《計算機(jī)圖形學(xué)》實驗教學(xué)大綱

《計算機(jī)圖形學(xué)》實驗教學(xué)大綱（ComputerGraphics）課程代碼：0610029實驗學(xué)時：30先修課程：《高等數(shù)學(xué)》、《線性代數(shù)》、《C語言程序設(shè)計》、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》一、目的要求實驗?zāi)康模红柟虒W(xué)生對計算機(jī)圖形學(xué)的直線掃描轉(zhuǎn)換原理、有效邊表填充原理、三維透視投影原理、ZBuffer深度緩沖消隱原理和真實感圖形生成原理的理解，增加學(xué)生對真實感圖形生成算法的感性認(rèn)識，強(qiáng)化訓(xùn)練學(xué)生使用VisualC++的MFC編寫相關(guān)圖形類的技能。實驗要求：要求學(xué)生在實驗前了解綜合性實驗的目的和要求，觀察實驗效果圖。在實驗中認(rèn)真理解每個類的結(jié)構(gòu)，通過搭積木的方式完成實驗任務(wù)。實驗結(jié)束后按要求整理相關(guān)類的源程序，撰寫實驗報告，尤其需要對難點和重點進(jìn)行詳細(xì)說明。二、實驗項目內(nèi)容及學(xué)時分配實驗一、繪制任意斜率的直線(2學(xué)時)⒈實驗?zāi)康囊笳莆杖我庑甭手本€段的中點Bresenham掃描轉(zhuǎn)換算法；掌握CLine直線類的設(shè)計方法；掌握狀態(tài)欄編程方法。⒉實驗主要內(nèi)容（1）設(shè)計CLine直線類，其數(shù)據(jù)成員為直線段的起點坐標(biāo)P0和終點坐標(biāo)P1，成員函數(shù)為MoveTo()和LineTo()函數(shù)。（2）CLine類的LineTo()函數(shù)使用中點Bresenham算法繪制任意斜率k的直線段，包括k＝±∞、k＞1、0≤k≤1、-1≤k＜0和k＜-1五種情況。（3）在屏幕客戶區(qū)按下鼠標(biāo)左鍵選擇直線的起點，保持鼠標(biāo)左鍵按下并移動鼠標(biāo)到另一位置，彈起鼠標(biāo)左鍵繪制任意斜率的直線段。（4）在狀態(tài)欄動態(tài)顯示鼠標(biāo)光標(biāo)移動時的位置坐標(biāo)。⒊實驗類別：專業(yè)基礎(chǔ)⒋實驗類型：驗證⒌實驗要求：必做⒍主要儀器：微型計算機(jī)實驗二、交互式繪制多邊形(4學(xué)時)⒈實驗?zāi)康囊笳莆针p緩沖繪圖技術(shù)；掌握人機(jī)交互技術(shù)；掌握填充動態(tài)多邊形的有效邊表算法。⒉實驗主要內(nèi)容（1）使用鼠標(biāo)在屏幕客戶區(qū)繪制任意點數(shù)的多邊形。要求使用橡皮筋技術(shù)動態(tài)繪制每條邊；鼠標(biāo)移動過程中按下Shift鍵時可繪制垂直邊或水平邊；將多邊形的終點移動到多邊形的起點時自動封閉多邊形；在繪制多邊形的過程中，狀態(tài)欄動態(tài)顯示鼠標(biāo)光標(biāo)的位置坐標(biāo)。（2）當(dāng)開始繪制多邊形時，更改鼠標(biāo)光標(biāo)為十字光標(biāo)，多邊形繪制完畢后恢復(fù)為箭頭光標(biāo)。（3）多邊形閉合后自動調(diào)用有效邊表算法填充多邊形內(nèi)部區(qū)域。⒊實驗類別：專業(yè)基礎(chǔ)⒋實驗類型：設(shè)計⒌實驗要求：必做⒍主要儀器：微型計算機(jī)實驗三、直線段裁剪(4學(xué)時)⒈實驗?zāi)康囊笳莆罩本€段端點編碼方法；掌握Cohen-Sutherland直線段裁剪算法。⒉實驗主要內(nèi)容（1）定義二維坐標(biāo)系原點位于屏幕中心，x軸水平向右為正，y軸鉛直向上為正。（2）在客戶區(qū)中央固定繪制顏色為RGB(128,0,0)的3像素寬的矩形代表裁剪窗口。裁剪窗口的左上角點為（-300,100）,右下角點為（300,-100）。（3）使用鼠標(biāo)在屏幕上動態(tài)繪制任意直線段。（4）選擇裁剪按鈕根據(jù)直線段和窗口的相對位置，對直線段進(jìn)行裁剪，得到位于窗口內(nèi)的直線段，刪除窗口外的直線段。（5）直線段繪制之前，裁剪按鈕無效；直線段繪制之后，裁剪按鈕有效。⒊實驗類別：專業(yè)基礎(chǔ)⒋實驗類型：驗證⒌實驗要求：必做⒍主要儀器：微型計算機(jī)實驗四、立方體線框模型透視投影(4學(xué)時)⒈實驗?zāi)康囊笳莆帐褂命c表和面表構(gòu)造立方體線框模型的方法；掌握視點球坐標(biāo)的計算方法；掌握立方體線框模型的二維透視投影圖的繪制方法；掌握立方體線框模型的二維透視投影圖的旋轉(zhuǎn)方法。⒉實驗主要內(nèi)容（1）在屏幕中心建立三維坐標(biāo)系Oxyz，x軸水平向右，y軸鉛直向上，z軸垂直于屏幕指向觀察者。（2）以三維坐標(biāo)系Oxyz的原點為立方體體心繪制邊長為a的立方體線框模型。（3）使用雙緩沖技術(shù)在屏幕上繪制三維立方體的二維透視投影圖。（4）使用鍵盤方向鍵旋轉(zhuǎn)立方體線框模型。（5）使用工具條上的“動畫”圖標(biāo)播放立方體線框模型的旋轉(zhuǎn)動畫（6）按下鼠標(biāo)左鍵縮小立方體，按下鼠標(biāo)右鍵增大立方體。⒊實驗類別：專業(yè)基礎(chǔ)⒋實驗類型：設(shè)計⒌實驗要求：必做⒍主要儀器：微型計算機(jī)實驗五、動態(tài)繪制Bezier曲線(4學(xué)時)⒈實驗?zāi)康囊笳莆罩本€的參數(shù)表示法；掌握德卡斯特里奧算法的幾何意義；掌握繪制二維Bezier曲線的方法。⒉實驗主要內(nèi)容(1)使用鼠標(biāo)左鍵繪制個數(shù)為10以內(nèi)的任意控制點，使用直線連接構(gòu)成控制多邊形。(2)單擊鼠標(biāo)右鍵繪制Bezier曲線。(3)在狀態(tài)欄顯示鼠標(biāo)的位置坐標(biāo)。(4)Bezier曲線使用德卡斯特里奧（deCasteliau）算法繪制。⒊實驗類別：專業(yè)基礎(chǔ)⒋實驗類型：設(shè)計⒌實驗要求：必做⒍主要儀器：微型計算機(jī)實驗六、地理劃分線框球(4學(xué)時)⒈實驗?zāi)康囊笳莆涨蝮w地理劃分法；掌握點表和面表的建立。⒉實驗主要內(nèi)容（1）建立三維坐標(biāo)系Oxyz，原點位于屏幕客戶區(qū)中心，x軸水平向右為正，y軸鉛直向上為正，z軸垂直于屏幕指向觀察者。（2）球體中心位于坐標(biāo)系原點，使用地理劃分法繪制球體線框模型。（3）使用點表和面表構(gòu)造球體數(shù)據(jù)文件。（4）使用凸多面體消隱算法對球體線框模型進(jìn)行消隱。（5）使用鍵盤方向鍵旋轉(zhuǎn)球體。（6）使用動畫按鈕，播放或停止球體動畫。⒊實驗類別：專業(yè)基礎(chǔ)⒋實驗類型：綜合⒌實驗要求：必做⒍主要儀器：微型計算機(jī)實驗七、球體Gouraud光照模型(4學(xué)時)⒈實驗?zāi)康囊罄斫獗趁嫣蕹惴?；掌握光照顏色的計算方法；掌握雙線性光強(qiáng)插值模型。⒉實驗主要內(nèi)容（1）建立三維坐標(biāo)系Oxyz，原點位于屏幕客戶區(qū)中心，x軸水平向右為正，y軸鉛直向上為正，z軸垂直于屏幕指向觀察者。（2）繪制體心和坐標(biāo)系中心重合的球體表面，使用Z-Buffer消隱算法進(jìn)行消隱。（3）使用單點光源對球體進(jìn)行照射生成Gouraud光照模型，光源位置位于球體右上方。（4）背景色設(shè)置為RGB(128,0,0)。（5）使用鍵盤方向鍵旋轉(zhuǎn)球體。（6）使用動畫按鈕，播放或停止球體動畫。⒊實驗類別：專業(yè)基礎(chǔ)⒋實驗類型：綜合⒌實驗要求：必做⒍主要儀器：微型計算機(jī)實驗八、立方體紋理映射(4學(xué)時)⒈實驗?zāi)康囊笳莆瘴粓D紋理讀入方法；掌握立方體紋理映射算法。⒉實驗主要內(nèi)容（1）建立三維坐標(biāo)系Oxyz，原點位于屏幕客戶區(qū)中心，x軸水平向右為正，y軸鉛直向上為正，