2013《计算机图形学》实验任务

2013《计算机图形学》实验任务试用班级：数媒2011主讲教师：刘金义基本说明：•最低应完成100分值的题目。•每个题目都应该采用VC++6.0完成。如采用其他环境，需说明。•每个题目的实现结果不是必须与我的要严格一致，可以有你自己的发挥，但不能离基本要求太远。•题目完成后，可随时发送到[e-mail]。在邮件标题中，应标注作者、题号和题目名称，例如“陈磊：实验4－HSV颜色空间”。•每个题目只给前3名提交的同学以成绩，以后提交的做无效处理，除非你的程序具有独一无二的特色。实验0.BITMAP图像文件的显示（20分）目的：进一步熟悉Windows的GDI编程；认识简单图像格式及其处理方法。要求：打开任意的BMP文件，显示该图像，并且能够进行颜色取反和二值化。方法：图像的读入可以采用API函数LoadImage()，也可以根据BitMap格式，逐项读入。图像的显示可以如下三种方法之一：•用SetPixel函数逐个象素显示；•用SetDIBitsToDevice函数一次全部显示；•用CBitmap类及BitBlt函数显示。你也可以在OpenGL下完成：利用auxDIBImageLoadA()函数装入图像，利用纹理绘制函数显示。参考效果：目录下有可执行的演示程序。实验1.一个特殊画板（30分）目的：熟悉基本图元的生成算法，进一步熟悉人机交互程序设计。要求：该平台需实现的目标：•可以绘制的图元包括直线段、圆、和实心多边形；•每个图元以当前颜色绘制；•只有在底色为白色的位置，图元才被绘出，其他颜色的位置不变，也就是说画出的图形永远不能被删除；•要有橡皮筋跟随鼠标移动；•实心多边形的交互方法：用鼠标左键确定多边形的前n－1个顶点，用右键确定最后一个顶点，并使多边形封闭。在顶点未确定前，要求总有一个橡皮筋跟着鼠标移动。在最后一个顶点确定后，把多边形填充成实心。方法：应自己编写绘直线段、圆、和实心多边形绘制函数。在整个实现过程中只需调用一个GDI函数：SetPixel()。你可以利用提供的多边形填充程序polyfill.c。评定：如果你的画板不具有“特殊性”，也可获得部分成绩。如果你能将画图结果输出为BMP文件，额外奖励20分。参考效果：目录下有可执行的演示程序。实验2.RGB颜色空间（20分）目的：认识RGB颜色空间，熟悉OpenGL下带颜色几何模型的渲染。要求：可以放缩和变角度观察。方法：将RGB正方体的六个正方形表面分割为更小的正方形，每个小正方形用同一颜色。你可以通过修改OpenGL入门程序来实现。评定：如果你能通过剖切，显示RGB空间的指定剖面，额外奖励20分。参考效果：目录下有可执行的演示程序。实验3.HSV颜色空间（30分）目的：认识HSV颜色空间，熟悉OpenGL下带颜色几何模型的渲染。要求：可以放缩和变角度观察。方法：将HSV锥体的侧面和顶面分别分割为小的三角形，每个三角形用颜色过渡的方法渲染。设置颜色时你需利用HSV到RGB的转换。你可以通过修改OpenGL入门程序来实现。评定：如果你能通过剖切，显示HSV空间的指定剖面，额外奖励20分。参考效果：目录下有可执行的演示程序。实验4.STL模型显示（30分）目的：熟悉几何模型在OpenGL下的渲染。附带学会文件读取。描述：STL文件是一种用三角形来描述形体表面的文件，其ASCII码文件的例子如下：solidAutoCADfacetnormal-9.2007829e-001-9.0619802e-0023.8110890e-001outerloopvertex3.3409047e+0001.2000000e+0021.0000000e+002vertex5.5824765e+0009.7240940e+0011.0000000e+002vertex8.4551301e+0009.7812346e+0011.0707107e+002endloopendfacetfacetnormal-9.2007829e-001-9.0619802e-0023.8110890e-001outerloopvertex6.2698369e+0001.2000000e+0021.0707107e+002vertex3.3409047e+0001.2000000e+0021.0000000e+002vertex8.4551301e+0009.7812346e+0011.0707107e+002endloopendfacet……endsolid要求：任意读入一个ASCII码的STL文件，显示出该形体。可以变换角度观察。对应目录下提供了两个STL文件实例。方法：读文件最好利用CDocument类的Serialize()方法。将读取的三角形存储在一个链表中。(也可利用CArray或标准模板库vector)。注意实例STL文件中的三角形可能多达一百万。鼓励：无。参考效果：目录下有可执行的演示程序。实验5.Bezier曲面茶壶（30分）目的：熟悉OpenGL下双三次Bezier曲面的渲染，进一步熟悉文件读取。描述：茶壶的表面数据存储在一文件中，文件的第1行为数字32，表示茶壶由32个双三次Bezier曲面构成。然后是32行，每行16个数，分别代表每个双三次Bezier曲面的16个控制点的序号。再然后是数字306，表示一共有306个控制点。接着是306行，每行给出顺序的控制点的坐标。要求：读入提供的茶壶数据文件，渲染它。并且能够放缩和换角度观察。方法：显示Bezier曲面采用glMap2()，glEvalCoord2()，glEvalMesh2()，glMapGrid2()等函数。在实现上你可利用OpenGL入门程序。读文件最好利用CDocument类的Serialize()方法。鼓励：如果你能为茶壶增加美观的紫砂纹理或青花纹理，额外奖励30分。参考效果：目录下有可执行的演示程序。实验6.透明的坐标平面（30分）目的：熟悉利用alpha融合生成透明效果。熟悉获得物体空间一点深度的方法。要求：生成具有半透明效果的三个坐标平面，并且可以变换视点观察。方法：应该把三个坐标平面分割为12块。在这12块上各取一点，利用gluProject()函数获得它们的深度。然后对这些深度进行排序。最后按照从后到前的顺序显示这12块平面片。显示前需利用glBlendFunc()设置融合模式。用glColor4f()指定RGBA。在实现上，可以利用OpenGL入门程序。鼓励：无。参考效果：目录下有可执行的演示程序。实验7.玻璃房子（30分）目的：熟悉利用alpha融合生成透明效果。熟悉获得物体空间一点深度的方法。要求：生成具有半透明效果的房子的6个面，房子内随便放置一些物体。可以变换视点观察。方法：应该房子的6个面上各取一点，利用gluProject()函数获得它们的深度。然后对这些深度进行排序。最后按照从后到前的顺序显示这6块平面片。显示前需利用glBlendFunc()设置融合模式。用glColor4f()指定RGBA。在实现上，可以利用OpenGL入门程序，房子的位置与尺寸不用变。鼓励：无。参考效果：目录下有可执行的演示程序。实验8.砖瓦房和树（30分）目的：熟悉纹理贴图的方法。熟悉利用Alpha融合和公告板技术生成树木。要求：房子应贴上砖墙，房顶应贴上瓦片。树木始终正对观察者。方法：纹理的最终映射利用glTexCoord2f()或gluQuadricTexture()函数。纹理图像的指定有两种方式：一种是利用显式的glTexImage2D()；二是利用隐式方式，使用auxDIBImageLoad()、glGenTextures()、glBindTexture()与gluBuild2DMipmaps()函数。房子的位置与尺寸可以直接利用OpenGL入门程序。隐式方式纹理映射的代码可以参考“基于GLUT的OpenGL入门”。鼓励：如果为房子加上合适的门和窗户，额外奖励10-20分。参考效果：目录下有可执行的演示程序。目录下同时提供房子和树的纹理图像。实验9.交互生成B样条曲线（20分）目的：熟悉B样条曲线与Bezier曲线的关系。要求：用户交互输入若干控制点后，自动生成由这些控制点决定的准均匀三次B样条曲线。要求同时显示每段Bezier曲线的控制多边形。本题在GDI下完成即可。方法：每段Bezier曲线的绘制可以用绘制小线段的方法，也可以调用CDC类的PolyBezier()函数。鼓励：无。参考效果：目录下有可执行的演示程序。实验10.B样条曲面（30分）目的：熟悉双三次B样条曲面与双三次Bezier曲面的关系，熟悉B样条曲面的两种显示方法。进一步熟悉文件读取方法。要求：已知存在于文件中的B样条曲面的控制顶点网格数据(bs_surf_1.txt是一个例子文件)，要求读入该文件并将该曲面真实地显示出来，并且可以在任意视点下观察。控制顶点网格数据文件的格式如下：u方向控制顶点mv方向控制顶点个数nP00的坐标值P01的坐标值。。。。。。Pm-1,n-1的坐标值方法：方法一是把B样条曲面看作Nurbs曲面的特例，利用gluNurbs()函数一次显示。方法二是把B样条曲面分割为一系列双三次Bezier曲面片，然后逐个显示Bezier曲面片。鼓励：如果曲面的表面被贴上纹理，额外奖励10分。参考效果：目录下有可执行的演示程序。实验11.房子内部（30分）目的：熟悉透视空间的设置，熟悉视线的球面交互。要求：房子墙壁、房顶和地面具有纹理。观察方式为透视。交互方式为眼睛位置不动，视线可以左右和上下旋转。相当于眼睛位于一个球的中心，注视点可为球面上的任意点。方法：透视空间的设置采用gluPerspective()函数。可以关闭光照。将入门程序中的房子的各个面掉转方向，贴上纹理。修改入门程序的WM_LBUTTONDOWN消息，使其适应球面环视漫游。鼓励：如果房间内有合适的简单家具，或者墙壁上有挂画，额外奖励10-30分。参考效果：目录下有可执行的演示程序。实验12.走遍大地（30分）目的：熟悉地貌的生成与三角面片表示，熟悉地貌的整体描述方法，熟悉地貌的漫游方法。要求：地貌的高度可以随机生成，也可以来自于卫星图像，使地貌更自然。地貌表面要有纹理。漫游时，观察者随着地貌起伏。方法：地貌就是一块矩形地域，分割成规则三角形，也就是说x,y坐标是固定的，z坐标可以是随机的，也可以来自一幅图像。在渲染时，可以有三种方式：一是用GL_TRIANGLES逐个三角形输入；二是用GL_TRIANGLE_STRIP以三角形带输入；三是用glEnableClientState()、glVertexPointer()设置好后，用glDrawElements()一次性绘出。我们推荐后两种方式。修改入门程序的WM_LBUTTONDOWN消息，使其适应行走形式漫游。鼓励：如果你的地貌可以是无限行走，或者加上天空，额外奖励10-30分。参考效果：目录下有可执行的演示程序。参考程序中的树木不是必须的。实验13.变色灯（40分）目的：熟悉OpenGL下形体的拾取方法。要求：所谓的街灯是一圆柱加一圆球，可以有多个，缺省时发红光。用户可以用鼠标点击任意一个灯，来切换灯的发光颜色。方法：总体思想就是处理WM_LBUTTONDOWN消息，使形体在GL_SELECT模式下在内存中重绘一次。这样，碰上拾取点的形体就被拾取。需利用的函数有：glSelectBuffer()、glRenderMode()、glInitNames()、glPushName()、gluPickMatrix()。在绘制代码中加入glLoadName()来指定可以选择的形体区域。鼓励：无。参考效果：目录下有可执行的演示程序。实验14.烽火台（30分）目的：熟悉动态景物的生成方法。要求：一个简单的圆台形烽火台和动态的火焰。方法：处理WM_TIMER消息，使得不断刷新屏幕。火焰的生成可以有三种方法：一是采用动态的公告板技术，公告板被分成小的矩形区域，用一个矩阵记录每个矩形区域的当前颜色，这些颜色随着