实验2 基本图元光栅化

1.实验目的:

  • 理解基本图形元素光栅化的基本原理;
  • 掌握基本图形元素光栅化方法,如中点方法,Bresenham方法;
  • 利用OpenGL实现基本图形元素的光栅化算法。

2.实验内容:

(1) 阅读学习所给的直线光栅化的DDA算法示范代码,将其彻底弄懂,根据实验思考题找出其中的错误;同时能在计算机上编译运行,输出正确结果,指出错误并截图保存为图1至word实验文档(30分钟);

(2) 在示范程序的基础上,根据程序所留接口,增加中点线算法,并给出若干条测试直线实例,,截图保存为图2至word实验文档(30分钟);

(3) 为示范程序增加中点圆绘制算法,同时增加键盘按键控制(数字按键3),并给出若干个测试圆的实例,截图保存为图3至word实验文档(30分钟);

(4) 整理图1-3,并增加程序代码合并到一个word文档,将其命名为“序号-姓名-Prj2.doc”,电子版提交至雨课堂,A4打印稿下一次课前或实验课前提交。

3.实验原理:

示范代码原理参见教材直线光栅化一节中的DDA算法。下面介绍下OpenGL画线的一些基础知识和glutReshapeFunc()函数。

(1)数学上的直线没有宽度,但OpenGL的直线则是有宽度的。同时,OpenGL的直线必须是有限长度,而不是像数学概念那样是无限的。可以认为,OpenGL的“直线”概念与数学上的“线段”接近,它可以由两个端点来确定。这里的线由一系列顶点顺次连结而成,有闭合和不闭合两种。

前面的实验已经知道如何绘“点”,那么OpenGL是如何知道拿这些顶点来做什么呢?是一个一个的画出来,还是连成线?或者构成一个多边形?或是做其它事情呢?为了解决这一问题,OpenGL要求:指定顶点的命令必须包含在glBegin函数之后,glEnd函数之前(否则指定的顶点将被忽略),并由glBegin来指明如何使用这些点。

例如:

glBegin(GL_POINTS);

    glVertex2f(0.0f, 0.0f);

    glVertex2f(0.5f, 0.0f);

glEnd();

则这两个点将分别被画出来。如果将GL_POINTS替换成GL_LINES,则两个点将被认为是直线的两个端点,OpenGL将会画出一条直线。还可以指定更多的顶点,然后画出更复杂的图形。另一方面,glBegin支持的方式除了GL_POINTS和GL_LINES,还有GL_LINE_STRIP,GL_LINE_LOOP,GL_TRIANGLES,GL_TRIANGLE_STRIP,GL_TRIANGLE_FAN等,每种方式的大致效果如图A.2所示:

图A.2 OpenGL几何图元类型

(2)首次打开窗口、移动窗口和改变窗口大小时,窗口系统都将发送一个事件,以通知程序员。如果使用的是GLUT,通知将自动完成,并调用向glutReshapeFunc()注册的函数。该函数必须完成下列工作:

  • 重新建立用作新渲染画布的矩形区域;
  • 定义绘制物体时使用的坐标系。

如:

void Reshape(int w, int h)

{

glViewport(0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h);

glMatrixMode(GL_PROJECTION);

glLoadIdentity();

gluOrtho2D(0.0, (GLdouble) w, 0.0, (GLdouble) h);

}

在GLUT内部,将给该函数传递两个参数:窗口被移动或修改大小后的宽度和高度,单位为像素。glViewport()调整像素矩形,用于绘制整个窗口。接下来三个函数调整绘图坐标系,使左下角位置为(0, 0),右上角为(w, h)。

(3) 键盘输入

当你按下一个键后,GLUT提供了两个函数为这个键盘消息注册回调。第一个是glutKeyboardFunc,用来处理普通按键,如字母,数字,和其他可以用ASCII代码表示的键;另一个是glutSpecialFunc,用来处理特殊按键,如FiF_iFi​,方向键,Home,End键等。

glutKeyboardFunc函数原型如下: void glutKeyboardFunc(void(*func)(unsigned char key,int x,int y)); 参数: func: 处理普通按键消息的函数的名称。如果传递NULL,则表示GLUT忽略普通按键消息。 这个作为glutKeyboardFunc函数参数的函数需要有三个形参:第一个表示按下的键的ASCII码,其余两个提供了当键按下时当前的鼠标位置。鼠标位置是相对于当前客户窗口的左上角而言的。

glutSpecialFunc函数请参考https://blog.csdn.net/xie_zi/article/details/1911891

4.实验代码:

#include <GL/glut.h>

int flag = 0;
void LineDDA(int x0,int y0,int x1,int y1/*,int color*/)
{
	int  x, dy, dx, y;
	float m;
	dx=x1-x0;
	dy=y1-y0;
	m=dy/dx;
	y=y0;

	glColor3f (1.0f, 1.0f, 0.0f);   
	glPointSize(1);
	for(x=x0;x<=x1; x++)
	{
		glBegin (GL_POINTS);
		glVertex2i (x, (int)(y+0.5));
		glEnd ();
		y+=m;
	}		
}

void LineMidPoint(int x0, int y0, int x1, int y1)
{
	//请在这里填写你的代码
}

void myDisplay(void)
{
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
	glColor3f (1.0f, 0.0f, 0.0f); 
	glRectf(25.0, 25.0, 75.0, 75.0);

	glPointSize(5);
	glBegin (GL_POINTS);
	glColor3f (0.0f, 1.0f, 0.0f);   glVertex2f (0.0f, 0.0f);
	glEnd ();

	glBegin (GL_LINES);
	glColor3f (1.0f, 0.0f, 0.0f);   glVertex2f (100.0f, 0.0f);
	glColor3f (0.0f, 1.0f, 0.0f);   glVertex2f (180.0f, 240.0f);	
	glEnd ();

	if(flag == 1)
		LineDDA(0, 0, 200, 300);

	//if (flag == 2)
		//LineMidPoint(...);

	glFlush();
}

void Init()
{
	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();
	gluOrtho2D(0.0, (GLdouble) w, 0.0, (GLdouble) h);
}

void keyboard(unsigned char key, int x, int y)
{
	switch (key)
	{
	case '1'://DDA Line
		flag = 1;
		break;
	case '2': // MidPoint Line
		//请在这里填写你的代码
		
		break;
	default:
		break;
	}
	glutPostRedisplay();//重画
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	glutInit(&argc, argv);
	glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);
	glutInitWindowPosition(100, 100);
	glutInitWindowSize(400, 400);
	glutCreateWindow("Hello World!");
	Init();
	glutDisplayFunc(myDisplay);
	glutReshapeFunc(Reshape);
	glutKeyboardFunc(keyboard);
	glutMainLoop();
	return 0;
}

注: glShadeModel选择平坦或光滑渐变模式。GL_SMOOTH为缺省值,为光滑渐变模式,GL_FLAT为平坦渐变模式。

5.实验思考

示范代码有个小错误,能否指出并改正?请将结果写入实验报告。

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