圖形學(xué)實驗3.doc

數(shù)字圖像處理實驗指導(dǎo)書3D游戲圖形學(xué)實驗報告書（實驗三）姓名： 學(xué)號：班級：浙江理工大學(xué)二一二 年 十一 月2實驗三 幾何圖形變換實驗一、實驗?zāi)康暮鸵?. 進一步掌握二維、三維變換的數(shù)學(xué)知識、變換原理、變換種類、變換方法；2. 利用OpenGL實現(xiàn)二維、三維圖形變換，在屏幕上顯示變換過程或變換結(jié)果；3. 掌握OpenGL常用的變換函數(shù)。2、 實驗原理OpenGL的三個基本幾何變換函數(shù)介紹如下：1. 平移變換平移變換函數(shù)如下：void glTranslate fd (TYPE x, TYPE y, TYPE z);三個函數(shù)參數(shù)就是目標分別沿三個軸向平移的偏移量。這個函數(shù)表示用這三個偏移量生成的矩陣乘以當前矩陣。2. 旋轉(zhuǎn)變換旋轉(zhuǎn)變換函數(shù)如下： void glRotate fd (TYPE angle, TYPE x, TYPE y, TYPE z);函數(shù)中第一個參數(shù)是表示目標沿從點(x, y, z)到原點的方向逆時針旋轉(zhuǎn)的角度，后三個參數(shù)是旋轉(zhuǎn)的方向點坐標。這個函數(shù)表示用這四個參數(shù)生成的矩陣乘以當前矩陣。3. 比例變換比例變換函數(shù)如下： void glScale fd (TYPE x, TYPE y, TYPE z);三個函數(shù)參數(shù)值就是目標分別沿三個軸向縮放的比例因子。這個函數(shù)表示用這三個比例因子生成的矩形乘以當前矩陣。這個函數(shù)能完成沿相應(yīng)的軸對目標進行拉伸、壓縮和反射三項功能。以參數(shù)x為例，若當x大于1.0時，表示沿x軸方向拉伸目標；若x小于1.0時，表示沿x軸方向收縮目標；若x=-1.0表示沿x軸反射目標。4. 投影變換1）OpenGL平行投影函數(shù)共有兩個：一個函數(shù)是：void glOrtho(GLdouble left, GLdouble right, GLdouble bottom, GLdouble top, GLdouble near, GLdouble far)它創(chuàng)建一個平行視景體。實際上這個函數(shù)的操作是創(chuàng)建一個平行投影矩陣，并且用這個矩陣乘以當前矩陣。其中近裁剪平面是一個矩形，矩形左下角點三維空間坐標是(left,bottom,-near)，右上角點是(right,top,-near)；遠裁剪平面也是一個矩形，左下角點空間坐標是(left,bottom,-far)，右上角點是(right,top,-far)。所有的near和far值同時為正或同時為負。如果沒有其他變換，正射投影的方向平行于Z軸，且視點朝向Z負軸。這意味著物體在視點前面時far和near都為負值，物體在視點后面時far和near都為正值。 另一個函數(shù)是：void gluOrtho2D(GLdouble left, GLdouble right, GLdouble bottom, GLdouble top)它是一個特殊的正射投影函數(shù)，主要用于二維圖像到二維屏幕上的投影。它的near和far缺省值分別為-1.0和1.0，所有二維物體的Z坐標都為0.0。因此它的裁剪面是一個左下角點為(left,bottom)、右上角點為(right,top)的矩形。2）OpenGL透視投影函數(shù)共有兩個：void glFrustum(GLdouble left, GLdouble Right, GLdouble bottom, GLdouble top, GLdouble near, GLdouble far);它創(chuàng)建一個透視視景體。其操作是創(chuàng)建一個透視投影矩陣，并且用這個矩陣乘以當前矩陣。這個函數(shù)的參數(shù)只定義近裁剪平面的左下角點和右上角點的三維空間坐標，即(left,bottom,-near)和(right,top,-near)；最后一個參數(shù)far是遠裁剪平面的Z負值，其左下角點和右上角點空間坐標由函數(shù)根據(jù)透視投影原理自動生成。near和far表示離視點的遠近，它們總為正值。另一個函數(shù)是：void gluPerspective(GLdouble fovy, GLdouble aspect, GLdouble zNear, GLdouble zFar);它也創(chuàng)建一個對稱透視視景體，但它的參數(shù)定義于前面的不同。其操作是創(chuàng)建一個對稱的透視投影矩陣，并且用這個矩陣乘以當前矩陣。參數(shù)fovy定義視野在X-Z平面的角度，范圍是0.0,180.0；參數(shù)aspect是投影平面寬度與高度的比率；參數(shù)zNear和Far分別是遠近裁剪面沿Z負軸到視點的距離，它們總為正值。3、 實驗內(nèi)容1、下面的代碼采用GLUT庫，使用了雙緩存，在按下鼠標左鍵后，程序在空閑時一直不停地調(diào)用spinDisplay函數(shù)，實現(xiàn)了一個矩形在窗口中勻速轉(zhuǎn)動（單擊鼠標右鍵停止轉(zhuǎn)動）。請修改代碼，實現(xiàn)矩形在窗口內(nèi)沿著水平線移動。 2、已知某三角形的三頂點坐標50.0,25.0,150.0,25.0,100.0,100.0。要求：（1）創(chuàng)建一個長寬分別為600、600的窗口，窗口的左上角位于屏幕坐標（100，100）處。（提示：請試著修改gluOrtho2D函數(shù)參數(shù)，使得繪制的三角形盡可能居中顯示）（2）繪制一個由上述頂點所描繪的三角形，實現(xiàn)該三角形進行下列的幾何變化：首先使三角形沿著其中心的x軸，y軸方向縮小50%;然后沿著初始中心旋轉(zhuǎn)90度；最后沿著y軸平移100個單位。 3、繪制一個三棱椎的透視投影圖，要求：實現(xiàn)勻速旋轉(zhuǎn)（提示：參考題目1，使用雙緩存模式）；改變變換方式，達到不同的效果。選做：實現(xiàn)直線的編碼裁剪算法（Cohen-Surtherland算法）。程序中存在小錯誤，請調(diào)試改正；分別給出直線的三種不同位置情況，測試實驗代碼是否存在其它問題，有的話請改正。4、 實驗代碼1、修改代碼，實現(xiàn)矩形在窗口內(nèi)沿著水平線移動（紅色部分為修改部分）/* * double.c * This is a simple double buffered program. * Pressing the left mouse button rotates the rectangle* Pressing the right mouse button stops the rotation. */#include #include static GLfloat spin = 0.0;void display(void) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glPushMatrix(); / glRotatef(spin, 0.0, 0.0, 1.0); glTranslatef(0.0,spin,0.0); glColor3f(1.0, 1.0, 1.0); glRectf(-10.0, -10.0, 10.0, 10.0); glPopMatrix(); glutSwapBuffers(); /交換雙緩存 void spinDisplay(void) spin = spin + 0.01; if (spin 20.0) spin = spin - 20.0; glutPostRedisplay();void init(void) glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glShadeModel (GL_FLAT);void reshape(int w, int h) glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); glOrtho(-50.0, 50.0, -50.0, 50.0, -1.0, 1.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity();void mouse(int button, int state, int x, int y) switch (button) case GLUT_LEFT_BUTTON: if (state = GLUT_DOWN) glutIdleFunc(spinDisplay); /設(shè)備空閑時調(diào)用的函數(shù) break; case GLUT_MIDDLE_BUTTON: case GLUT_RIGHT_BUTTON: if (state = GLUT_DOWN) glutIdleFunc(NULL); break; default: break; /* * Request double buffer display mode. * Register mouse input callback functions */int main(int argc, char* argv) glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB); /使用雙緩存模式 glutInitWindowSize (500, 500); glutInitWindowPosition (100, 100); glutCreateWindow (argv0); init (); glutDisplayFunc(display); glutReshapeFunc(reshape); glutMouseFunc(mouse); glutMainLoop(); return 0; /* ANSI C requires main to return int. */2、已知某三角形的三頂點坐標50.0,25.0,150.0,25.0,100.0,100.0。要求：（1）創(chuàng)建一個長寬分別為600、600的窗口，窗口的左上角位于屏幕坐標（100，100）處。（提示：請試著修改gluOrtho2D函數(shù)參數(shù)，使得繪制的三角形盡可能居中顯示）#include #include void init(void) glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glShadeModel (GL_FLAT);void draw_triangle(void)/繪制三角形 glBegin(GL_TRIANGLES);/開始畫三角形 /glColor3f (1.0, 0.0, 0.0); glVertex2f(25.0, 25.0); glVertex2f(100.0, 100.0); glVertex2f(150.0, 25.0); glEnd();void display(void) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glLoadIdentity (); glColor3f (0.0, 1.0, 0.0); draw_triangle (); /畫三角形 glEnable (GL_LINE_STIPPLE); /打開畫線模式 glLineStipple (1, 0xF0F0); glLoadIdentity (); glTranslatef (-100.0, 0.0, 0.0); glColor3f (0.0, 0.0, 1.0); draw_triangle (); glLineStipple (1, 0xF00F); glLoadIdentity (); glScalef (1.0, 0.5, 1.0); glColor3f (0.0, 1.0, 1.0); draw_triangle (); glLineStipple (1, 0x8888); glLoadIdentity (); glRotatef (90.0, 0.0, 0.0, 1.0); glColor3f (1.0, 0.0, 1.0); draw_triangle (); glDisable (GL_LINE_STIPPLE); glFlush ();void reshape (int w, int h) glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode (GL_PROJECTION); glLoadIdentity (); if (w = h) gluOrtho2D (-150.0, 200.0, -50.0*(GLfloat)h/(GLfloat)w, 200.0*(GLfloat)h/(GLfloat)w);/修改參數(shù)，使三角形盡量顯示在窗口中央位置 else gluOrtho2D (-20.0*(GLfloat)w/(GLfloat)h, 200.0*(GLfloat)w/(GLfloat)h, -50.0, 50.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW);int main(int argc, char* argv)glutInit(&argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH);/顯示模式 glutInitWindowSize (600, 600); /創(chuàng)建600*600的窗口 glutInitWindowPosition (100, 100);/左上角位于（100，100）glutCreateWindow (argv0);/創(chuàng)建窗口 init (); glutDisplayFunc(display); glutReshapeFunc(reshape); glutMainLoop(); return 0;（2） 繪制一個由上述頂點所描繪的三角形，實現(xiàn)該三角形進行下列的幾何變化：首先使三角形沿著其中心的x軸，y軸方向縮小50%;然后沿著初始中心旋轉(zhuǎn)90度；最后沿著y軸平移100個單位#include #include void init(void) glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glShadeModel (GL_FLAT);void draw_triangle(void) glBegin(GL_TRIANGLES); /glColor3f (1.0, 0.0, 0.0); glVertex2f(25.0, 25.0); glVertex2f(100.0, 100.0); glVertex2f(150.0, 25.0); glEnd();void display(void) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glLoadIdentity (); glColor3f (0.0, 1.0, 0.0); draw_triangle (); glEnable (GL_LINE_STIPPLE); /打開畫線模式 glLineStipple (1, 0xF0F0); glLoadIdentity (); glTranslatef (100.0, 63.0, 0.0);/移到參考點 glTranslatef (0.0, 100.0, 0.0);/平移100個單位 glRotatef (90.0, 0.0, 0.0, 1.0);/旋轉(zhuǎn)90度 glScalef (0.5, 0.5, 1.0);/沿著其中心的x軸，y軸方向縮小% glTranslatef (-100.0,-63.0, 0.0);/反平移 glColor3f (0.0, 255.0, 1.0); draw_triangle (); glDisable (GL_LINE_STIPPLE); glFlush ();void reshape (int w, int h) glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode (GL_PROJECTION); glLoadIdentity (); if (w = h) gluOrtho2D (0.0, 200.0, 0.0*(GLfloat)h/(GLfloat)w, 200.0*(GLfloat)h/(GLfloat)w); else gluOrtho2D (0.0*(GLfloat)w/(GLfloat)h, 200.0*(GLfloat)w/(GLfloat)h, 0.0, 200.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW);int main(int argc, char* argv)glutInit(&argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH); glutInitWindowSize (600, 600); glutInitWindowPosition (100, 100);glutCreateWindow (argv0); init (); glutDisplayFunc(display); glutReshapeFunc(reshape); glutMainLoop(); return 0;3、 繪制一個三棱椎的透視投影圖，要求：實現(xiàn)勻速旋轉(zhuǎn)（提示：參考題目1，使用雙緩存模式）；改變變換方式，達到不同的效果。#include#includestatic GLfloat spin=0.0;void init(void)glClearColor(0.0f,0.0f,0.0f,0.0f);glShadeModel(GL_SMOOTH); /設(shè)為smooth處理方式glEnable(GL_DEPTH_TEST); /激活深度測試void draw_trangles() /繪制的三棱錐glBegin(GL_TRIANGLES);/開始繪制三棱錐glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);/顏色設(shè)定glVertex3f(0.0f,1.0f,0.0f);glVertex3f(-1.0f,-1.0f,1.0f);glColor3f(1.0f,0.0f,255.0f);glVertex3f(1.0f,-1.0f,1.0f);glVertex3f(0.0f,1.0f,0.0f);glColor3f(1.0f,0.0f,1.0f);glVertex3f(1.0f,-1.0f,1.0f);glVertex3f(1.0f,-1.0f,-1.0f);glColor3f(1.0f,1.0f,0.0f);glVertex3f(0.0f,1.0f,0.0f);glVertex3f(1.0f,-1.0f,-1.0f);glColor3f(255.0f,0.0f,0.0f);glVertex3f(-1.0f,-1.0f,-1.0f);glVertex3f(0.0f,1.0f,0.0f);glColor3f(1.0f,255.0f,0.0f);glVertex3f(-1.0f,-1.0f,-1.0f);glVertex3f(-1.0f,-1.0f,1.0f);glEnd();void display(void)glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT); /清除顏色緩存和深度緩存glPushMatrix(); /清除顏色緩存和深度緩存glLoadIdentity(); glTranslatef(0.5f,0.0f,-6.0f); /試嘗試修改此函數(shù)，掌握其用法與參數(shù)含義 glRotatef(spin,0.0f,5.0f,0.0f); /試嘗試修改此函數(shù)，掌握其用法與參數(shù)含義draw_trangles();glPopMatrix();glutSwapBuffers(); /交換雙緩存glFlush();void spinDisplay(void)/控制旋轉(zhuǎn)速度，速度越轉(zhuǎn)越快 spin+=0.25; if(spin360.0) spin=spin-360.0; glutPostRedisplay();void spinDisplay1(void)/不同的方向不同速度，速度越轉(zhuǎn)越快 spin=spin-; if (spin360.0) spin=spin-360.0; glutPostRedisplay();void reshape(int width, int height)glViewport(0,0,(GLsizei)width, (GLsizei)height); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glL