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大三下
实验3 基本图形生成算法
计算机图形学labs/lab03-line-rasterization·更新于 2026-09-15
实验3 基本图形生成算法
一、实验目的
了解opengl图形软件包绘制图形的基本过程及其程序框架，并在已有的程序框架中添加代码实现直线和圆的生成算法，演示直线和圆的生成过程，从而加深对直线和圆等基本图形生成算法的理解，掌握多边形填充方法。
二、实验要求
-
理解glut程序框架；
-
理解Opengl实现动画的原理；
-
添加代码实现中点Bresenham算法画直线；
-
添加代码实现改进Bresenham算法画直线；
-
添加代码实现圆的绘制（可以适当对框架坐标系进行修改）；
-
适当修改代码实现具有宽度的图形（线刷子和方刷子，选作）。
-
利用OpenGL输出不同属性的点和线段。
-
利用OpenGL输出字符。
-
利用OpenGL实现反走样技术。
三、实验学时
8学时
四、实验程序框架
1、基本图元生成程序框架，补充代码完成图形的绘制。
#include <windows.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
using namespace std;
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(选作)
//绘制坐标线
void DrawCordinateLine(void)
{
int i = 0 ;
//坐标线为黑色
glColor3f(0.0f, 0.0f ,0.0f);
glBegin(GL_LINES);
for (i=10;i<=250;i=i+10)
{
glVertex2f((float)(i), 0.0f);
glVertex2f((float)(i), 250.0f);
glVertex2f(0.0f, (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 //
//参数说明：x0,y0 起点坐标 //
// x1,y1 终点坐标 //
// num 扫描转换时从起点开始输出的点的数目，用于动画 //
// w 线段的宽度 //
///////////////////////////////////////////////////////////////////
void DDAcreateLine(GLsizei x0, GLsizei y0, GLsizei x1, GLsizei y1, GLsizei num, GLsizei w)
{
//设置颜色
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
//对画线动画进行控制
if(num == 1)
cout<<"DDA画线算法：各点坐标
";
else if(num==0)
return;
//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));
//画具有宽度的线段，使用垂直线刷子
if(w%2==0)
{
for(int i=1;i<=w/2;i++)
{
PutPixel((int)(x+0.5), (int)(y+0.5)+i);
PutPixel((int)(x+0.5), (int)(y+0.5)-(i-1));
}
}
else
for(int i=1;i<=w/2;i++)
{
PutPixel((int)(x+0.5), (int)(y+0.5)+i);
PutPixel((int)(x+0.5), (int)(y+0.5)-i);
}
if (k>=num-1)
{
cout<<"x="<<x<<",y="<<y
<<";取整后"<<"x="<<(int)(x+0.5)
<<",y="<<(int)(y+0.5)<<endl;
break;
}
x += xincre;
y += yincre;
if(x >= 25 || y >= 25) break;
}
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////
//中点算法画直线(0<=k<=1) //
//参数说明：x0,y0 起点坐标 //
// x1,y1 终点坐标 //
// num 扫描转换时从起点开始输出的点的数目，用于动画 //
///////////////////////////////////////////////////////////////////
void BresenhamLine(GLsizei x0, GLsizei y0, GLsizei x1, GLsizei y1, GLsizei
num)
{
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
if(num == 1)
cout<<"中点算法画直线：各点坐标及判别式的值
";
else if(num==0)
return;
//算法的实现
GLsizei dx,dy,d;
GLsizei UpIncre,DownIncre;
GLsizei x,y,k;
if(x0>x1)
{
x=x1; x1=x0; x0=x;
y=y1; y1=y0; y0=y;
}
dx = x1-x0;
dy = y1-y0;
x = x0;
y = y0;
d=dx-2*dy;
UpIncre=2*dx-2*dy;
DownIncre=-2*dy;
k=0;
while(x<=x1)
{
PutPixel(x,y);
if (k>=num-1)
{
cout<<"x="<<x<<",y="<<y<<endl;
break;
}
k++;
x++;
if(d<0)
{
y++;
d+=UpIncre;
}
else
d+=DownIncre;
if(x >= 25 || y >= 25) break;
}
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////
//Bresenham算法画直线(0<=k<=1) //
//参数说明：x0,y0 起点坐标 //
// x1,y1 终点坐标 //
// num 扫描转换时从起点开始输出的点的数目，用于动画 //
///////////////////////////////////////////////////////////////////
void Bresenham2Line(GLsizei x0, GLsizei y0, GLsizei x1, GLsizei y1, GLsizei
num)
{
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
if(num == 1)
cout<<"Bresenham算法画直线：各点坐标及判别式的值
";
else if(num==0)
return;
//算法的实现
GLsizei x,y,dx,dy;
GLsizei e,k;
dx = x1-x0;
dy = y1-y0;
e=-dx;
x=x0;y=y0;
k=0;
while(x<=x1)
{
PutPixel(x,y);
if (k>=num-1)
{
cout<<"x="<<x<<",y="<<y<<",e="<<e<<endl;
break;
}
k++;
x++;
e+=2*dy;
if(e>0)
{
y++;
e-=2*dx;
}
if(x >= 25 || y >= 25) break;
}
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////
//Bresenham算法画圆 //
//参数说明：x,y 圆心坐标 //
// r 圆半径 //
// num 扫描转换时从起点开始输出的点的数目，用于动画 //
///////////////////////////////////////////////////////////////////
void BresenhamCircle(GLsizei x1, GLsizei y1, GLsizei r, GLsizei num)
{
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
if(num == 1)
cout<<"Bresenham算法画圆：各点坐标及判别式的值
";
//算法的实现
GLsizei x,y,d,k;
x=0;
y=r;
d=1-r;
k=0;
while(y>x) //y>x即第一象限的第2区八分圆
{
PutPixel(x+x1,y+y1); //圆心(x1,y1),画点时直接相加平移,画2区
PutPixel(y+x1,x+y1); //画1区
PutPixel(-x+x1,y+y1); //画3区
PutPixel(-y+x1,x+y1); //画4区
PutPixel(-x+x1,-y+y1); //画5区
PutPixel(-y+x1,-x+y1); //画6区
PutPixel(x+x1,-y+y1); //画7区
PutPixel(y+x1,-x+y1); //画8区
if (k>=num-1)
{
cout<<"x="<<x<<",y="<<y<<endl;
break;
}
if(d<0)
d+=2*x+3; //d的变化
else
{
d+=2*(x-y)+5; //d<=0时,d的变化
y--; //y坐标减1
}
x++; //x坐标加1
k++;
if(x >= 25 || y >= 25) break;
}
}
///////////////////////////////////////////////////////////////////
//中点Bresenham算法画椭圆 //
//参数说明：x1,y1 圆心坐标 //
// a,b 长半轴为a,短半轴为b //
// num 扫描转换时从起点开始输出的点的数目，用于动画 //
///////////////////////////////////////////////////////////////////
void MidBresenhamEllipse(GLsizei x1, GLsizei y1, GLsizei a, GLsizei b, GLsizei num)
{
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);
if(num == 1)
cout<<"中点Bresenham算法画椭圆：各点坐标及判别式的值
";
//算法的实现
GLsizei x,y,k;
GLfloat d1,d2;
x=0; y=b;
k=0;
d1=b*b+a*a*(-b+0.25);
PutPixel(x1+x,y1+y); PutPixel(x1+x,y1-y);
PutPixel(x1-x,y1+y); PutPixel(x1-x,y1-y);
while(b*b*(x+1)<a*a*(y-0.5))
{
if(d1<0)
{
d1+=b*b*(2*x+3);
}
else
{
d1+=b*b*(2*x+3)+a*a*(-2*y+2);
y--;
}
x++;
PutPixel(x1+x,y1+y); PutPixel(x1+x,y1-y);
PutPixel(x1-x,y1+y); PutPixel(x1-x,y1-y);
if (k>=num-1)
{
cout<<"x="<<x<<",y="<<y<<endl;
break;
}
k++;
}
d2=b*b*(x+0.5)*(x+0.5)+a*a*(y-1)*(y-1)-a*a*b*b;
while(y>0)
{
if(d2<=0)
{
d2+=b*b*(2*x+2)+a*a*(-2*y+3);
x++;
}
else
{
d2+=a*a*(-2*y+3);
}
y--;
PutPixel(x1+x,y1+y); PutPixel(x1+x,y1-y);
PutPixel(x1-x,y1+y); PutPixel(x1-x,y1-y);
if (k>=num-1)
{
cout<<"x="<<x<<",y="<<y<<endl;
break;
}
k++;
}
}
//初始化窗口
void Initial(void)
{
// 设置窗口颜色为白色
glClearColor(1.0f, 1.0f, 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(0.0f, 250.0f, 0.0f, 250.0f*h/w, 1.0, -1.0);
else
glOrtho(0.0f, 250.0f*w/h, 0.0f, 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,3);break;
case 2:
BresenhamLine(0,0,20,15,m_pointnumber);break;
case 3:
Bresenham2Line(0,0,5,2,m_pointnumber);break;
case 4:
BresenhamCircle(12,12,10,m_pointnumber);break;
case 5:
MidBresenhamEllipse(12,12,10,6,m_pointnumber);break;
default:
break;
}
glutSwapBuffers();
}
//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_DOUBLE | 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(); //启动主glut事件处理循环
return 0;
}2、完成头歌实训平台实验内容：
（1）CG1-v1.0-直线光栅化算法
（2）多边形填充v1.0
3、利用OpenGL实现不同属性的点和线、字符显示、反走样技术：
主要代码：
（1）不同属性的点和线
#include <GL/glut.h>
int winWidth = 400, winHeight = 300; //窗口的宽度和高度
void myDisplay(void)
{
glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); //用当前背景色填充窗口
glColor3f(0.0f, 0.0f, 0.0f); //设置当前的绘图绘图RGB颜色
//绘制不同大小的点
GLfloat sizes[2]; //保存绘制点的尺寸范围
GLfloat step; //保存绘制点尺寸的步长
GLfloat curSize; //当前绘制的点的大小
glGetFloatv(GL_POINT_SIZE_RANGE,sizes);
glGetFloatv(GL_POINT_SIZE_GRANULARITY,&step);
curSize=sizes[0];
for (int i=0;i<25;i++)
{
glPointSize(curSize);
glBegin(GL_POINTS);
glVertex3f(25.0+i*8,200.0,0.0);
glEnd();
curSize +=step*2;
}
//绘制一条宽度为5的直线
glLineWidth(5);
glBegin(GL_LINES);
glVertex3f(25.0,160.0,0.0);
glVertex3f(225.0,160.0,0.0);
glEnd();
//绘制一条虚线
glEnable(GL_LINE_STIPPLE);
glLineStipple(1,0x00FF);
glBegin(GL_LINES);
glVertex3f(25.0,120.0,0.0);
glVertex3f(225.0,120.0,0.0);
glEnd();
//绘制一条宽度为3的点划线
glLineWidth(3);
glLineStipple(1,0xFF0C);
glBegin(GL_LINES);
glVertex3f(25.0,80.0,0.0);
glVertex3f(225.0,80.0,0.0);
glEnd();
//增加重复因子绘制的点划线
glLineStipple(4,0xFF0C);
glBegin(GL_LINES);
glVertex3f(25.0,40.0,0.0);
glVertex3f(225.0,40.0,0.0);
glEnd();
glDisable(GL_LINE_STIPPLE);
glFlush();//刷新OpenGL命令队列
}
void ChangeSize(int w, int h)
{
winWidth = w; winHeight = h;
glViewport(0, 0, w, h); //指定窗口显示区域
glMatrixMode(GL_PROJECTION); //设置投影参数
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(0.0,winWidth,0.0,winHeight);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);
glutInitWindowPosition(100, 100);
glutInitWindowSize(400, 300);
glutCreateWindow("点与线");
glutDisplayFunc(myDisplay);
glutReshapeFunc(ChangeSize);
glutMainLoop();
return 0;
}（2）字符显示
#include <gl/glut.h>
#include <string.h>
int winWidth = 400, winHeight = 300; //窗口的宽度和高度
void Initial(void)
{
glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
glColor3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);
}
void output(int x, int y, char *string)
{
int len, i;
glRasterPos2f(x, y);
len = (int) strlen(string);
for (i = 0; i < len; i++)
{
glutBitmapCharacter(GLUT_BITMAP_TIMES_ROMAN_24, string[i]);
}
}
void Display(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); //用当前背景色填充窗口
glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f); //设置当前的绘图绘图 RGB 颜色
output(100,100,"hello!");
glFlush();//刷新 OpenGL命令队列
}
void ChangeSize(int w, int h)
{
winWidth = w; winHeight = h;
glViewport(0, 0, w, h); //指定窗口显示区域
glMatrixMode(GL_PROJECTION); //设置投影参数
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(0.0,winWidth,0.0,winHeight);
}
int main(int argc, char* argv[])
{
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
glutInitWindowSize(400,400);
glutInitWindowPosition(100,100);
glutCreateWindow("显示字符");
glutDisplayFunc(Display);
glutReshapeFunc(ChangeSize);
Initial();
glutMainLoop();
return 0;
}（3）反走样技术
#include <gl/glut.h>
GLuint lineList; //指定显示列表ID
void Initial()
{
glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f);
glLineWidth(12.0f);
glColor4f (0.0, 0.6, 1.0, 1.0);
lineList = glGenLists(1);
glNewList(lineList, GL_COMPILE); //定义显示列表
glBegin(GL_LINE_LOOP);
glVertex2f(1.0f, 1.0f);
glVertex2f(4.0f, 2.0f);
glVertex2f(2.0f, 5.0f);
glEnd();
glEndList();
}
void ChangeSize(GLsizei w, GLsizei h)
{
if(h == 0) h = 1;
glViewport(0, 0, w, h);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
if(w<=h)
gluOrtho2D(0.0, 5.0, 0.0, 6.0*(GLfloat)h/(GLfloat)w);
else
gluOrtho2D(0.0, 5.0*(GLfloat)w/(GLfloat)h, 0.0, 6.0);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
}
void Displayt(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glCallList(lineList);
glFlush();
}
void Displayw(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glEnable(GL_LINE_SMOOTH); //使用反走样
glEnable (GL_BLEND); //启用混合函数
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA); //指定混合函数
glCallList(lineList);
glFlush();
}
void main(void)
{
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
glutInitWindowSize(300, 300);
glutCreateWindow("原始图形");
glutDisplayFunc(Displayt);
glutReshapeFunc(ChangeSize);
Initial();
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
glutInitWindowPosition(300, 300);
glutInitWindowSize(300, 300);
glutCreateWindow("反走样图形");
glutDisplayFunc(Displayw);
glutReshapeFunc(ChangeSize);
Initial();
glutMainLoop();
}4、完成头歌实训平台实验内容：直线裁剪v1.0
这只是一个公告
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