實

　習

　報

　告

　 實習名稱:

　 計算機圖形學實習

　班

　級:

　學

　號:

　姓

　名:

　 實習地點:

　 實習指導教師:

　 實習時間:

　年

　月

　日至

　月

　日 一、實習目的與意義 本次計算機圖形學的實習分兩部分,一部分就是利用 AutoCAD 進行二維與三維模型的制作,另一部分就是利用 VC6、0 進行編程實現對圖形的簡單操作。通過對 AutoCAD 的實習,熟悉該軟件的基本功能及操作特點,掌握二維及三維圖形的基本制作過程。通過對 VC6、0 的編程實習,理解圖形的生成、圖形的變換、圖形的顯示以及二維裁剪的基本思想,熟練掌握計算機圖形學的基本原理與方法;熟練掌握計算機圖形學算法的實現算法;學習與掌握圖形系統的設計;學習用 VC＋＋編寫計算機圖形學程序;建立面向對象編程的基本概念。

　二、實習主要內容

　 1、AutoCAD 軟件操作

　 (1)簡單圖形繪制

　(2)圖形的基本編輯命令操作

　 (3)標注文字及填充

　(4)三維圖形繪制

　2、基于 VC6、0 下的計算機圖形學程序編寫 (1)圖形的生成:畫直線、畫圓、畫曲線、畫字符 (2)圖形的變換:平移、旋轉、縮放、對稱變換 (3)圖形的顯示:掃描線填充、邊緣填充、種子填充 (4)圖形的二維裁剪:CS 裁剪、多邊形裁剪、梁友棟裁剪、圓裁剪、中點分割法 三、實習的主要過程

　第一部分 AutoCAD 軟件操作

　AutoCAD 軟件可以處理很多問題,在機械制圖,土木建筑等方面有著廣泛的應用,我們在機房打開 AutoCAD 軟件對其進行系統配置,然后進行具體操作。通過配置可以實現工具欄之類的快捷運用。

　(1)簡單圖形繪制 實習開始的第一天,在老師的講解以及演示下,我們了解了 AutoCAD 軟件的基本使用方法,與此同時,我們跟著老師的操作也逐漸熟悉了該軟件的一些基本操作方法。

　從設置基本繪圖環境開始,按照指導書上的指示,采用邊完成簡單圖形邊學習各種命令的方式,逐漸熟練掌握了 AutoCAD 的使用,熟練掌握了其基本繪圖功能,如掌握了繪圖命令 POINT、LINE、CIRCLE、ARC、DONUT、RECTANGLE、POLYLINE

　的功能及操作;掌握了實體繪圖命令鍵盤輸入的方法;掌握了縮放命令(ZOOM)的使用方法等。

　由于指導書的例子有詳盡的操作過程,所以對以上功能的使用方法的掌握比較快。通過完成例子掌握了她們的使用方法,接著完成其她的練習達到了鞏固的目的。

　以下通過一些例子來說明對以上繪圖功能的使用: 例一:基本環境設置 a:在命令中輸入 limits,確定相應的繪 圖區域大小 b:在命令中輸入 zoom,選擇 A(全部), 讓畫布全部充滿屏幕。

　c:下來進行基本的畫圖操作,比如 line、pline、point、circle、polygon等,掌握了這些基本的畫圖操作。

　例二:通過pline直接實現對輪廓的繪制,circle實現對圓的繪制,繪制前仍需設置圖幅大小。對于軸對稱的圖形我們可以只繪出圖形的一半,然后通過mirror 鏡像操作實現。再繪制的過程中,我們可以采用相對坐標與極坐標來實現簡單定位,避免了計算的麻煩。

　繪制以上的圖形時,可以采用 pline 繪制出外圍輪廓,然后再繪制兩個圓的方法,也可以采用鏡像的方法來實現,從而節省時間。

　例三:繪制五角星時采用采用端點捕捉畫線的方法,采用 solid 填充區域。

　 例四:通過輔助線實現圖形的簡單繪制。

　通過以下的圖形操作鞏固并熟練了圖形的簡單繪制的方法。

　(2)圖形的基本編輯命令操作 我們在繪制復雜圖形的時候需要采用一些基本編輯命令操作,如復制、對稱、旋轉、剪切、圓的公切線、公切圓等操作,能過快速的繪制出圖形。對于復雜的圖形,還需要我們能敏銳的發現圖形各部分間的相關關系,才能快速而準確的繪制出圖形,這就要求我們要多練習,熟練掌握基本操作,才能快速繪制比較復雜的圖形。

　在圖形的編輯欄中有刪除、復制、鏡像(MIRROR)、偏移、陣列、旋轉、修剪等操作,我們可以通過這些操作,來繪制復雜圖形。

　例一:鏡像操作、倒角處理

　繪制以上圖形時,先用 pline 繪制出上半部分的輪廓線,接著對左右兩端進行倒角處理,并補豎線,然后通過 mirror 鏡像操作繪制另一半圖形。最后繪制腰圓圖形,通過復制,偏移等操作繪制出上圖。

　例二:通過 circle 操作,畫出兩個圓的公切圓,通過 trim 修剪得到以下圖形

　例三:

　 繪制以上圖形時,需要先對圖形進行研究,分析圖上標注的含義,確定輔助線的位置,恢復被裁剪掉的圖形方便繪制圖形。通過這幅圖的練習,讓我們明白繪制一些復雜圖形時,往往無法直接繪制出來,需要我們通過研究圖形找到輔助線才能快速又準確的繪制出圖形。

　通過以下的圖形繪制更加熟練的學會了構造輔助線,通過圖形基本編輯命令操作來實現復雜圖形的繪制。

　(3)標注文字及填充 標注能夠幫助我們檢驗所畫圖形就是否符合標準,所以繪制后的圖形還需要進行標注,在標注時,要建立不同的圖層,在進行標注時,要根據實際不同的情況建立不同的標注樣式,進行圖形的標注。以上的圖形都進行了標注。

　圖形填充例子:以下兩個圖形綜合了前面的知識,同時加入了圖形的填充,圖形的繪制過程比較復雜,且需要借助相應的輔助線進行繪圖。

　以下兩個手柄圖就是對前面所學知識的匯總,需要熟練掌握基本圖形繪制方法、編輯命令操作與輔助線的構建。

　 (4)三維圖形繪制 由于實習期間有較多科目的考試,三維圖形的練習在 CAD 考核之前并沒有做過,只就是在考核的時候進行了三維圖形的繪制,由于沒有經過三維圖形練習,對三維圖形的繪制不熟悉,沒能在規定時間內完成三維圖形的繪制。在進行編程實習期間,才將三維圖形的繪制給補了回來。

　第二部分 基于 VC6、0 下的計算機圖形學程序編寫 本次的編程實習采用面向對象編程,通過 MFC 來編程,實現可視化操作。

　1、創建工程后,對菜單欄進行修改,用鼠標右鍵點擊菜單中的空格,在出 現的下拉菜單中點擊最后一項“屬性”,出現

　“Menu Item Properties”窗口;

　在窗口中“標 題”欄輸入“圖形生成”,建立主菜單項“圖形生成”,同理建立“圖形變換”,“圖形顯示”“二維裁剪”的菜單項,并在其下拉選項中添加相應操作。修改后的菜單如下圖所示:

　2、鼠標坐標顯示

　為了精確定點,必須知道當前坐標,因此必須為操作者提示鼠標坐標。準備將坐標顯示 在應用程序窗口的右下腳。在自動生成的工程中,窗口的右下腳處原就是用來顯示鍵盤按鍵信 息的(如下左圖所示),現改為顯示鼠標坐標(如下右圖所示)。

　3.畫直線、圓、曲線、字符、顏色設置 (1)直線:分為 DDA 直線、中點直線 下面以 DDA 直線為例,說明如何創建菜單響應函數。已經創建了 DDA 直線菜單,菜單響應程序如下步驟: 打開工程項目,依次點擊菜單“查瞧”、“建立類向導”,出現如下窗口(如下圖),也可以用 Ctrl+W 打開類向導。在 Class Name:欄中選 CMy2View(即

　菜單響應程序放在視圖類中);在 Object Ids:欄中選 ID_DRAW_DDALINE;在 Messages:欄中選 COMMAND;點擊 Add Function 按鍵,出現函數命名窗口,點擊該窗口中的 OK 按鍵,該函數在 2View、cpp 中生成。點擊該窗口中的 Edit Code 按鍵查瞧、編輯該函數。

　具體實現: DDA直線的程序實現如下:首先編寫菜單響應函數,對MenuID與PressNum兩個變量賦初值;接下來建立相應的鼠標響應程序框架,DDA 直線要求第一次點鼠標左鍵確定起始點,第二次點鼠標左鍵確定直線終止點,并畫出直線,中間利用橡皮筋技術實時顯示直線的形狀,完成直線繪畫后,還要將橡皮筋舊線擦除。

　中點畫線算法實現過程與 DDA 算法大致相同,但就是其思想更加合理,更有利于硬件實現,提高了算法效率,程序實現同 DDA 大同小異,只就是 DOC、cpp 中核心算法不同而已,中點畫線法采用交點與中點差比較得判定。其算法的中心

　思想相同,即在坐標系的網格中,確定起始點后,再根據其不同的判斷方法,取得離直線最近的像素點予以著色,用離散的點表示出所要直線。

　上圖中紅線為 DDA 直線,黑線為中點直線 (2)曲線:曲線分為Brezier曲線、B樣條曲線與Hermite曲線。均就是由鼠標左鍵確定主要拐點,按右鍵確定選點已完成并進行曲線繪制,雙擊左鍵消除十字絲完成曲線繪制。

　Bezier 曲線就是由一群控制點決定的。一段曲線的次數與控制點的點數密切相關,人們常常使用三次曲線,那么一段曲線的控制點的點數為 4。實際應用中,一條 Bezier 曲線就是由多段 Bezier 曲線首尾相連而成。與之相應,一群控制點劃分成多組控制點,每一組控制一段曲線的形狀。為了使每一段曲線平滑地連接起來,要求前一組最后一個控制點與后一組第一個控制點相同(即共用一個點),同時要求前一組倒數第二個控制點、最后一個控制點(即后一組第一個控制點)、后一組第二個控制點等三個控制點在一條直線上。如果要求給出的控制點在相鄰的組之間都能滿足這種要求,那么控制點的布點工作將受到極大的限制。這種要求不僅難以滿足,而且靈活性被極大地削弱。解決的辦法就

　是計算得出連接點,即 用前一組的倒數第二點與后一組的第二點連線的中點作為相鄰兩段曲線控制點的終點與起點。

　Bezier 曲線的操作這樣安排:用鼠標左鍵進行控制點選點,右鍵結束選控制點,顯示一條 Bezier 曲線;再按左鍵選取一個控制點進行移動修改,右鍵結束一個控制點修改;當所有的修改完成以后,雙擊左鍵生成一條正式的 Bezier 曲線。因此首次布點與修改控制點位置,對鼠標的操作要求不同,必須區分開。

　B 樣條曲線與 Hemite 曲線的操作安排與 Bezier 曲線的操作安排一致,只就是 DOC、cpp 中的核心算法不同而已。

　上圖中,黑色為 Bezier 曲線,紅色為 B 樣條曲線,綠色為 Hemite 曲線 (3)圓:圓分為 Bresenham 圓、正負法圓。

　Bresenham 圓的程序實現如下:由鼠標左鍵確定圓心,再定一點,使其與第一點的連線長度成為半徑進行圓的繪制。先為 Bresenham 圓添加菜單響應函數確定 MenuID,然后畫圓的 OnLButtonDown()響應:用鼠標確定圓心,再移動鼠標確

　定半徑。在確定半徑時,隨著鼠標的移動,一個圓隨著鼠標的移動半徑發生變化。然后調用 Bresanham 算法完成圓的繪制。Bresenham 圓的編程實現如下:首先編寫菜單響應函數,對 MenuID 與 PressNum 兩個變量賦初值;接下來建立相應的鼠標響應程序框架,Bresenham 圓要求第一次點鼠標左鍵確定圓心,第二次點鼠標左鍵確定圓上一點,并由此確定半徑,畫出完整的圓;然后再在 Doc、h 頭文件中聲明必要變量與函數,并在 Doc、cpp 中完成 Bresenham 圓的生成數。正負畫圓法的編程實現與 Bresenham 圓的相類似。

　 上圖中紅色為 Bresenham 圓,綠色為正負法畫圓法 (4)字符:字符的表示有點陣表示與矢量表示兩種。點陣表示指每個字符都有若干個點表示,矢量表示記錄的就是筆畫信息。可先通過調用 MFC 對話框對字的字體、粗細、大小進行調整,再點擊文本,輸入文本位置的其實坐標以及文本內容,相應文本內容則可出現在指定位置。

　 (5)顏色設置:使用了 MFC 中的 CcolorDialog 類,該類就是 MS 設計的專門用于顏色選擇的對話框類:class CcolorDialog : public CCommonDialog。

　4、圖形顯示:掃描線填充算法、邊緣填充、種子填充

　掃描線填充算法運用了復雜的數據結構,且在填充過程中需要反復排序,編程難度較大。

　VC 類庫中的函數 CDC::Polygon( )實現了掃描線填充算法功

　能。實際上我們所學的計算機 圖形學所有算法都能通過引用 VC 類庫提供的函數(或函數組合)加以實現。

　邊緣填充實質就是以邊緣與掃描線的交點為起點以“異或”的方式向右邊最遠點畫點。如果一個像素經過偶數次異或畫點,將還原為背景顏色;而經過奇數次異或畫點的像素將顯示畫點顏色與背景顏色經過異或運算混合的顏色。所有的邊緣都處理完后,多邊形內部像素肯定經過了奇數次異或畫點,因而顯示畫點顏色與背景顏色異或運算混合顏色;多邊形外部像素肯定經過了偶數次異或畫點,因而還原為背景顏色。

　種子填充的原理就是從堆棧中取出一粒表示區域內部的種子,從種子點出發,沿掃描線分 別向左向右邊填充邊尋找邊界點;通過左右兩邊的邊界點確定掃描線上的填充區域范圍;根據該范圍在上下相鄰的兩條掃描線上尋找新的未填充區域,每個區域中選一粒種子壓入堆棧。這就是一個最基本的填充步驟,整個區域的填充過程就就是這個步驟的反復循環使用。

　三種算法中,種子填充算法的填充效果時間耗費多,有些象素會入棧多次,降低算法效率;棧結構占空間。遞歸執行,算法簡單,但效率不高,區域內每一象素都引起一次遞歸,進出棧,費時費內存。邊緣填充算法程序與數據結構都很簡單,對于復雜圖形,每一象素可能被訪問多次,但由于涉及到對幀緩沖器中大量元素的多次賦值,影響了算法的效率。掃描線算法效率高,但數據結構復雜,編程難度大,填充的過程中需要反復排序,對各種表的維持與排序開銷太大,適合軟件實現而不適合硬件實現。

　 上圖中,黑色為掃描線填充,紅色為邊緣填充,綠色為種子填充 5、圖形裁剪

　圖形裁剪包括 Cohen-Sutherland 算法、中點分割算法、梁友棟算法、多邊形裁剪與圓裁剪。

　(1)Cohen-Sutherland 算法將窗口平面劃分成九個區域,每個區域給予不同的編碼。根據線段端點落入不同的區域,給予線段端點不同的編碼。基于線段端點編碼,算法給出了一整套裁剪的方法。在裁剪過程中,窗口的參數需要多次使用,線段端點需要多次編碼,編碼的計算需要多次與某些常數相“與”。為了方便,將窗口參數與幾個常數定義為幾個常數符號,將端點編碼用一個函數實現。為了將精力集中在裁剪的實現上,事先規定一個窗口。操作時, 任意輸入直線段,用該窗口對直線段進行裁剪。

　(2)多邊形裁剪不同于直線裁剪,就是用窗口對一個多邊形進行裁剪,其結果還就是一個多邊形。多邊形常用一個記錄頂點的數組表示,最終的裁剪結果仍存放在數組中。本節采用 Sutherland-Hodgman 算法對多邊形進行裁剪,該算法依次使用窗口四條邊對多邊形進行裁剪。四條邊的裁剪原理相同,但參數略

　有不同,它們就是編程實現的重點。為了使程序結構合理、易讀,將邊的裁剪部分用一個函數實現。

　(3)圓裁剪與直線裁剪與多邊形裁剪都不一樣,直線裁剪完還就是直線,多邊形裁剪完還就是多邊形,而圓裁剪完便有可能不再就是圓,所以我們需要修改圓的生成算法,讓其能夠自主判斷就是否在矩形框內,若就是,則繪出該點像素,若不就是,則不繪。

　 上圖中紅色為 Cohen-Sutherland 裁剪,綠色為圓裁剪,黑色為多邊形裁剪 6、圖形的幾何變換

　圖形的幾何變換分為平移、旋轉、縮放與對稱變換功能 平移:點擊相應的平移操作,屏幕中會出現一個小正方形,單擊鼠標左鍵,再根據橡皮筋拉伸,后單擊鼠標左鍵以確定平移量來進行圖像的平移操作。

　旋轉:點擊相應的旋轉操作,屏幕中會出現一個小正方形,單擊鼠標左鍵,再根據橡皮筋拉伸,后單擊鼠標左鍵以確定旋轉角度來進行圖像的旋轉操作。

　縮放:點擊相應的縮放操作,屏幕中會出現一個小正方形,單擊鼠標左鍵,再根據橡皮筋拉伸,后單擊鼠標左鍵以確定縮放比例來進行圖像的縮放操作。

　對稱:點擊相應的對稱變換操作,屏幕中會出現一個小正方形,單擊鼠標左鍵,再根據橡皮筋拉伸,后單擊鼠標左鍵以確定對稱軸來進行圖像的對稱變換。

　平移:

　 旋轉:

　縮放:

　對稱: 四、實習的主要體會

　AutoD CAD 心得 體會

　實習的第一周進行的就是 AutoCAD 的實習,在老師的講解以及演示下,我逐漸的了解了 AutuCAD 的基本使用方法,跟著老師的演示過程學會了該軟件的基本操作流程。對于 AutoCAD 的基本繪圖功能的實現,我根據指導書的指導,采用邊完成簡單圖形邊學習各種命令的方式,逐漸熟練掌握了 AutoCAD 的基本繪圖功能的使用。熟練掌握了其基本繪圖功能,如掌握了繪圖命令 POINT、LINE、CIRCLE、ARC、DONUT、RECTANGLE、POLYLINE 的功能及操作;掌握了實體繪圖命令鍵盤輸入的方法;掌握了縮放命令(ZOOM)的使用方法等。

　由于指導書上的的操作內容很詳盡,所以在繪制前面那些比較基礎的圖形時沒有遇到什么困難,通過前面一些基本的圖形的繪制,我逐漸熟悉了利用

　AutoCAD 進行簡單圖形的繪制,掌握了基本繪圖命令,感覺 CAD 的操作并不難,很容易上手,但還就是有需要特別注意的地方,比如在繪圖之前最好先設置好繪圖區域界限,并使圖幅圖幅布滿整個屏幕,這樣能夠避免圖形繪制后太小甚至瞧不見的情況;在繪圖的過程中,要注意建立圖層來畫出相應的輔助線,有助于圖像的生成,在標記的過程中,要根據實際情況,建立不同的標注樣式。

　隨著實習的深入,逐漸從剛開始的畫直線、圓、弧的基本操作轉到后來的公切圓、公切線以及對圖形進行編輯,開始進行復雜圖形的繪制,就感覺自己的練習還遠遠不夠,不能比較快速的繪制出圖形,有時會因為沒有找到相關圖形的關系而浪費太多時間,甚至通過計算來確定她們的關系,這說明我平時的練習還不足夠,因為 AutoCAD 的就是使用就是不需要太多的計算的,只需要建立相關的輔助線,然后通過圖形的編輯命令就可以快速且準確的繪制出來。比如用 TRIM 對圖形進行裁剪,用 MIRROR 對圖像進行鏡面對稱,都可以大大節省我們的畫圖時間,還可以采用陣列操作很方便的畫出某些圖形,比如銑刀的繪制,如果不采用陣列的操作,繪制起來會特別麻煩,但就是經過陣列操作后,就能快速而準確的繪制出圖形。

　由于平時沒有進行過三維圖形的繪制練習,在考核時沒能在規定時間內完成三維圖形,考核之后才將三維圖形的練習給繪制出來,這也充分說明我學習的知識還不足夠,要想充分掌握 AutoCAD 的使用技巧,絕不僅僅靠這一周的實習就能夠掌握的,還需要我在今后的學習生活中多加練習,才能掌握好該軟件。

　經過這一周的練習,我還就是掌握了一些關于 AutuCAD 軟件操作的方法,對于圖形的繪制也有了更深的理解,這次的實習也讓我總結了不少繪圖的經驗,當我們拿到一幅圖要進行繪制時,需要先分析圖形的鏈接情況,各部分的關系,再

　進行圖形的繪制。作為遙感專業的學生,以后還就是會有很多機會跟圖形繪制打交道的,這就要求我們還需在課外自己去熟練掌握該軟件的使用,為今后的學習打下扎實基礎。

　基于 VC6 6 、0 0 下 的 計算機 圖形學 程序 編寫心得體會

　實習第二周進行的就是基于 vc6、0 的計算機圖形學編程實習,這次實習的內容時間我們在課堂上所學到的知識進行實踐操作。通過本次的編程實習,我收獲頗多,一方面,經過本次的編程實習,我重新掌握了計算機圖形學的相關知識,加深了對圖形的生成(如直線、圓、曲線生成等)的理解,也讓我重溫了圖形變換(如平移、旋轉、縮放、對稱)的思想,更讓我重新學習了圖形二維裁剪(圓裁剪、多邊形裁剪等)、圖形填充(種子填充、邊緣填充、掃描線填充)的相關知識。另一方面,經過這次的編程實習,也讓我加深了對 MFC 編程的理解,鞏固了大一學習的 C++相關知識,還學會了橡皮筋技術以及鼠標坐標顯示。

　這次的實習內容指導書上也有詳盡的操作過程,所以對于指導書給出的內容進行的編程過程中沒有遇到太多困難。本次實習最大的收獲就就是完成了指導書上所沒有的程序,比如中點畫線法、B 樣條曲線、Hemite 曲線、縮放、旋轉、中點分割法等,通過對比指導書上的例子,結合課本上的知識及代碼,更換相應的函數,對相應的內容進行修改,這樣不僅能在練習的過程中掌握相關的思想,同時還增強了自己的編程能力。

　當然,在練習的過程中還就是發現自己還有許多不足的地方,比如剛開始時,畫完的線中還殘留有橡皮筋畫出的線,不知如何去掉,在助教的指導下才完成了橡皮筋的擦除,這也說明我的編程能力還有待進一步提高。在今后的學習中,還需要更加努力的學習相關學科的知識,為以后走上工作崗位打下扎實基礎。

　總之,經過了這為期兩周的計算機圖形學實習,盡管實習期間有多門課程的考試,我還就是順利的完成了實習內容,也學到了不少東西,不僅學會了 AutoCAD的簡單操作,也加強了自己的編程能力,同時鞏固了自己對于計算機圖形學相關知識的理解。

　最后感謝老師以及助教這兩周的耐心指導,讓我成長了不少,進步了不少,在以后學習中,我會更加注意自己存在的問題,繼續努力,不斷提高自己各方面的能力。

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