# 图形学实验三：基于 OpenGL 的图形学编程初探

# 原 OpenGL 示例代码简单绘制图形：

# cube.cpp

	#include <windows.h>
	#include <glut.h>

	void init(void)
	{
	glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
	glShadeModel (GL_FLAT);
	}

	/* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
	Anything you want to display on the screen, draw it here. * *
	* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
	* Clear the screen. Set the current color to white.
	* Draw the wire frame cube.
	*/

	void display(void)
	{
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
	glColor3f (1.0, 1.0, 1.0);
	glLoadIdentity (); /* clear the matrix */
	//--------------- you can define your own transformation-----------
	glTranslatef (1.0, 0.0, -5.0);
	glScalef (1.0, 1.0, 2.0);

	//---------------- you can draw something else here-----------
	glutWireCube (1.0); /* draw the cube */
	glFlush();
	}


	/* Called when the window is first opened and whenever
	* the window is reconfigured (moved or resized).
	*/

	void reshape (int w, int h)
	{
	/* define the projection */
	glMatrixMode (GL_PROJECTION);
	glLoadIdentity ();
	glFrustum (-1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.5, 20.0);
	glMatrixMode (GL_MODELVIEW); /* back to modelview matrix */
	glViewport (0, 0, w, h); /* define the viewport */
	}


	/* Main Loop
	* Open window with initial window size, title bar,
	* RGBA display mode, and handle input events.
	*/

	int main(int argc, char** argv)
	{
	glutInit(&argc, argv);
	glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE \| GLUT_RGB);
	//define size and the relative positon of the applicaiton window on the display
	glutInitWindowSize (500, 500);
	glutInitWindowPosition (100, 100);
	//init the defined window with "argv[1]" as topic showed on the top the window
	glutCreateWindow (argv[0]);
	// opengl setup
	init ();
	//define callbacks
	glutDisplayFunc(display);
	glutReshapeFunc(reshape);
	//enter the loop for display
	glutMainLoop();
	return 0;
	}

# lines.cpp

	/*
	* lines.c
	* This program demonstrates different line stipples and widths.
	*/
	#include <windows.h>
	#include <GL/gl.h>
	#include <GL/glu.h>
	#include <glut.h>

	#define drawOneLine(x1,y1,x2,y2) glBegin(GL_LINES); \
	glVertex2f ((x1),(y1)); glVertex2f ((x2),(y2)); glEnd();

	void myinit (void) {
	/* background to be cleared to black */
	glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
	glShadeModel (GL_FLAT);
	}

	void display(void)
	{
	int i;

	glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT);
	/* draw all lines in white */
	glColor3f (1.0, 1.0, 1.0);

	/* in 1st row, 3 lines drawn, each with a different stipple */
	glEnable (GL_LINE_STIPPLE);
	glLineStipple (1, 0x0101); /* dotted */
	drawOneLine (50.0, 125.0, 150.0, 125.0);
	glLineStipple (1, 0x00FF); /* dashed */
	drawOneLine (150.0, 125.0, 250.0, 125.0);
	glLineStipple (1, 0x1C47); /* dash/dot/dash */
	drawOneLine (250.0, 125.0, 350.0, 125.0);

	/* in 2nd row, 3 wide lines drawn, each with different stipple */
	glLineWidth (5.0);
	glLineStipple (1, 0x0101);
	drawOneLine (50.0, 100.0, 150.0, 100.0);
	glLineStipple (1, 0x00FF);
	drawOneLine (150.0, 100.0, 250.0, 100.0);
	glLineStipple (1, 0x1C47);
	drawOneLine (250.0, 100.0, 350.0, 100.0);
	glLineWidth (1.0);

	/* in 3rd row, 6 lines drawn, with dash/dot/dash stipple, */
	/* as part of a single connect line strip */
	glLineStipple (1, 0x1C47);
	glBegin (GL_LINE_STRIP);
	for (i = 0; i < 7; i++)
	glVertex2f (50.0 + ((GLfloat) i * 50.0), 75.0);
	glEnd ();

	/* in 4th row, 6 independent lines drawn, */
	/* with dash/dot/dash stipple */
	for (i = 0; i < 6; i++) {
	drawOneLine (50.0 + ((GLfloat) i * 50.0),
	50.0, 50.0 + ((GLfloat)(i+1) * 50.0), 50.0);
	}

	/* in 5th row, 1 line drawn, with dash/dot/dash stipple */
	/* and repeat factor of 5 */
	glLineStipple (5, 0x1C47);
	drawOneLine (50.0, 25.0, 350.0, 25.0);
	glFlush ();
	}

	/* Called when the window is first opened and whenever
	* the window is reconfigured (moved or resized).
	*/
	void myReshape(int w, int h)
	{
	glViewport(0, 0, w, h);
	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
	glLoadIdentity();
	gluOrtho2D (0.0, 400.0, 0.0, 150.0);

	glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
	glLoadIdentity();
	}
	/* Main Loop
	* Open window with initial window size, title bar,
	* RGBA display mode, and handle input events.
	*/
	int main(int argc, char** argv)
	{

	glutInit(&argc, argv);
	glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE \| GLUT_RGB);
	//define size and the relative positon of the applicaiton window on the display
	glutInitWindowSize (400, 150);
	glutInitWindowPosition (0, 0);
	//init the defined window with "argv[1]" as topic showed on the top the window
	glutCreateWindow (argv[0]);
	// opengl setup
	myinit ();
	//define callbacks
	glutReshapeFunc(myReshape);
	glutDisplayFunc(display);
	//enter the loop for display
	glutMainLoop();
	return 0;
	}

# aim.cpp

	/*
	* aim.c
	* This program calculates the fovy (field of view angle
	* in the y direction), by using trigonometry, given the
	* size of an object and its size.
	*/
	#include <windows.h>
	#include <stdio.h>
	#include <math.h>
	#include <glut.h>

	void myinit (void) {
	glShadeModel (GL_FLAT);
	}

	/* Clear the screen. Set the current color to white.
	* Draw the wire frame cube and sphere.
	*/
	void display (void)
	{
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
	glColor3f (1.0, 1.0, 1.0);
	//about front and back facing facets and facet cullig
	// glCullFace(GL_BACK);
	// glCullFace(GL_FRONT);
	glEnable(GL_CULL_FACE);
	glLoadIdentity ();
	/* glTranslatef() as viewing transformation */
	glTranslatef(-1.5f,0.0f,-15.0f);
	glBegin(GL_TRIANGLES); // Drawing Using Triangles
	glVertex3f( 1.2f, 1.0f, 0.0f); // Top
	glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f); // Bottom Left
	glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 5.0f); // Bottom Right
	glEnd();
	//definition of front facing polygon
	glFrontFace(GL_CW);
	glTranslatef(3.0f,0.0f,0.0f);
	glBegin(GL_QUADS); // Draw A Quad
	glVertex3f( 1.0f, 1.0f, -1.0f); // Top Left
	glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 2.0f); // Top Right
	glVertex3f( 1.2f,-1.0f, -1.0f); // Bottom Right
	glVertex3f(-0.5f,-1.2f, 1.0f); // Bottom Left
	glEnd(); // Done Drawing The Quad

	glFlush();
	}



	#define PI 3.1415926535

	/* atan2 () is a system math routine which calculates
	* the arctangent of an angle, given length of the
	* opposite and adjacent sides of a right triangle.
	* atan2 () is not an OpenGL routine.
	*/
	GLdouble calculateAngle (double size, double distance)
	{
	GLdouble radtheta, degtheta;

	radtheta = 2.0 * atan2 (size/2.0, distance);
	degtheta = (180.0 * radtheta) / PI;
	printf ("degtheta is %lf\n", degtheta);
	return ((GLdouble) degtheta);
	}

	/* Called when the window is first opened and whenever
	* the window is reconfigured (moved or resized).
	*/
	void myReshape(int w, int h)
	{
	GLdouble theta;

	glViewport(0, 0, w, h);
	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
	glLoadIdentity();
	theta = calculateAngle (2.0, 5.0);
	gluPerspective(theta, (GLfloat) w/(GLfloat) h, 1.0, 20.0);
	glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
	glLoadIdentity();
	}

	/* Main Loop
	* Open window with initial window size, title bar,
	* RGBA display mode, and handle input events.
	*/
	void main(int argc, char** argv)
	{

	glutInit(&argc, argv);
	glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE \| GLUT_RGB);
	//define size and the relative positon of the applicaiton window on the display
	glutInitWindowSize (500, 500);
	glutInitWindowPosition (100, 100);
	//init the defined window with "argv[1]" as topic showed on the top the window
	glutCreateWindow (argv[0]);
	// opengl setup
	myinit ();
	//define callbacks
	glutReshapeFunc(myReshape);
	glutDisplayFunc(display);
	//enter the loop for display
	glutMainLoop();


	}

# 实验报告

# 实验内容

解压 GlutLib.zip 文件，并按照 “glut 库安装.txt” 中的说明，安装 glut 库。
阅读文档 CreateProject.txt，建立自己的工程文件。
基于给定的源代码 cube.c 等分别建立工程文件，并编译执行。
仔细阅读程序注释，了解利用 OpenGL 进行计算机图形学编程的框架。
基于 aim.cpp、lines.cpp 两个源文件分别建立工程文件，调试通过并执行。
通过对给定代码进行局部修改，进一步了解部分函数的意义。
选作：基于 glut 和 OpenGL 实现用橡皮筋交互定义矩形的功能。

# 实验目的

掌握如何建立包含 OpenGL 库函数的工程文件；
熟悉如何利用 glut 进行 OpenGL 应用程序的窗口及输入、输出管理等；
熟悉 OpenGL 的函数。

# 实验要求

通过对给定程序的试运行，解释以下几个函数的作用及各参数的意义：
glTranslatef(float x, float y, float z);
glVertex3f(float x, float y, float z);
glColor3f (float a, float b, float c);
glLineWidth (float a);
glutInitWindowSize (int a,int b);
glutInitWindowPosition (int a,int b);
分析以下两个函数的区别：
glVertex3f(float x, float y, float z);
glVertex2f(float x, float y);
说明如何利用 glut 进行 OpenGL 应用程序的窗口及输入、输出管理。
分别展示对三个代码的修改，以及执行结果，对比与原来代码执行结果的不同，并说明原因（展示 2-3 个即可）。

# 实验结果

通过对给定程序的试运行，解释以下几个函数的作用及各参数的意义：
glTranslatef(float x, float y, float z);
作用：平移变换函数，
参数意义:x,y,z 表示 x y z 轴
glVertex3f(float x, float y, float z);
作用：绘制三维顶点坐标，
参数意义：三维坐标的 x y z 值
glColor3f (float a, float b, float c);
作用：颜色设置函数
参数意义:a b c 表示 RGB 值
glLineWidth (float a);
作用：设置线段宽度，
参数意义: a 表示宽度值
glutInitWindowSize (int a,int b);
作用：设置窗口大小
参数意义: a b 表示窗口长宽值
glutInitWindowPosition (int a,int b);
作用：设置窗口位置
参数意义: a,b 表示窗口左上角相对于桌面的坐标
分析以下两个函数的区别：
glVertex3f(float x, float y, float z);
glVertex2f(float x, float y);
回答： glVertex3f 表示三维的坐标， glVertex2f 表示二维坐标，二维平面中 glVertex3f 把三维坐标映射到二维坐标系。由于屏幕是二维的，每个屏幕上的点对应于三维空间中的一条直线。反投影时提供的 z 坐标就是决定到底需要这直线上的哪一个点。
说明如何利用 glut 进行 OpenGL 应用程序的窗口及输入、输出管理。
回答：
（1）鼠标的输入输出管理：
使用函数 glutMouseFunc() 就可以检测鼠标的输入，函数为
void glutMouseFunc(void(*func)(int button,int state,int x,int y));
参数 func ：处理鼠标 click 事件的函数的函数名。
第一个参数可能是以下几个中的一个：
```
GLUT_LEFT_BUTTON   		//鼠标左键
GLUT_MIDDLE_BUTTON 		//鼠标中键
GLUT_RIGHT_BUTTON  		//鼠标右键
// 下面两个是重构的OpenGL库函数中带的值，表示滚轮上下滚动的状态
GLUT_WHEEL_UP
GLUT_WHEEL_DOWN
第二个参数可能是以下几个中的一个：
GLUT_DOWN
GLUT_UP
//表示鼠标键的按下与放开。
```
（2）键盘的输入输出管理
使用函数 glutKeyboardFunc () 就可以检测键盘的输入，函数为：
void glutKeyboardFunc(void(*func)(unsigned char key,int x,int y));
参数：
func : 处理普通按键消息的函数的名称。如果传递 NULL ，则表示 GLUT 忽略普通按键消息。
第一个形参表示按下的键的 ASCII 码，另外两个表示键盘按下时鼠标的位置。
（3）glut 的窗口管理函数：
```
glutCreateWindow();
glutCreateSubWindow();
glutHideWindow();
glutShowWindow();
glutSetWindowTitle();
glutPostRedisplay();
glutSwapBuffers();
glutFullScreen();
glutPositionWindow();
glutReshapeWindow();
glutSetWindow();
glutGetWindow();
glutPopWindow();
glutPushWindow();
glutDestroyWindow();
glutIconifyWindow();
glutSetCursor();
```
（4）输出管理
glutDisplayFunc() 的使用方式是 glutDisplayFunc(display);
void display(void) 函数为绘图函数。
glutDisplayFunc(&display) 在程序运行时是自动调用的，即程序会自动调用 display 函数重绘窗口。调用的时机有以下几种：
1. 窗口内容绘制
2. 窗口大小改变
3. 窗口重绘
当然，这个函数不会单独出现，比如：
glutReshapeFunc(reshape); 函数先控制窗口大小改变时的操作。
分别展示对三个代码的修改，以及执行结果，对比与原来代码执行结果的不同，并说明原因（展示 2-3 个即可）。
回答：
（1）cube.sln
原输出：
修改数据：
glTranslatef (0.0, 0.0, -5.0);
glScalef (1.0, 2.0, 1.0);
改成：
glTranslatef (1.0, 0.0, -5.0);
glScalef (1.0, 1.0, 2.0);
结果输出：
原因：
glTranslatef (0.0, 0.0, -5.0); 将 X 轴平移了 1，glScalef (1.0, 2.0, 1.0); 将 y 轴缩放为原来的 1/2 ，z 轴伸长为原来的 2 倍，得到结果。

（2）aim.sln
原输出：

imgbed.cn图床

修改数据：

	glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f); // Top
	glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f); // Bottom Left
	glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f); // Bottom Right
	…
	glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 0.0f); // Top Left
	glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 0.0f); // Top Right
	glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f); // Bottom Right
	glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f); // Bottom Left

改成：

	glVertex3f( 1.2f, 1.0f, 0.0f); // Top
	glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f); // Bottom Left
	glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 5.0f); // Bottom Right
	…
	glVertex3f( 1.0f, 1.0f, -1.0f); // Top Left
	glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 2.0f); // Top Right
	glVertex3f( 1.2f,-1.0f, -1.0f); // Bottom Right
	glVertex3f(-0.5f,-1.2f, 1.0f); // Bottom Left

结果输出：

imgbed.cn图床

原因：
glVertex3f() 函数是绘制三个顶点坐标，原函数分别绘制三个顶点和四个顶点，绘制出标准的三角形和矩形，在原来的顶点坐标进行修改，实现不同形状三角形和四边形的绘制。

C 图形学

# 图形学实验三：基于 OpenGL 的图形学编程初探

# 原 OpenGL 示例代码简单绘制图形：

# cube.cpp

# lines.cpp

# aim.cpp

# 实验报告

# 实验内容

# 实验目的

# 实验要求

# 实验结果

JAVA实验三：掌握泛型类的原理和使用方法

数字视频技术及应用实验一：关键帧提取与分割