计算机图形学——实验一 VS+OpenGL绘图环境及基本图形绘制

淡淡的烟草味﹌ 2023-10-01 20:03 35阅读 0赞

## **实验一 VS+OpenGL绘图环境及基本图形绘制** ##

### **一、实验目的** ###

1.  熟悉OpenGL的主要功能；
2.  掌握OpenGL的绘图流程和原理；
3.  掌握OpenGL核心函数的使用；
4.  熟悉OpenGL基本图形元素的绘制函数。

### **二、实验内容** ###

1.  如预备知识所述，创建一个OpenGL工程，修改第一个程序中的Display()函数，如下：

void Display(void)

glClear (GL\_COLOR\_BUFFER\_BIT); //清除缓存

glBegin(GL\_LINES); //开始画线

glColor3f (1.0f, 1.0f, 0.0f); //设置颜色为黄色

//设置第一根线的两个端点，请注意：OpenGL坐标系的原点是在屏幕左下角

glVertex2f(10.0f, 50.0f);

glVertex2f(110.0f, 50.0f);

glColor3f (1.0f, 0.0f, 0.0f); //设置颜色为红色

//设置第二根线的两个端点

glVertex2f(110.0f, 50.0f);

glVertex2f(110.0f, 150.0f);

glEnd(); //画线结束

glFlush ();

该程序是在窗口中画两条线，分别用黄色和红色绘制。如上所述，OpenGL是一个状态机，glBegin(UINT State)可以设定如下状态：

GL\_POINTS 画点

GL\_LINES 画线，每两个顶点(Vertex)为一组

GL\_LINE\_STRIP 画线，把若干个顶点顺次连成折线

GL\_LINE\_LOOP 画线，把若干个顶点顺次连成封闭折线

GL\_TRIANGLES 画三角形，每三个顶点为一组

GL\_QUADS 画四边形，每四个顶点为一组

GL\_POLYGON 画多边形

还有GL\_TRIANGLE\_STRIP, GL\_TRIANGLE\_FAN, GL\_QUAD\_STRIP 等等。另外，程序可以有多组glBegin()、glEnd()并列的形式，如：

... ...

glBegin(GL\_LINES);

......

glEnd();

glBegin(GL\_QUADS);

... ...

glEnd();

... ...

**要求：**利用OpenGL库函数绘制基本图形，输出绘制结果。

1.  绘制函数![38b3f1779e7a4b15adea263009df6f96.png][]，通过设置观察矩形和视口，使得曲线在窗口的显示效果如下图所示。

![4565127060d542359f7cb49a7dc22fb3.png][]

1.  **利用****OpenGL****函数绘制圆弧和心脏线**。

圆弧通过其中心c，外接圆的半径R，以及开始的角度a和它展开的角度b来表示，函数可以表示为：

void drawArc(Point2 center, float radius, float startAngle, float sweep)

**心脏线要求平铺屏幕窗口，并创建菜单，通过菜单设定心脏线的大小（K值决定大小），通过鼠标动作改变心脏线的颜色。**心脏线的极坐标形式为：

![bc72a06e11b84cb8895ad112a9f9a37f.png][]

参考代码：

恐龙平铺屏幕窗口polyline.cpp

菜单GlutMenu.cpp

### **三、实验设计思路** ###

1. 创建一个OpenGL工程，修改初始化代码Display函数，glBegin(GL\_LINES)开始画线；glColor3f ()设置颜色；glVertex2f()设置第一根线的两个端点。从而得到两条颜色及位置不同的线段。

2.修改Display函数，glBegin(GL\_LINE\_STRIP);开始画线，把若干个顶点顺次连成折线glColor3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);设置颜色，利用for循环描点glVertex2f(i, exp(-i) \* cos(2 \* 3.14 \* i));函数。再修改Initial函数中gluOrtho2D(0.0, 4.0, -1.0, 1.0);的X与Y轴显示区域。

3. 圆弧通过其中心c，外接圆的半径R，以及开始的角度a和它展开的角度b来表示；对心脏线进行绘制，创建菜单以控制心脏线的大小，用鼠标左键控制菜单弹出，K设置了五个心脏线大小。通过鼠标右键来控制颜色，glColor3f(red/256.0+0.5, green/256.0+0.5, blue/256.0+0.5);设置随机数，最后通过glViewport调节视口，来实现了一个5\*5的平铺屏幕窗口效果。

### **四、实验代码** ###

#### **1.** ####

#include <gl/glut.h>
    
    void Initial(void)
    {
    	glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);      //设置窗口背景颜色为白色
    	glMatrixMode(GL_PROJECTION);     //设置投影参数
    	glLoadIdentity();
    	gluOrtho2D(0.0, 200.0, 0.0, 200.0);
    }
    
    void Display(void)
    {
    	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); //清除缓存
    	glBegin(GL_LINES);				//开始画线
    	glColor3f(1.0f, 1.0f, 0.0f);	        //设置颜色为黄色
    //设置第一根线的两个端点，请注意：OpenGL坐标系的原点是在屏幕左下角
    	glVertex2f(10.0f, 50.0f);
    	glVertex2f(110.0f, 50.0f);
    	glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);	         //设置颜色为红色
    //设置第二根线的两个端点
    	glVertex2f(110.0f, 50.0f);
    	glVertex2f(110.0f, 150.0f);
    	glEnd();		//画线结束
    	glFlush();
    }
    
    
    void main(int argc, char* argv[])
    {
    
    	glutInit(&argc, argv);
    	glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);  //初始化窗口的显示模式
    	glutInitWindowSize(400, 400);                  //设置窗口的尺寸
    	glutInitWindowPosition(100, 120);               //设置窗口的位置
    	glutCreateWindow("矩形");                    //创建一个名为矩形的窗口
    	glutDisplayFunc(Display);                     //设置当前窗口的显示回调函数
    	Initial();                                    //完成窗口初始化
    	glutMainLoop();                             //启动主GLUT事件处理循环
    												//		return 0;
    }

#### 2. ####

#include <gl/glut.h>
    #include<math.h> 
    
    void Initial(void)
    {
    	glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);      //设置窗口背景颜色为白色
    	glMatrixMode(GL_PROJECTION);     //设置投影参数
    	glLoadIdentity();
    	gluOrtho2D(0.0, 4.0, -1.0, 1.0);
    }
    
    void Display(void)
    {
    	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    	glBegin(GL_LINE_STRIP);
    	glColor3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);
    	for (float i = 0; i <= 4; i = i + 0.01)
    	{
    		glVertex2f(i, exp(-i) * cos(2 * 3.14 * i));
    	}
    
    	glEnd();
    
    	glFlush();
    }
    
    
    void main(int argc, char* argv[])
    {
    
    	glutInit(&argc, argv);
    	glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);  //初始化窗口的显示模式
    	glutInitWindowSize(400, 400);                  //设置窗口的尺寸
    	glutInitWindowPosition(100, 120);               //设置窗口的位置
    	glutCreateWindow("矩形");                    //创建一个名为矩形的窗口
    	glutDisplayFunc(Display);                     //设置当前窗口的显示回调函数
    	Initial();                                    //完成窗口初始化
    	glutMainLoop();                             //启动主GLUT事件处理循环
    												//		return 0;
    }

#### 3.1 ####

#include <GL/glut.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    
    GLuint startList;
    
    void init(void)
    {
        GLUquadricObj* qobj;
    
        startList = glGenLists(1);
        qobj = gluNewQuadric();
        gluQuadricDrawStyle(qobj, GLU_SILHOUETTE); /* 只画边缘  */
        gluQuadricNormals(qobj, GLU_NONE);/*不算NORMAL(顶点的方向）*/
        glNewList(startList, GL_COMPILE);/*只编译DISPLAY LIST不绘制*/
        gluPartialDisk(qobj, 0.0, 1.0, 20, 4, 0.0, 225.0);/* 第一个参数是A quadric object，然后内圆半径为0.0，外圆半径为1.0，z轴向分割片数，最后两个参数是圆弧的起始角和结束角  */
        glEndList();
    }
    
    void display(void)
    {
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
        glPushMatrix();
    
        glColor3f(1.0, 1.0, 0.0);
        glCallList(startList);
    
        glPopMatrix();
        glFlush();
    }
    
    void reshape(int w, int h)
    {
        glViewport(0, 0, (GLsizei)w, (GLsizei)h);
        glMatrixMode(GL_PROJECTION);
        glLoadIdentity();
        if (w <= h)
            glOrtho(-2.5, 2.5, -2.5 * (GLfloat)h / (GLfloat)w,
                2.5 * (GLfloat)h / (GLfloat)w, -10.0, 10.0);
        else
            glOrtho(-2.5 * (GLfloat)w / (GLfloat)h,
                2.5 * (GLfloat)w / (GLfloat)h, -2.5, 2.5, -10.0, 10.0);
        glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
        glLoadIdentity();
    }
    
    /* ARGSUSED1 */
    void keyboard(unsigned char key, int x, int y)
    {
        switch (key) {
        case 27:
            exit(0);
            break;
        }
    }
    
    int main(int argc, char** argv)
    {
        glutInit(&argc, argv);
        glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
        glutInitWindowSize(300, 300);
        glutInitWindowPosition(100, 100);
        glutCreateWindow(argv[0]);
        init();
        glutDisplayFunc(display);
        glutReshapeFunc(reshape);
        glutKeyboardFunc(keyboard);
        glutMainLoop();
        return 0;
    }

#### 3.2 ####

#include <windows.h>
    #include<iostream>
    #include <GL/glut.h>
    #include <cmath>
    
    #define PI 3.1415926
    #define RED 1
    #define GREEN 2
    #define BLUE 3
    #define WHITE 4
    //初始化OpenGL场景
    
    float red = 1.0, blue = 1.0, green = 1.0;
    float K = 1;
    void myinit(void)
    {
    	glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);		//将背景置成黑色
    	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    	glLoadIdentity();
    	gluOrtho2D(-12.0, 12.0, -12.0, 12.0);
    }
    //用户的绘图过程
    
    void mydisplay()
    {
    	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    
    	//glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);
    	glColor3f(red / 256.0 + 0.5, green / 256.0 + 0.5, blue / 256.0 + 0.5);
    	for (int i = 0; i < 5; i++) {
    		for (int j = 0; j < 5; j++)
    		{
    			glViewport(i * 64, j * 64, 100, 100);
    			glBegin(GL_LINE_LOOP);
    			for (float x = 0; x < 2 * 3.14; x = x + 0.1)
    			{
    				glVertex2f((1 + cos(x)) * cos(x) * K, (1 + cos(x)) * sin(x) * K);
    			}
    			glEnd();
    		}
    	}
    	glFlush();
    }
    
    void myMouse(int button, int state, int x, int y) {
    
    	if (state == GLUT_DOWN)
    	{
    		if (button == GLUT_RIGHT_BUTTON)
    		{
    			red = rand() / 128;
    			blue = rand() / 128;
    			green = rand() / 128;
    
    		}
    		else if (button == GLUT_RIGHT_BUTTON)
    		{
    			glClearColor(1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f); // Red
    			glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    			glFlush();
    		}
    	}
    
    }
    void processMenuEvents_two(int option) {
    	switch (option)
    	{
    	case 1:K = 1; break;
    	case 2:K = 2; break;
    	case 3:K = 3; break;
    	case 4:K = 4; break;
    	case 5:K = 5; break;
    	default:
    		break;
    	}
    }
    
    int main(int argc, char* argv[])
    {
    	glutInit(&argc, argv);
    	glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);
    	glutInitWindowPosition(0, 0);
    	glutInitWindowSize(400, 400);
    	glutCreateWindow("心脏线");
    	myinit();
    
    	glutDisplayFunc(mydisplay);
    	glutIdleFunc(mydisplay);//空闲回调函数
    	glutMouseFunc(myMouse);
    
    	glutCreateMenu(processMenuEvents_two);
    	glutAddMenuEntry("one", 1);
    	glutAddMenuEntry("two", 2);
    	glutAddMenuEntry("three", 3);
    	glutAddMenuEntry("four", 4);
    	glutAddMenuEntry("five", 5);
    	glutAttachMenu(GLUT_LEFT_BUTTON);
    	glutMainLoop();
    }

### 五、实验结果及心得体会 ###

#### **1.** ####

![9fc7636b753748e2a2c93e622b32068a.png][]

#### 2. ####

![90df9a4bbd6a47a8a536d7707fdfff93.png][]

#### 3 ####

![8f00b88ecddd45a79e53c9b626c3a021.png][]

![693f094b69ba43d5bd3173ec5a8e105d.png][]![4cc112523e3143339a3dc52e87292ab5.png][]

![57a1250860924685a5f337a9ddef5645.png][]![7b4a5fbdb0064e2c937e16cf3aefa424.png][]

此次实验，学会了基本的VS+OpenGL绘图环境及基本图形绘制，了解了OpenGL的主要功能以及绘图流程和原理。实现了OpenGL核心函数的使用以及基本图形元素的绘制函数。还实现了鼠标交互等功能。通过本次实验绘制了不同的函数图像，对今后的学习也有了较大的帮助。

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