计算机图形学上机实验指导

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 visualstudio\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 <windows.h>#include <GL/gl.h>#include <GL/glu.h>#include <GL/glaux.h>//初始化OpenGL场景void myinit (void){glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); //将背景置成黑色glShadeModel (GL_FLAT); //设置明暗处理}//用户的绘图过程void CALLBACK display(void){glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); //清除缓存glBegin(GL_LINES); //开始画一根白线glColor3f (1.0f, 1.0f, 1.0f); //设置颜色为白色//设置第一根线的两个端点，请注意：OpenGL坐标系的原点是在屏幕左下角glVertex2f(10.0f, 50.0f);glVertex2f(110.0f, 50.0f);glColor3f (1.0f, 0.0f, 0.0f); //设置颜色为红色//设置第二根线的两个端点glVertex2f(110.0f, 50.0f);glVertex2f(110.0f, 150.0f);glEnd(); //画线结束glFlush (); //绘图结束}////主过程：// 初始化Windows的窗口界面// 并初始化OpenGL场景，绘图int main(int argc, char** argv){auxInitDisplayMode (AUX_RGB); //初始化显示模式，采用RGB彩色系统。

auxInitPosition (0, 0, 400, 150); //初始化窗口位置、大小auxInitWindow ("Display Lists"); //初始化窗口，设置标题myinit ();auxMainLoop(display); //循环运行display过程，display由用户编写return(0);}1.3.2程序说明每个函数的具体含义在程序注释中已作了叙述，不再多说。

OpenGL的函数在格式上很有特点，它以gl为前缀，并且函数名的最后一个字母指出所用的数据类型，如：glColor3f()，字母f指明要使用浮点数。

字母前的数字指明参数个数或指明二维还是三维，如：glVertex2f()是要设置二维的点。

OpenGL采用的是状态机的方式，用户设定一种状态，程序照此运行。

如：glBegin(GL_LINES)设定画线状态（GL_LINES是OpenGL已定义好的常量），glColor3f()设定绘图所用颜色。

main()函数中的几个aux前缀函数是OpenGL提供的辅助库，用以初始化窗口，大家不必深究，我们关注的是display()函数，它是我们真正绘图的地方。

函数glColor3f()以RGB方式设置颜色，格式为：glColor3f(red，green，blue)，每种颜色值在（0.0, 1.0)之间。

为了能显示更多的颜色，最好把系统设置成16位真彩色模式。

函数glVertex2f(x, y)设置二维顶点。

函数glBegin(UINT State)、glEnd()是最基本的作图函数，下面对它作一介绍。

如上所述，OpenGL是一个状态机，glBegin(UINT State)可以设定如下状态：GL_POINTS 画点GL_LINES 画线，每两个顶点(Vertex)为一组GL_LINE_STRIP 画线，把若干个顶点顺次连成折线GL_LINE_LOOP 画线，把若干个顶点顺次连成封闭折线GL_TRIANGLES 画三角形，每三个顶点为一组GL_QUADS 画四边形，每四个顶点为一组GL_POLYGON 画多边形还有GL_TRIANGLE_STRIP, GL_TRIANGLE_FAN, GL_QUADS_STRIP 等等。

大家可以把每一种状态都试一试。

程序可以有多组glBegin()、glEnd()并列的形式，如：... ...glBeing(GL_LINES);......glEnd();glBeing(GL_QUADS);... ...glEnd();... ...除了上述的基本图元外，函数glRectf(x1, y1, x2, y2)可以画一个矩形，但这个函数不能放在glBegin()和glEnd()之间，下面的两句程序是画一个蓝色的矩形。

glColor3f (0.0f, 0.0f, 1.0f);glRectf(10.0f, 10.0f, 50.0f,50.0f);教材中给出的例子，同学们可以对这些代码也进行测试。

2.计算机图形学实验(二) – OpenGL变换2.1变换下面向大家介绍OpenGL中坐标变换的方法，以下这个例子是模拟机器人的手臂，用上下左右键可以挥动。

#include <windows.h>#include <GL/gl.h>#include <GL/glu.h>#include <GL/glaux.h>void myinit(void);void CALLBACK elbowAdd (void);void CALLBACK elbowSubtract (void);void CALLBACK shoulderAdd (void);void CALLBACK shoulderSubtract (void);void CALLBACK display(void);void CALLBACK myReshape(GLsizei w, GLsizei h);static int shoulder = 0, elbow = 0;//shoulder：肩部角度，elbow：肘部角度//下面四个函数是用户的键盘事件处理程序void CALLBACK elbowAdd (void){ elbow = (elbow + 5) % 360;}void CALLBACK elbowSubtract (void){ elbow = (elbow - 5) % 360;}void CALLBACK shoulderAdd (void){ shoulder = (shoulder + 5) % 360;}void CALLBACK shoulderSubtract (void){ shoulder = (shoulder - 5) % 360;}//用户的绘图过程void CALLBACK display(void){glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glColor3f (1.0, 1.0, 1.0);glPushMatrix();//把当前的变换矩阵压入OpenGL内部栈中，用以保存当前矩阵//画机器人的上臂glTranslatef (-1.0, 0.0, 0.0);//用平移矩阵乘当前矩阵，格式为：glTranslatef(x,y,z) glRotatef ((GLfloat) shoulder, 0.0, 0.0, 1.0);//用旋转矩阵乘当前矩阵,格式//为glRotatef (角度，x轴,y//轴,z轴)//这里是绕Z轴旋转glTranslatef (1.0, 0.0, 0.0); //再用平移矩阵乘当前矩阵，注意顺序auxWireBox(2.0, 0.4, 1.0); //辅助库函数，画一个三维的//Box，格式为: //auxWireBox(width, height, depth)//画机器人的前臂，请注意平移矩阵和旋转矩阵的变化glTranslatef (1.0, 0.0, 0.0);glRotatef ((GLfloat) elbow, 0.0, 0.0, 1.0);glTranslatef (1.0, 0.0, 0.0);auxWireBox(2.0, 0.4, 1.0);glPopMatrix(); //恢复刚才的矩阵glFlush(); //结束绘图}void myinit (void){ glShadeModel (GL_FLAT);}//在窗口改变大小时调用void CALLBACK myReshape(GLsizei width, GLsizei height){glViewport(0, 0, width, height); //定义视口glMatrixMode(GL_PROJECTION); //定义投影变换模式glLoadIdentity(); //用单位矩阵替换当前变换矩阵gluPerspective(65.0, (GLfloat) width/(GLfloat) height, 1.0, 20.0);//建立一个透视投影矩阵，并乘当前矩阵，格式为：// gluPerspective(视域的角度，宽高比，//视点到近裁剪面的距离（总为正），//视点到远裁剪面的距离（总为正））glMatrixMode(GL_MODELVIEW); //定义造型变换模式glLoadIdentity(); //用单位矩阵替换当前变换矩阵glTranslatef (0.0, 0.0, -5.0); //用平移矩阵乘当前矩阵}// 主过程：// 初始化Windows的窗口界面// 并初始化OpenGL场景，并处理输入事件，如：键盘，鼠标的操作int main(int argc, char** argv){auxInitDisplayMode (AUX_SINGLE | AUX_RGB);auxInitPosition (0, 0, 400, 400);auxInitWindow ("Composite Modeling Transformations");myinit ();//定义键盘处理程序，格式：auxKeyFunc(按键的虚拟代码，用户的处理函数名）auxKeyFunc (AUX_LEFT, shoulderSubtract);//函数shoulderSubtract（）处理左//方向键auxKeyFunc (AUX_RIGHT, shoulderAdd);//函数shoulderAdd（）处理右方向键auxKeyFunc (AUX_UP, elbowAdd); //函数elbowAdd（）处理上方向键auxKeyFunc (AUX_DOWN, elbowSubtract);//函数elbowSubtract（）处理下方向//键auxReshapeFunc (myReshape); //定义窗口大小改变时调用的函数auxMainLoop(display); //循环运行display过程，display由用户编写return(0);}这个例子涉及了三维的造型，出现了许多新函数。