计算机图形学实验报告姓名：学号：班级：目录实验一OpenGL程序结构练习 (3)实验二基本图形生成 (6)实验三交互式控制 (9)实验四图形基本变换 (12)实验五三维图形生成及显示 (15)实验六三维图形生成及显示 (19)实验一OpenGL程序结构练习【实验目的】1.熟悉C语言环境下OpenGL的使用方法；2.了解OpenGL程序的基本结构。

【实验原理】绝大多数OpenGL程序具有类似的结构，包含下述函数main():定义回调函数，打开一个或多个具有指定属性的窗口，进入事件循环（最后一条可执行语句）init():设置状态变量、视图、属性、回调、显示函数、输入和窗口函数#include <GL/glut.h> // glut.h includes gl.h and glu.hvoid display(){ ……}void init(){ ……}int main( intargc, char **argv){ ……}【实验内容】1.了解程序中各个结构的功能；2.用OpenGL生成三角形。

【实验步骤及结果】1.导入OpenGL的glut32.lib和glut.h文件：将.lib文件存放到C 语言程序文件夹的Library下，.h文件放到Include下；导入应用程序扩展文件glut32.dll，存放到system文件夹下。

2.打开VC 6.0，新建工程，并命名为text1，如图1.图 13.在工程text1下新建源文件，并命名为text1.cpp。

4.编写代码并编译链接，如图2所示。

图 25.运行，结果如图3所示。

图 3实验二基本图形生成【实验目的】1.熟悉OpenGL的程序结构，并了解各部分的功能。

2.学会应用OpenGL语言绘制出点，线，多边形。

【实验原理】1.GLUT函数glutInit使得应用程序可以获取命令行参数并初始化系统。

glutInitDisplayMode设置窗口的属性、RGB颜色、单缓冲区、属性按照逻辑或组合在一起。

glutWindowSize以像素为单位定义窗口的尺寸。

glutWindowPosition定义窗口左上角在显示器上的位置。

glutCreateWindow创建窗口，标题来自于参数值。

glutDisplayFunc定义显示回调函数。

glutMainLoop进入无穷的事件循环。

2.变换与视图在OpenGL中投影是利用投影矩阵乘法(变换)进行的，由于只存在一个变换函数系列，因此必须先设置矩阵模式。

glMatrixMode(GL_PROJECTION)变换函数是累加在一起的，因此需要从单位阵开始，然后把它改变为一个投影矩阵以定义视景体。

3.OpenGL的基本几何形状在display模块下采用glBegin()调用，如：glBegin(GL_POLYGON)既是调用多边形绘制方式。

4.颜色与状态颜色的每个分量在帧缓冲区中是分开存贮的，在缓冲区中通常每个分量占用8位字节。

注意在函数glColor3f中颜色的变化范围是从0.0(无)1.0(全部), 而在glColor3ub中颜色值的变化范围是从0到255。

在OpenGL程序中，由glColor*设置的颜色成为状态的一部分，后续构造过程将使用这一颜色，直至它被修改为止。

颜色与其它属性不是对象的一部分，但是在渲染对象时，要把这些属性赋给对象，可以按下述过程创建具有不同颜色的顶点glColor()glVertex()glColor()glVertex()【实验内容】1.用OpenGL生成点、线。

2.用OpenGL生成多边形。

【实验步骤及结果】1.打开VC 6.0，新建名为text2的工程文件，并新建名为text2.cpp 的源文件。

2.编写代码，编译并链接，如图1所示。

图 13.运行，结果如图2所示。

图 2实验三交互式控制【实验目的】1. 了解OpenGL中交互式控制的原理。

2.学会运用OpenGL程序实现鼠标和键盘对图形及窗口的控制。

【实验原理】1.GLUT中的回调函数GLU识别在各种窗口系统(Windows, X, Macintosh)中都有的一组事件：glutDisplayFunc //显示功能glutMouseFunc //鼠标功能glutReshapeFunc //重置形状功能glutKeyboardFunc //键盘功能glutIdleFunc //闲置停顿功能glutMotionFunc //动作请求功能glutPassiveMotionFunc //被动请求功能2.鼠标回调函数glutMouseFunc(mymouse)voidmymouse(GLintbtn, GLint state, GLint x, GLint y)其中btn的值可能是GLUT_LEFT_BUTTON、GLUT_MIDDLE_BUTTON、GLUT_RIGHT_BUTTON，表示哪个按钮导致了事件发生；state表示相应按钮的状态：GL_UP, GL_DOWN ；x, y表示在窗口中的位置。

3.键盘的应用glutKeyboardFunc(mykey)voidmykey(GLubyte key, GLint x, GLint y)返回键盘上被按下键的ASCII码和鼠标位置。

注意在GLUT中并不把释放键做为一个事件。

【实验内容】1.用OpenGL生成一个多边形。

2.在多边形的基础上实现用鼠标控制图形窗口的切换，并且能通过鼠标控制变换图形颜色。

3.在上述基础上实现用键盘控制图形窗口的关闭。

【实验步骤及结果】1.打开VC 6.0，新建名为text3的工程文件，在工程内新建名为text3.cpp的源文件。

2.编写代码，编译并链接，如图1所示。

图 13.程序运行结果如下：附：①鼠标控制方式如图2所示：鼠标左键控制显示display2的螺帽状图形，右键控制显示display1的矩形。

图 2②在display1中，定义for循环和n的整型变量，实现矩形颜色的变化，如图3所示：n=7时，即可实现8种颜色的变换，在颜色上调用glCoclor3fv(coclor[n])定义显示的颜色。

图 3③键盘控制方式：当键入Q或q时，图形显示窗口关闭运行结果：实验四图形基本变换【实验目的】1.了解OpenGL下图形窗口的坐标表示；2.掌握图形坐标的矩阵运算方法；3.能运用坐标的矩阵算法对图形进行伸缩、对称、错切变换。

【实验原理】1.空间图形的矩阵表示若用一个行向量[ x1 x2 …xn ]表示n维空间中一个点坐标，那么n维空间中m个点坐标就可以表示为一个向量集合：2.图形变换图形变换可以通过对表示图形坐标的矩阵进行运算来实现，称为矩阵变换法。

矩阵变换法的一般形式：（1）伸缩变换当a=d，图形沿x方向和y方向等比例缩放；当a=d>1，图形沿x、y方向等比例放大；当0<a=d<1，图形沿x 、y方向等比例缩小。

（2）对称变换和伸缩变换相似，如：关于x轴对称：（3）错切变换【实验内容】在OpenGL下绘制一个基本图形，并实现该图形的伸缩、对称、错切变换。

【实验步骤及结果】1.打开VC 6.0，新建名为text4的工程文件，并新建名为text4.cpp 的源文件。

2.编写代码，编译并链接，如图1所示。

图 13.程序运行结果如图2所示：图 2其中绿色为原图，青蓝色为y=-x对称，黄色为0.6倍缩放后关于x轴对称，红色为x方向错切。

实验五三维图形生成及显示【实验目的】1.了解OpenGL下3D图形生成的原理；2.学会运用OpenGL生成简单的三维图形。

【实验原理】1.OpenGL中的照相机在OpenGL中，初始的世界标架和照相机标架相同初始的模型－视图矩阵是单位阵照相机位于原点，并指向z轴的负向；OpenGL也指定了默认的视景体，它是一个中心在原点的边长为2的立方体。

缺省的投影矩阵是单位阵。

移动照相机：可以利用一系列旋转和平移把照相机定位到任意位置。

例如，为了得到侧视图：旋转照相机: R；把照相机从原点移开: T；模型－视图矩阵C = TR。

注意最后指定的变换是最先被应用的变换glMatrixMode(GL_MODELVIEW);glLoadIdentity();glTranslated(0.0, 0.0, -d);glRotated(-90.0, 0.0, 1.0, 0.0);2.视图定位矩阵LookAt()函数：在GLU库中包含了函数gluLookAt()，提供了创建定位照相机所用的模型－视图矩阵的简单方法。

注意在设置中需要一个向上的方向初始化，即上载单位阵也可以与模型变换复合在一起。

例如：平行于轴的立方体的等角投影glMatrixMode(GL_MODELVIEW);glLoadIdentity();gluLookAt(1.,1.,1.,0.,0.,0.,0.,1.,0.);3.投影变换投影变换投影变换就是定义一个可视空间，可视空间以外的物体不会被绘制到屏幕上。

（注意，从现在起，坐标可以不再是-1.0到1.0了！）OpenGL支持两种类型的投影变换，即透视投影和正投影。

投影也是使用矩阵来实现的。

如果需要操作投影矩阵，需要以GL_PROJECTION为参数调用glMatrixMode()函数。

即为：glMatrixMode(GL_PROJECTION); 通常，我们需要在进行变换前把当前矩阵设置为单位矩阵。

glLoadIdentity(); 透视投影所产生的结果类似于照片，有近大远小的效果，比如在火车头内向前照一个铁轨的照片，两条铁轨似乎在远处相交了。

【实验内容】1.用OpenGL生成一个球体；2.为了便于观察，在程序中加入交互式控制模式，可以通过鼠标或键盘控制图形的变化。

【实验步骤及结果】1.打开VC 6.0，新建名为text5的工程文件，并新建名为text5.cpp 的源文件。

2.编写代码，编译并链接，如图1所示。

图 13.程序运行结果如图2所示：图 24.控制键盘方向键对图形进行变换，如图3所示图 3实验六三维图形生成及显示【实验目的】1.了解OpenGL下生成光照模型的方法；2.学会在OpenGL中创建光源，对3D图形进行明暗处理。

【实验原理】1.简单光照明模型模拟物体表面的光照明物理现象的数学模型－光照明模型。

简单光照明模型只考虑光源对物体的直接光照。

Phong光照明模型：简单光照明模型模拟物体表面对光的反射作用，光源为点光源。

反射作用分为镜面反射(Specular Reflection)和漫反射(Diffuse Reflection)，物体间作用用环境光(Ambient Light)表示Phong模型的实现：对物体表面上的每个点P，均需计算光线的反射方向。

为了减少计算量，假设：光源在无穷远处，L为常向量，视点在无穷远处，V为常向量，（H•N）近似（R•V），H为L与V的平分向量，对所有的点总共只需计算一次H的值，节省了计算时间。