学中非常重要的两个概念，它们相互关联且相辅相成。

OpenGL是一个定义了很多接口的中间件，它提供了一系列的函数来操作图形和图片。

这些函数由硬件开发商实现，通常称为驱动。

当调用者调用OpenGL的接口时，OpenGL会找到相应的实现，即GPU的指令，GPU 再根据这些指令对图形进行显示。

简单来说，OpenGL充当了GPU功能的调用规范。

GPU是处理图像运算的单元，主要用于处理图像数据矩阵。

为了大幅度提高计算速度，OpenGL利用了GPU。

GPU的基本调度单位叫做wavefront （或warp、wavefront等），它是一组线程的组合。

这些线程使用相同的shader代码，但处理的数据不同。

GPU会同时处理属于同一个wavefront 的所有线程，因为他们的计算指令从第一行到最后一行是完全相同的，只是数据不同而已。

这种并行度极高的计算方式被称为single instruction multiple thread（SIMT），它大幅提升了性能。

然而，如果wavefront中引入if/for产生分支，其结构会被完全破坏掉，产生diverged wavefront。

例如，原本4个线程组成一个wavefront一直同步计算，突然遇到if语句，3个线程if判断为true，进入A分支；另一个线程if判断为false，进入B分支，此时这4个线程接下来的指令不再相同，原来的这个线程组wavefront就无法同步计算、被迫分开。

这时候，GPU只能分开执行这两个新产生的wavefront。

由于GPU计算资源也是一定的，新产生的两个wavefront可能需要排队等待来顺序执行（原来是并行执行），尤其是wavefront大批量diverged的时候；然后新分割出来的wavefront如果要移动到其他GPU计算单元上还需要进行数据复制转移，也是很耗时的行为。

以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅计算机图形学相关书籍或咨询专业人士。