計算機圖形學實驗指導(dǎo)書

PAGEPAGE9《計算機圖形學》實驗指導(dǎo)書第四版主要介紹基于VisualC++6.0，應(yīng)用MFC程序設(shè)計框架、文檔與視圖結(jié)構(gòu)，基本控件設(shè)計，實現(xiàn)計算機圖形學一些重要的基本圖形生成算法。通過實驗，讓學生掌握與計算機圖形相關(guān)的硬件知識，學會計算機基本圖形生成、變換、以及曲線和曲面的基本算法，并進行程序設(shè)計與上機實現(xiàn)。為今后從事圖形學領(lǐng)域的研究和設(shè)計打下基礎(chǔ)。幫助學習者掌握基本的程序開發(fā)技能。本實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容分為兩大部分：第一部分介紹VisualC++實驗環(huán)境；第二部分是具體的實驗安排。共安排了一個實驗：實驗序號實驗內(nèi)容機時數(shù)1基本圖形可視化生成10第一部分VisualC++實驗環(huán)境介紹VisualC++簡介VisualC++是Microsoft公司的VisualStudio開發(fā)工具箱中的一個C++程序開發(fā)包。VisualStudio提供了一整套開發(fā)Internet和Windows應(yīng)用程序的工具，包括VisualC++，VisualBasic，VisualFoxpro，VisualInterDev，VisualJ++以及其他輔助工具，如代碼管理工具VisualSourceSafe和聯(lián)機幫助系統(tǒng)MSDN。VisualC++包中除包括C++編譯器外，還包括所有的庫、例子和為創(chuàng)建Windows應(yīng)用程序所需要的文檔。從最早期的1.0版本，發(fā)展到最新的6.0版本，VisualC++已經(jīng)有了很大的變化，在界面、功能、庫支持方面都有許多的增強。最新的6.0版本在編譯器、MFC類庫、編輯器以及聯(lián)機幫助系統(tǒng)等方面都比以前的版本做了較大改進。VisualC++一般分為三個版本：學習版、專業(yè)版和企業(yè)版，不同的版本適合于不同類型的應(yīng)用開發(fā)。實驗中可以使用這三個版本的任意一種。VisualC++集成開發(fā)環(huán)境（IDE）集成開發(fā)環(huán)境（IDE）是一個將程序編輯器、編譯器、調(diào)試工具和其他建立應(yīng)用程序的工具集成在一起的用于開發(fā)應(yīng)用程序的軟件系統(tǒng)。VisualC++軟件包中的DeveloperStudio就是一個集成開發(fā)環(huán)境，它集成了各種開發(fā)工具和VC編譯器。程序員可以在不離開該環(huán)境的情況下編輯、編譯、調(diào)試和運行一個應(yīng)用程序。IDE中還提供大量在線幫助信息協(xié)助程序員做好開發(fā)工作。DeveloperStudio中除了程序編輯器、資源編輯器、編譯器、調(diào)試器外，還有各種工具和向?qū)Вㄈ鏏ppWizard和ClassWizard），以及MFC類庫，這些都可以幫助程序員快速而正確地開發(fā)出應(yīng)用程序。向?qū)?Wizard)向?qū)ㄟ^一步步的幫助引導(dǎo)工作。DeveloperStudio中包含三個向?qū)В篈ppWizard：用來創(chuàng)建一個Windows程序的基本框架結(jié)構(gòu)。AppWizard向?qū)徊讲教岢鰡栴}，詢問項目特征，然后根據(jù)這些特征自動生成一個可以執(zhí)行的程序框架。ClassWizard：用來定義AppWizard所創(chuàng)建的程序中的類。可利用ClassWizard在項目中增加類、為類增加消息處理函數(shù)等。ActiveXControlWizard：用于創(chuàng)建一個ActiveX控件的基本框架結(jié)構(gòu)。ActiveX控件是用戶自定義的控件，它支持一系列定義的接口，可以作為一個可再利用的組件。MFC庫庫（library）是可以重復(fù)使用的源代碼和目標代碼的集合。MFC（MicrosoftFundamentalCasses）是VisualC++開發(fā)環(huán)境所帶的類庫，在該類庫中提供了大量的類，可以幫助開發(fā)人員快速建立應(yīng)用程序。這些類可以提供程序框架、進行文件和數(shù)據(jù)庫操作、建立網(wǎng)絡(luò)連接、進行繪圖和打印等各種通用的應(yīng)用程序操作。使用MFC庫開發(fā)應(yīng)用程序可以減少很多工作量。項目開發(fā)過程一個用C++開發(fā)的項目的通用開發(fā)過程可以用下圖表示。建立一個項目的第一步是利用編輯器建立程序代碼文件，包括頭文件、代碼文件、資源文件等。然后，啟動編譯程序，編譯程序首先調(diào)用預(yù)處理程序處理程序中的預(yù)處理命令（如#include,#define等），經(jīng)過預(yù)處理程序處理的代碼將作為編譯程序的輸入。編譯對用戶程序進行詞法和語法分析，建立目標文件，文件中包括機器代碼、連接指令、外部引用以及從該源文件中產(chǎn)生的函數(shù)和數(shù)據(jù)名。此后，連接程序?qū)⑺械哪繕舜a和用到的靜態(tài)連接庫的代碼連接起來，為所有的外部變量和函數(shù)找到其提供地點，最后產(chǎn)生一個可執(zhí)行文件?？蓤?zhí)行文件分為兩種版本：Debug和Release。Debug版本用于程序的開發(fā)過程，該版本產(chǎn)生的可執(zhí)行程序帶有大量的調(diào)試信息，可以供調(diào)試程序使用，而Release版本作為最終的發(fā)行版本，沒有調(diào)試信息，并且?guī)в心撤N形式的優(yōu)化。在上機實習過程中可以采用Debug版本，這樣便于調(diào)試。選擇是產(chǎn)生Debug版本還是Release版本的方法是：在DeveloperStudio中選擇菜單Build|SetActiveConfiguration，在彈出的對話框中，選擇所要的類型，然后選擇OK關(guān)閉對話框。VisualC++集成開發(fā)環(huán)境中集成了編輯器、編譯器、連接器以及調(diào)試程序，覆蓋了的開發(fā)應(yīng)用程序的整個過程，程序員不需要脫離這個開發(fā)環(huán)境就可以開發(fā)出完整的應(yīng)用程序。集成開發(fā)環(huán)境DeveloperStudio進入DeveloperStudio單擊任務(wù)欄中“開始”后選擇“程序”，找到MicrosoftVisualStudio6.0文件夾后，單擊其中的MicrosoftVisualC++6.0圖標，啟動DeveloperStudio。DeveloperStudio的界面DeveloperStudio用戶界面是一個由窗口、工具條、菜單、工具及其他部分組成的一個集成界面。通過這個界面，用戶可以在同一環(huán)境下創(chuàng)建、測試、調(diào)試應(yīng)用程序。界面如下：主要部分介紹如下：工具條和菜單，提供用戶操作命令。菜單和工具條在開發(fā)的不同進程有不同顯示內(nèi)容。當?shù)谝淮未蜷_DeveloperStudio時，標準的工具條和菜單就會顯示出來，隨著開發(fā)的不同步驟，不同的工具條就會自動顯示出來，菜單也會有所變化。工具條有很多種，你可以顯示任意多的工具條，只要屏幕空間允許。工具條可以任意移動，也可以放大縮小。工具條和菜單條功能基本相同，唯一的區(qū)別是：菜單條總占據(jù)一行，并且一般不能隱藏。工作區(qū)窗口，這個窗口包含關(guān)于正在開發(fā)的這個項目的有關(guān)信息。當打開一個項目以后，工作區(qū)窗口將會顯示關(guān)于當前項目的文件信息和類的信息。下圖是打開一個項目hello以后的工作區(qū)窗口（假設(shè)該項目由兩個文件cpp1.cpp,cpp2.cpp組成）。文檔窗口區(qū)，這個區(qū)域可以顯示各種類型的文檔，如源代碼文件、頭文件、資源文件等?？梢酝瑫r打開多個文檔。輸出窗口，輸出窗口用來顯示幾種信息，可以通過選擇不同的標簽顯示不同的信息。這些信息包括：編譯連接結(jié)果信息（Build標簽）、調(diào)試信息（Debug標簽）、查找結(jié)果信息（FindinFiles標簽）。其中查找結(jié)果信息有兩個標簽，可以顯示兩次在文件中查找指定內(nèi)容的結(jié)果總的來說，窗口和命令接口（包括工具條和菜單條）是構(gòu)成界面的最主要組成部分。通常有兩種窗口：文檔窗口和可附著（docking）窗口。文檔窗口顯示在文檔窗口區(qū)，用于顯示和編輯文檔，其大小和位置可以隨其所處的DeveloperStudio窗口的改變而改變，可以最大化和最小化?？筛街翱诳梢愿街趹?yīng)用程序窗口的邊界，也可以浮在屏幕上的任何位置?？筛街翱谟校汗ぷ鲄^(qū)（workspace）窗口，輸出（output）窗口，調(diào)試窗口（包括variable，watch，local等窗口）等。文檔窗口的位置、大小及是否可見和它所在的項目有關(guān)，docking窗口的位置、大小及是否可見則與項目進行的狀態(tài)以及各種編輯和調(diào)試的操作有關(guān)。各種窗口和各種工具條以及菜單構(gòu)成了界面的布局。一旦用戶決定了一種界面布局，系統(tǒng)就會為一直為用戶保持這種布局，直到用戶下一次改變該布局為止。獲得幫助信息大多數(shù)時候，可以通過按F1得到上下文幫助。如在編輯文件時按F1可以得到有關(guān)編輯的幫助，在編譯連接錯誤信息上按F1可以得到關(guān)于該錯誤的幫助信息。如果想系統(tǒng)地獲得幫助，可以通過選擇菜單Help|Contents來啟動MSDN查閱器，MSDN查閱器是一個功能強大的程序，可以方便地瀏覽、查找信息，要想知道具體如何使用MSDN查閱器，可以在MSDN查閱器中選菜單Help下的命令。VisualC++的編輯器DeveloperStudio包含一個功能強大的編輯器，可以編輯將被編譯成Windows程序的VisualC++源文件。這個編輯器有點象字處理器，但是沒有字處理器具備的復(fù)雜的排版、文本格式等功能，它注重的是如何幫助程序員快速高效地編制程序。它具有以下特點：自動語法。用高亮度和不同顏色的字來顯示不同的語法成分，如注釋、關(guān)鍵字和一般代碼用不同的顏色顯示自動縮進。幫助你排列源代碼，使其可讀性更強參數(shù)幫助。在編輯時用到預(yù)定義的windows函數(shù)時，可以自動為你顯示函數(shù)參數(shù)集成的關(guān)鍵字幫助。能夠使你快速得到任何關(guān)鍵字、MFC類或Windows函數(shù)的幫助信息（按F1即可）拖放編輯。能夠用鼠標選擇文本并自由拖動到任意位置自動錯誤定位。能自動將光標移動到有編譯錯誤的源代碼處。當你打開一個源代碼文件時，就可以利用編輯器對其進行編輯。源代碼文件在文檔顯示區(qū)顯示，每個文件有獨立的顯示窗口。如果你選擇用其他編輯器編輯源文件，必須將它以純文本的方式保存。VC的編譯器不能處理其中有特別格式字符的文件。常用功能鍵及其意義為了使程序員能夠方便快捷地完成程序開發(fā)，開發(fā)環(huán)境提供了大量快捷方式來簡化一些常用操作的步驟。鍵盤操作直接、簡單，而且非常方便，因而程序員非常喜歡采用鍵盤命令來控制操作。下面是一些最常用的功能鍵，希望在實驗中逐步掌握。操作類型功能鍵對應(yīng)菜單含義文件操作Ctrl+NFile|New創(chuàng)建新的文件、項目等Ctrl+OFile|Open打開項目、文件等Ctrl+SFile|Save保存當前文件編輯操作Ctrl+XEdit|Cut剪切Ctrl+CEdit|Copy復(fù)制Ctrl+VEdit|Paste粘貼Ctrl+ZEdit|Undo撤消上一個操作Ctrl+YEdit|Redo重復(fù)上一個操作Ctrl+AEdit|SelectAll全選DelEdit|Del刪除光標后面的一個字符建立程序操作Ctrl+F7Build|Compilercurrentfile編譯當前源文件Ctrl+F5Build|Runexe運行當前項目F7Build|Buildexe建立可執(zhí)行程序F5Build|StartDebugging啟動調(diào)試程序調(diào)試F5Debug|Go繼續(xù)運行F11Debug|Stepinto進入函數(shù)體內(nèi)部shift+F11Debug|Stepout從函數(shù)體內(nèi)部運行出來F10Debug|Stepover執(zhí)行一行語句F9設(shè)置/清除斷點Ctrl+F10Debug|Runtocursor運行到光標所在位置shift+F9Debug|QuickWatch快速查看變量或表達式的值Shift+F5Debug|Stopdebugging停止調(diào)試第二部分實驗注意事項：每次實驗以前，需要詳細閱讀實驗?zāi)康?、實驗要求和實驗提示，以便能準確地理解實驗要求，達到實驗的目的。有的實驗前后有聯(lián)系，需要先完成前面的實驗再進行后面的實驗。請務(wù)必按照先后順序完成實驗。指導(dǎo)老師那兒有關(guān)于實驗的詳細解答，如果有疑問，可以請教指導(dǎo)老師。實驗項目： 基本圖形可視化生成實驗內(nèi)別：設(shè)計性實驗?zāi)康模毫私夂褪褂肰C集成開發(fā)環(huán)境熟悉VC環(huán)境的基本命令和功能鍵，熟悉常用的功能菜單命令學習使用VC++環(huán)境的幫助了解用VisualC++開發(fā)WindowsMFC應(yīng)用程序的過程實現(xiàn)基本圖形生成算法實驗要點：熟悉MFC程序設(shè)計的基本過程，編輯、編譯、連接和運行程序；掌握面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法，采用類的封裝和繼承實現(xiàn)基本圖形；定義圖形基類，定義圖形如直線、圓、多邊形等派生類，掌握虛函數(shù)的使用；實現(xiàn)直線的生成算法、多邊形掃描線填充算法、二維圖形變換（平移、旋轉(zhuǎn)和鏡像）實驗內(nèi)容本次實驗?zāi)銓W習有關(guān)VisualC++開發(fā)環(huán)境的一些知識，并實現(xiàn)一個簡單的DOS程序和Windows程序，熟悉開發(fā)環(huán)境后，生成一個單文檔應(yīng)用程序并添加代碼實現(xiàn)基本圖形生成算法。熟悉VisualC++實驗環(huán)境1.程序調(diào)試方法【實驗步驟】啟動DeveloperStudio，看看初始化界面由哪些部分組成查看各菜單項，看看都有哪些子菜單和命令將鼠標放置于各工具條圖標上，系統(tǒng)會自動顯示該圖標代表的命令含義，了解一下都有哪些命令。在任意工具條上單擊鼠標右鍵，彈出式菜單上將顯示所有可用的工具條，選擇其中沒有對號（√）的項，看看有什么效果，再選擇有對號的項，又有什么效果？將鼠標移動到任意工具條上，將鼠標放到圖標間隙，按下鼠標左鍵不放，移動鼠標到屏幕中間，有什么現(xiàn)象發(fā)生？再將它拖回到原來位置，有什么現(xiàn)象發(fā)生？將鼠標移動到左邊的工作區(qū)窗口，按下鼠標左鍵不放，移動鼠標到屏幕中間，有什么現(xiàn)象發(fā)生？再將它拖回到原來位置，有什么現(xiàn)象發(fā)生？將鼠標移動到下邊的輸出窗口，按鼠標右鍵，彈出一個菜單，選擇其中的菜單項“Hide”，結(jié)果如何？要重新顯示該窗口，選擇菜單View|Output，窗口是不是又顯示出來了？學習使用幫助系統(tǒng)。選擇菜單Help|Contents，啟動MSDN聯(lián)機幫助系統(tǒng)，學習使用該幫助系統(tǒng)。聯(lián)機幫助系統(tǒng)是一個相對獨立的程序，它和DeveloperStudio是兩個程序。選File|Exit退出DeveloperStudio。Windows應(yīng)用用AppWizard建立一個MFCWindows應(yīng)用，在窗口中輸出“Hello，World!”術(shù)語：AppWizard是一個工具，利用該工具，可以創(chuàng)建一個建立在MFC基礎(chǔ)上的窗口應(yīng)用程序框架，然后在這個框架中加上自己的應(yīng)用邏輯?？梢赃x擇所創(chuàng)建的應(yīng)用類型，最常用的是多文檔應(yīng)用（就象字編輯器MicrosoftWord一樣，可以同時打開多個文檔窗口的應(yīng)用）、單文檔應(yīng)用（類似于Windows提供的notepad，一次只能打開一個文檔）和對話框應(yīng)用（類似于Windows的時鐘程序）。【實驗步驟】創(chuàng)建一個新項目利用DeveloperStudio的AppWizard創(chuàng)建一個新的項目，步驟為：選擇菜單File|New，在New對話框中選擇Projects標簽，在顯示的項目類型中選擇MFCAppWizard(exe)在右邊的ProjectName編輯框中輸入項目名稱，如“helloMFC”，然后按OKMFCAppWizard將分幾步詢問有關(guān)要建立的新項目的配置。第一個對話框問是創(chuàng)建哪種類型的應(yīng)用（單文檔、多文檔還是對話框類型），選擇創(chuàng)建單文檔應(yīng)用“Singledocument”，然后按Next按鈕翻過后面的五個頁面（按Next），每個頁面可以改變項目的不同選項。最后一個MFCAppWizard屏幕告訴你AppWizard自動產(chǎn)生的類。單擊Finish鍵，AppWizard顯示一個關(guān)于該項目的摘要，列出這些類和你所選擇的特征。單擊OK，系統(tǒng)自動產(chǎn)生helloMFC所需要的文件。瀏覽helloMFC項目當用MFCAppWizard創(chuàng)建了helloMFC項目后，這個項目的工作區(qū)窗口將會打開，工作區(qū)窗口增加了三個標簽（如下圖）：ClassView、ResourceView和FileView，其中ClassView顯示工作區(qū)中所有項目的類及類的成員；ResourceView顯示項目中包含的資源文件；FileView顯示項目中的各種文件資源。先選擇FileView看一下AppWizard創(chuàng)建了哪些文件，然后選擇ClassView看一下定義了哪些類。編譯連接運行按F7或者選擇菜單Build|BuildhelloMFC.exe，編譯連接得到可執(zhí)行程序，再按Ctrl+F5或者選擇Build|ExecutehelloMFC.exe運行該程序。程序的結(jié)果如下：用MFC處理輸出現(xiàn)在希望在程序中間的窗口上顯示一行文字“Hello,World”。如何修改呢？在工作區(qū)窗口中選擇ClassView標簽，單擊helloMFCclasses前面的加號（如果已經(jīng)變成減號則不做此操作）單擊類CHelloMFCView類前面的加號雙擊OnDraw()函數(shù)，在右邊的文檔將顯示窗口顯示文件helloMFCView的內(nèi)容，并且自動將光標定位到函數(shù)OnDraw()處。修改OnDraw函數(shù)的定義，在最后一行加一句：

pDC->TextOut(50,50,"Hello,World");按Ctrl+s或者選菜單File|Save來保存所作的修改編譯連接并運行重新編譯連接該項目，運行程序，可以用Ctrl+F5直接運行程序，系統(tǒng)將詢問是否重新編譯該項目，回答“是（Yes）”，如果有編譯錯誤，仔細檢查你加的一句話，是否有錯。當編譯連接通過后，系統(tǒng)會自動運行該程序。經(jīng)過上述修改后，程序可以輸出一行文字“Hello,World”。這是實現(xiàn)的第一個Windows程序！【編譯和連接錯誤定位】開發(fā)環(huán)境下方的輸出窗口（Output）顯示編譯和連接過程中出現(xiàn)的錯誤，錯誤信息包括：錯誤出現(xiàn)的文件名、行號、錯誤代碼。如果不懂錯誤消息，將光標移動到該錯誤信息，按F1，就可以顯示該錯誤的幫助信息。在output窗口，雙擊錯誤或者選擇該錯誤再按ENTER鍵，系統(tǒng)自動將光標移動到發(fā)生錯誤的源程序行，你然后就可以改正