实验1实验报告格式

实验1实验报告格式《计算机图形学》实验1实验报告实验题目：用户坐标、视图坐标、Java awt坐标概念的建立和应用实验内容：掌握用户坐标、视图坐标、Java awt坐标概念，掌握三类坐标的转换算法。

编写自己的算法函数，并形成Java语言程序包。

编写程序调用验证之。

参考程序：有两个示范程序MyTest.java和MyLineDrawApplet.java基本概念：用户坐标：是独立于设备的逻辑坐标,可以是用户用来定义设计对象的各种坐标。

应用程序使用该坐标系:所有传给Java 2D渲染过程的坐标都是指用户坐标。

例如下面程序中的默认用户坐标的范围是X轴从-1到1，Y轴也是凑够-1到1。

视图坐标：是设备相关的坐标，随目标渲染设备不同而不同。

下面程序中定义的视图坐标的缺省值为(0,0)和(1,1)。

Java awt坐标：使用java.awt时使用的坐标，即窗口显示图像时的边界坐标。

填充：这个过程可以抽象的理解为以已知的线为中心，向周围扩展像素，然后对这些像素所在的方块进行着色。

将用户坐标转换为视图坐标实际上是将独立于设备的逻辑坐标转换为设备相关的坐标，将视图坐标转化为A WT坐标就是将视图坐标按照显示窗口的大小进行缩放。

算法设计：（详细叙述自己设计程序的功能、算法及实现）程序的功能：可以根据传入的用户坐标进行视图坐标、A WT坐标之间的转换，其反向转换同理也可以实现，即将转换的方法逆过去即可。

此外，程序还可以进行图形的绘画和填充，比如矩形、椭圆、多边形等。

算法及其实现函数：用户坐标到视图坐标的转换：对于相应的用户坐标应用数学中的平移与放缩，就可以得到视图坐标。

具体方法如下：在用户坐标系下，设矩形窗口的左下角坐标为（Ux1,Uyb）, 右上角为(Uxr,Uyt)，视图坐标系下的两个点坐标分别为(Vx1,V yb)和(Vxr,V yt)，则视图坐标的表达式为：(Xu,Y u)是已知的用户坐标，(Xv ,Y v)是要求的视图坐标Xv=aXu+b Y v=cY u+d其中：a=(Vxr-Vxl)/(Uxr-Uxl) b=Vxl-aUxlc=(V yt-V yb)/(Uyt-Uyb) d=V yb-cUyb//将用户坐标的点转换到视图坐标public double view_x(double x) {double s=(x-user_i_x)/(user_a_x- user_i_x);double t=view_i_x[currentV iew]+s* //坐标的平移及压缩(view_a_x[currentView]-view_i_x[currentV iew]);return t;}public double view_y(double y) {double s=(y-user_i_y)/(user_a_y-user_i_y);double t=view_i_y[currentV iew]+s* //坐标的平移及压缩(view_a_y[currentView]-view_i_y[currentV iew]);return t;}视图坐标到A WT坐标的转换：由于视图坐标在0到1之间，因此将显示窗口的宽和高按照视图坐标缩小就得到A WT坐标。

具体算法如下：视图坐标为(Vx ,V y)，窗口的宽和高分别为：Ww和Wh，A WT坐标为(X,Y)，其中X、Y均为整数，因此计算之后应将计算结果转为整数，并且与V y坐标方向相反。

那么X=Vx*Ww Y=(1-V y)*Wh//将视图坐标系的点转换到Java A WT坐标public int getIntX(double x) {return (int)(windowWidth * x); //注意视图坐标0-1之间}public int getIntY(double y) {return (int)(windowHeight * (1-y)); //Y轴方向相反}用户坐标到A WT坐标的转换：先按照用户坐标转视图坐标的方法转为视图坐标，然后按照视图坐标转A WT坐标的方法转为A WT坐标，简而言之，就是将第一种和第二种转换相结合。

//将用户坐标的点转换到Java A WT坐标public int getX(double x) {double xx=view_x(x); //先将x转换到视图坐标int ix=getIntX(xx); //将视图坐标转换到Java A WT坐标return ix;}public int getY(double y) {double yy=view_y(y); //先将y转换到视图坐标int iy=getIntY(yy); //将视图坐标转换到Java A WT坐标return iy;}椭圆的画法：用到圆心坐标和两个半径，画的时候首先将用户坐标转成java A WT坐标。

public void drawOval(double x, double y, double xr, double yr) {// 圆心从用户坐标转换到Java A WT坐标int ix = getX(x);int iy = getY(y);int ixr = getDimensionX(xr); // x轴半径投影到Java A WT坐标int iyr = getDimensionX(yr); // y轴半径投影int x0 = ix - ixr; // 椭圆外切矩形的左上角x坐标int y0 = iy - iyr; // 椭圆外切矩形的左上角y坐标graphics.drawOval(x0, y0, 2 * ixr, 2 * iyr);}代码：（给出主要的Java程序和注解）package first;import java.io.*;import java.awt.*;import java.awt.image.*;//定义容器类public class MyTest extends Component {//用户坐标系范围缺省值([-1,1],[-1,1])protected double user_i_x=-1; //用户坐标系X轴的最小值protected double user_a_x=1; //用户坐标系X轴的最大值protected double user_i_y=-1; //用户坐标系Y轴的最小值protected double user_a_y=1; //用户坐标系Y轴的最大值//视图的坐标范围缺省值([0,1],[0,1])protected double[] view_i_x; //各视图X轴最小值的数组protected double[] view_a_x; //各视图X轴最大值的数组protected double[] view_i_y; //各视图Y轴最小值的数组protected double[] view_a_y; //各视图Y轴最大值的数组final static int DefaultViewport_a=256; //缺省的视图数protected int viewport_a=DefaultViewport_a; //最大视图数protected int viewportNum=0; //当前视图数protected int currentView=0; //当前视图的索引号//窗口大小final static int DefaultWindowSize=256; //缺省的窗口大小protected int windowWidth=DefaultWindowSize; //窗口宽度protected int windowHeight=DefaultWindowSize; //窗口宽度//定义Java A WT 的Graphics 和Componentprotected Graphics graphics; //MyTest的Graphics数据类protected Component component; //MyTest的component数据类protected Color fontColor=Color.white; //当前前景颜色protected Color backColor=Color.white; //当前背景色//构造方法public MyTest(Component a) {component=a; //设定MyTest类所用的Componentgraphics=a.getGraphics(); //设定MyTest类所用的graphicswindowWidth=a.getSize().width; //窗口宽度windowHeight=a.getSize().height; //窗口高度createViewport(DefaultViewport_a); //创建视图}//创建视图private void createViewport(int max) {currentV iew=0; //设定当前视图索引号viewport_a=max; //设定视图数的最大值view_i_x=new double[viewport_a]; //存放各视图X轴最小值view_a_x=new double[viewport_a]; //存放各视图X轴最大值view_i_y=new double[viewport_a]; //存放各视图y轴最小值view_a_y=new double[viewport_a]; //存放各视图y轴最大值view_i_x[currentView]=0.0; //设定当前视图的坐标轴范围view_i_y[currentView]=0.0;view_a_x[currentV iew]=1.0;view_a_y[currentV iew]=1.0;viewportNum=1; //当前视图数}//设定用户坐标系范围public void setWindow(double x1,double x2,double y1,double y2) { user_i_x=x1; //设定窗口（用户坐标系）X轴的最小值user_a_x=x2; //设定窗口（用户坐标系）X轴的最大值user_i_y=y1; //设定窗口（用户坐标系）y轴的最小值user_a_y=y2; //设定窗口（用户坐标系）y轴的最大值}//设定视图public void setViewport(double x1,double x2,double y1,double y2) { currentV iew=viewportNum; //设定新的当前视图索引号viewportNum++; //当前视图数加1view_i_x[currentView]=x1; //存放视图的X轴最小值view_a_x[currentV iew]=x2; //存放视图的X轴最大值view_i_y[currentView]=y1; //存放视图的y轴最小值view_a_y[currentV iew]=y2; //存放视图的y轴最大值}//视图复位public void resetViewport() {currentV iew=0; //当前视图索引号重归于零view_i_x[currentView]=0.0; //设定当前视图的坐标轴范围view_i_y[currentView]=0.0;view_a_x[currentV iew]=1.0;view_a_y[currentV iew]=1.0;viewportNum=1; //当前视图数}//将视图坐标系的点转换到Java A WT坐标public int getIntX(double x) {return (int)(windowWidth * x); //注意视图坐标0-1之间}public int getIntY(double y) {return (int)(windowHeight * (1-y)); //Y轴方向相反}//将用户坐标的点转换到视图坐标public double view_x(double x) {double s=(x-user_i_x)/(user_a_x-user_i_x);double t=view_i_x[currentV iew]+s* //坐标的平移及压缩(view_a_x[currentView]-view_i_x[currentV iew]);return t;}public double view_y(double y) {double s=(y-user_i_y)/(user_a_y-user_i_y);double t=view_i_y[currentV iew]+s* //坐标的平移及压缩(view_a_y[currentView]-view_i_y[currentV iew]);return t;}//将用户坐标的点转换到Java A WT坐标public int getX(double x) {double xx=view_x(x); //先将x转换到视图坐标int ix=getIntX(xx); //将视图坐标转换到Java A WT坐标return ix;}public int getY(double y) {double yy=view_y(y); //先将y转换到视图坐标int iy=getIntY(yy); //将视图坐标转换到Java A WT坐标return iy;}//将用户坐标系的宽度、高度值投影到Java A WT坐标public int getDimensionX(double w) {double x=view_a_x[currentV iew]-view_i_x[currentView];x*=windowWidth*w/(user_a_x-user_i_x); //按比例投影，经由视图坐标系return ((int)Math.abs(x)); //用户坐标系可能反向}public int getDimensionY(double h) {double y=view_a_y[currentV iew]-view_i_y[currentView];y*=windowHeight*h/(user_a_y-user_i_y); //按比例投影，经由视图坐标系return ((int)Math.abs(y)); //用户坐标系可能反向}//有关当前颜色的设定方法：画笔颜色、前景色、背景色public Color getColor() {return fontColor; //得到当前颜色序号}public void setColor(Color c) {graphics.setColor(c); //设置图形对象的颜色fontColor=c; //设定当前颜色序号}public Color getForeground() {return fontColor; //得到当前前景色序号}public void setForeground(Color c) {component.setForeground(c); //设置前景色fontColor=c; //设定当前前景色序号}public Color getBackground() {return backColor; //得到当前背景色序号}public void setBackground(Color c) {component.setBackground(c); //设置背景色backColor=c; //设定当前背景色序号}//-----各类图形的描画方法-----------//直线画法:两点式参数public void drawLine(double x1,double y1,double x2,double y2) { //从用户的点坐标转换到Java A WT坐标int ix1=getX(x1); int iy1=getY(y1);int ix2=getX(x2); int iy2=getY(y2);graphics.drawLine(ix1,iy1,ix2,iy2); //这个方法它是怎样画直线的？}//矩形画法:对角式参数public void drawRect(double x1,double y1,double x2,double y2) { //从用户的点坐标转换到Java A WT坐标int ix1=getX(x1); int iy1=getY(y1);int ix2=getX(x2); int iy2=getY(y2);int ix0=(ix1<ix2)?ix1:ix2; //矩形左上角坐标int iy0=(iy1<iy2)?iy1:iy2;int width=Math.abs((ix1-ix2))+1; //矩形宽度，单位像素int height=Math.abs((iy1-iy2))+1; //矩形高度graphics.drawRect(ix0,iy0,width,height);}//矩形填充public void fillRect(double x1,double y1,double x2,double y2) { //从用户的点坐标转换到Java A WT坐标int ix1=getX(x1); int iy1=getY(y1);int ix2=getX(x2); int iy2=getY(y2);int ix0=(ix1<ix2)?ix1:ix2; //矩形左上角坐标int iy0=(iy1<iy2)?iy1:iy2;int width=Math.abs((ix1-ix2))+1; //矩形宽度，单位像素int height=Math.abs((iy1-iy2))+1; //矩形高度graphics.fillRect(ix0,iy0,width,height); //填充算法如何实现？}//椭圆的画法（圆心坐标和两个半径）public void drawOval(double x,double y,double xr,double yr) {//圆心从用户坐标转换到Java A WT坐标int ix=getX(x); int iy=getY(y);int ixr=getDimensionX(xr); //x轴半径投影到Java A WT坐标int iyr=getDimensionX(yr); //y轴半径投影int x0=ix-ixr; //椭圆外切矩形的左上角x坐标int y0=iy-iyr; //椭圆外切矩形的左上角y坐标graphics.drawOval(x0,y0,2*ixr,2*iyr);}//椭圆的填充（圆心坐标和两个半径）public void fillOval(double x,double y,double xr,double yr) {//圆心从用户坐标转换到Java A WT坐标int ix=getX(x); int iy=getY(y);int ixr=getDimensionX(xr); //x轴半径投影到Java A WT坐标int iyr=getDimensionX(yr); //y轴半径投影int x0=ix-ixr; //椭圆外切矩形的左上角x坐标int y0=iy-iyr; //椭圆外切矩形的左上角y坐标graphics.fillOval(x0,y0,2*ixr,2*iyr);}//多边形public void drawPolygon(double[] x,double[] y,int numPoints) { int[] ix=new int[numPoints];int[] iy=new int[numPoints];for(int i=0;i<numPoints;i++) {ix[i]=getX(x[i]); //从用户坐标点转换到Java A WT坐标iy[i]=getY(y[i]);}graphics.drawPolygon(ix,iy,numPoints); //封闭的折线图}//多边形填充public void fillPolygon(double[] x,double[] y,int numPoints) { int[] ix=new int[numPoints];int[] iy=new int[numPoints];for(int i=0;i<numPoints;i++) {ix[i]=getX(x[i]); //从用户坐标点转换到Java A WT坐标iy[i]=getY(y[i]);}graphics.fillPolygon(ix,iy,numPoints); //掌握填充的算法是重点}//写字符串public void drawString(String str,double x,double y) {//从用户坐标点转换到Java A WT坐标int ix=getX(x); int iy=getY(y);graphics.drawString(str,ix,iy);}//获取当前Graphics类的字体public Font getFont() {return graphics.getFont();}//设定当前Graphics类的字体public void setFont(Font f) {graphics.setFont(f);}//定义一种字体：仅对window已有字体放大尺寸public Font MyFont(String name,int style,double size) {int DefaultFontSize=12;if(size<=0) size=1.0; //字体大小不能为负数int isize=(int)(DefaultFontSize*size); //定义字体的大小Font f=new Font(name,style,isize); //构造字体return f;}//Java A WT坐标系到视图坐标系的反向转换public int getViewport(int ix,int iy){if(viewportNum==1) return 0; //默认视图double s=(double)(ix)/(double)windowWidth;double t=(double)(windowHeight-iy)/(double)windowHeight;for(int i=0;i<viewportNum;i++) { //视图索引号if(s>=view_i_x[i] && s<=view_a_x[i] &&t>=view_i_y[i] && t<=view_a_y[i]) return i;}return 0;}//视图到用户坐标系的反向转换（x坐标）public double getUserX(int ix,int v) {double t=(double)(ix)/(double)windowWidth;double x=user_i_x+(t-view_i_x[v])/(view_a_x[v]-view_i_x[v])*(user_a_x-user_i_x);return x;}//视图到用户坐标系的反向转换（y坐标）public double getUserY(int iy,int v) {double t=(double)(windowHeight-iy)/(double)windowHeight;double y=user_i_y+(t-view_i_y[v])/(view_a_y[v]-view_i_y[v])*(user_a_y-user_i_y);return y;}//******线段光栅化的成员变量********protected Image image; //Java图像类的对象protected MemoryImageSource mis; //内存图像数据源protected int pixelWidth; //图像点阵的宽度（像素数）protected int pixelHeight; //图像点阵的高度（像素数）protected int[] pixel; //存放图像点的颜色（行优先一维存放）protected int xoffset; //像素数据窗口内X坐标的偏移protected int yoffset; //像素数据窗口内Y坐标的偏移//直线（光栅化）实数型Bresenham算法public void rasterizeDrawLine(double x1,double y1,double x2,double y2) { double leftTopx,leftTopy;//从用户坐标到Java A WT坐标int ix1=getX(x1);int iy1=windowHeight-getY(y1); //到窗口下方的像素数int ix2=getX(x2);int iy2=windowHeight-getY(y2); //到窗口下方的像素数if(x1<x2){leftTopx=x1; //左上角的X坐标值设为x1（用户坐标）xoffset=ix1; //窗口中的偏移量是Java A WT坐标}else{leftTopx=x2; //左上角的X坐标值设为x2（用户坐标）xoffset=ix2; //窗口中的偏移量是Java A WT坐标}if(y1<y2){ //用户坐标原点在左下,Java A WT在左上leftTopy=y2; //左上角的y坐标值设为y2yoffset=iy1; //窗口中的偏移量是Java A WT坐标}else{ //用户坐标原点在左下,Java A WT在左上leftTopy=y1; //左上角的y坐标值设为y1（用户坐标）yoffset=iy2; //窗口中的偏移量是Java A WT坐标}int dx=ix2-ix1; //取得X向的间距int dy=iy2-iy1; //取得y向的间距int adx=Math.abs(dx); //X向的间距的绝对值int ady=Math.abs(dy); //Y向的间距的绝对值pixelWidth=adx+1; //图像点阵的宽度（像素数）pixelHeight=ady+1; //图像点阵的高度（像素数）//一维数组存放图像点的颜色（行优先）pixel=new int[pixelWidth*pixelHeight];for(int k=0;k<pixelWidth*pixelHeight;k++)pixel[k]=0x00000000; //预设透明背景，32位0int sx=(dx>0)?1:-1; //取正负号，1或者-1int sy=(dy>0)?1:-1;int x=ix1; //x从ix1开始循环int y=iy1; //y从iy1开始循环if(adx==0) { //说明这是平行于Y轴的直线for(int j=1;j<=ady;j++) {myPutPixel(x,y); //调用同类成员函数，设当前定像素颜色y+=sy; //y坐标的改变量为1或者-1个像素}}else if(ady==0) { //说明这是平行于x轴的直线for(int i=1;i<=adx;i++) {myPutPixel(x,y); //调用同类成员函数，设当前定像素颜色i+=sx; //x坐标的改变量为1或者-1个像素}}else if(adx>ady) { //直线走向贴近x轴方向double d=(double)dy/(double)dx; //直线斜率double ty=(double)y;for(int i=1;i<=adx;i++,x+=sx) { //x增加1或者-1个像素myPutPixel(x,y); //调用同类成员函数，设定当前像素颜色ty+=sx*d; //y坐标相应的改变量（像素）if(Math.abs(ty-y)>Math.abs(ty-y-sy))y+=sy; //沿y向前进了一个像素}}else { //直线走向贴近Y轴方向(adx<=ady)double d=(double)dx/(double)dy; //直线斜率double tx=(double)x;for(int j=1;j<=ady;j++,y+=sy) { //y增加1或者-1个像素myPutPixel(x,y); //调用同类成员函数，设当前定像素颜色tx+=sy*d; //y坐标相应的改变量（像素）if(Math.abs(tx-x)>Math.abs(tx-x-sx))x+=sx; //沿x向前进了一个像素}}/**作成内存图像源**/mis=new MemoryImageSource(pixelWidth,pixelHeight,pixel,0,pixelWidth); //生成内存图像有五个参数image=createImage(mis); //生成图像/**调用显示图像方法，需要四个参数**/myDrawImage(image,leftTopx,leftTopy,this);} //结束Bresenham算法//设定当前像素的颜色public void myPutPixel(int i,int j) {int r=getColor().getRed()&0xff; //获取当前红色值int g=getColor().getGreen()&0xff; //绿色值int b=getColor().getBlue()&0xff; //蓝色值int a=0xff000000|(r<<16)|(g<<8)|b;//组成像素值为32位二进制数，存放到像素数组的相应位置pixel[(pixelHeight-1-(j-yoffset))*pixelWidth+(i-xoffset)]=a;//其它位置为初始设置的透明色，不覆盖原来已显示的像素}//图像的显示public boolean myDrawImage(Image img,double x,double y,ImageObserver observer) {//从用户坐标点转换到Java A WT坐标int ix=getX(x); int iy=getY(y);//调用A WT的图像显示return graphics.drawImage(img,ix,iy,observer);}//******画笔移动方法*******protected double lastX=0; //画笔当前位置X坐标protected double lastY=0; //画笔当前位置Y坐标//抬笔移动到指定位置public void moveTo(double x,double y) {lastX=x; //更新画笔的当前位置lastY=y;}//落笔移动到指定位置public void lineTo(double x,double y) {drawLine(lastX,lastY,x,y); //画直线lastX=x; //更新画笔的当前位置lastY=y;}} //结束MyTest类package first;import first.MyTest; //引入自制包中的类MyTestimport java.applet.Applet;import java.awt.*;//===============测试MyTest类==================//定义主类MyLineDrawAppletpublic class MyLineDraw Applet extends Applet {MyTest m; //定义对象//Applet程序的自动初始化方法public void init(){m=new MyTest(this); //构造方法有参数}//Applet程序的绘图方法public void paint(Graphics g){m.setBackground(new Color(200,200,200)); //背景色灰白m.setColor(Color.black);//设定前景色为黑色m.setWindow(-1,1,-1,1); //设定用户坐标系范围//缺省的视图为m.setV iewport(0,1,0,1)和Java A WT窗口大小一样//画X轴double[] x1={0.95,1.0,0.95}; //箭头三个点的X坐标double[] y1={-0.03,0.0,0.03}; //箭头三个点的Y坐标m.drawLine(-1,0,1,0); //画X轴m.fillPolygon(x1,y1,3); //填充箭头m.drawString("X轴",0.8,-0.1); //X轴写字符串//画Y轴double[] y2={0.95,1.0,0.95}; //箭头三个点的Y坐标double[] x2={-0.03,0.0,0.03}; //箭头三个点的X坐标m.drawLine(0,-1,0,1); //画Y轴m.fillPolygon(x2,y2,3); //填充箭头m.drawString("Y轴",-0.2,0.9); //Y轴写字符串//画线m.setColor(Color.GREEN);m.drawLine(-1,-1,1,1); //画对角直线//利用光栅化Bresenham算法画直线m.setColor(Color.BLUE); //设定前景色为红色//画矩形m.drawRect(-0.5, 0.5, 0.5, -0.5);//画椭圆m.drawOval(-0.5, 0.5, 0.5, 0.3);m.setColor(Color.RED);//写字m.drawString("蔡敏沙作业", 0.5, -0.8);}} //主类MyLineDrawApplet运行结果：（给出运行结果的截屏和说明）第一幅截图中程序只调用了画直线的方法，因此画了一条直线，第二个分别又调用了画矩形和画椭圆的方法。