图形学实验三图形几何变换

实验三图形几何变换

实验类型：设计型 实验学时：2实验要求：必修

一、实验目的

理解掌握OpenGL二维平移、旋转、缩放变换的方法。

二、实验内容

1阅读实验原理，运行示范实验代码，掌握OpenGL程序平移、旋转、缩放变换的方法；

2 根据示范代码，尝试完成实验作业；

三、实验原理

在OpenGL的核心库中，每一种几何变换都有一个独立的函数，所有变换都在三维空间中定义。

平移矩阵构造函数为glTranslate<f,d>(tx, ty, tz)，作用是把当前矩阵和一个表示移动物体的矩阵相乘。tx, ty，tz指定这个移动物体的矩阵，它们可以是任意的实数值，后缀为f（单精度浮点float）或d（双精度浮点double），对于二维应用来说，tz=0.0。

旋转矩阵构造函数为glRotate<f,d>(theta, vx, vy, vz)，作用是把当前矩阵和一个表示旋转物体的矩阵相乘。theta, vx, vy, vz指定这个旋转物体的矩阵，物体将绕着(0,0,0)到(x,y,z)的直线以逆时针旋转，参数theta表示旋转的角度。向量v=(vx, vy，vz)的分量可以是任意的实数值，该向量用于定义通过坐标原点的旋转轴的方向，后缀为f（单精度浮点float）或d（双精度浮点double），对于二维旋转来说，vx=0.0，vy=0.0，vz=1.0。

缩放矩阵构造函数为glScale<f,d>(sx, sy, sz)，作用是把当前矩阵和一个表示缩放物体的矩阵相乘。sx, sy，sz指定这个缩放物体的矩阵，分别表示在x,y,z方向上的缩放比例，它们可以是任意的实数值，当缩放参数为负值时，该函数为反射矩阵，缩放相对于原点进行，后缀为f（单精度浮点float）或d（双精度浮点double）。

由于模型和视图的变换都通过矩阵运算来实现，在进行变换前，应先设置当前操作的矩阵为“模型视图矩阵”。设置的方法是以GL_MODELVIEW为参数调用glMatrixMode函数，像这样：

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

该语句指定一个4×4的建模矩阵作为当前矩阵。

通常，我们需要在进行变换前把当前矩阵设置为单位矩阵。把当前矩阵设置为单位矩阵的函数为：

glLoadIdentity();

我们在进行矩阵操作时，有可能需要先保存某个矩阵，过一段时间再恢复它。当我们需要保存时，调用glPushMatrix（）函数，它相当于把当前矩阵压入堆栈。当需要恢复最近一次的保存时，调用glPopMatrix（）函数，它相当于从堆栈栈顶弹出一个矩阵为当前矩阵。OpenGL规定堆栈的容量至少可以容纳32个矩阵，某些OpenGL实现中，堆栈的容量实际上超过了32个。因此不必过于担心矩阵的容量问题。

通常，用这种先保存后恢复的措施，比先变换再逆变换要更方便，更快速。注意：模型视图矩阵和投影矩阵都有相应的堆栈。使用glMatrixMode来指定当前操作的究竟是模型视图矩阵还是投影矩阵。

四、实验示范代码（略）

五、实验步骤

1 在Windows xp/win7操作环境下，启动VC；

2 建立W32 Console Application 的应用工程；

3 建立源程序编辑环境，进行编辑源程序。

4 调试运行程序，完成实验。

六、实验结果处理

演示结果并保存相关文件。

七、实验注意事项

注意编程环境的配置，即在Windows环境下，OpenGL扩展库相关文件的配置，把头文件“GL.H”、库文件“OPENGL32.LIB”和动态链接库“OPENGL32.DLL”配置到相应的目录下。

八、预习与思考题

预习：阅读课本相关内容，仔细阅读示范代码。

思考题：如何通过点击鼠标左右键实现图形颜色的改变。

九、实验报告要求

1、实验报告中应包括相关操作步骤和程序代码和运行效果截图。

2．书写实验报告时要结构合理，层次分明，在分析描述的时候，需要注意语言的流畅。

基础：

升级1要求实现鼠标控制四棱锥旋转，鼠标左键加速，鼠标右键减速，鼠标滑轮部分推出程序；

基础代码：


#include "pch.h"
#include <iostream>
using namespace std;
#include<GL/glut.h>
float rtri;//金字塔旋转角度

void init(void)
{
	glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
	glShadeModel(GL_SMOOTH);
	glEnable(GL_DEPTH_TEST);//激活深度测试

}

void display(void)
{
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
	glLoadIdentity();
	glTranslatef(-1.5, 0.0, -6.0);
	glRotatef(rtri, 0.0, 1.0, 0.0);

	glBegin(GL_TRIANGLES);
	glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
	glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
	glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
	glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);

	glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
	glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
	glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);
	glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);

	glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
	glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);
	glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
	glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);

	glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
	glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
	glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
	glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
	glEnd();

	rtri += 0.1;
	glutSwapBuffers();

}

void reshape(int width, int height)
{
	glViewport(0, 0, width, height);
	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
	glLoadIdentity();
	gluPerspective(45.0, (GLfloat)width / (GLfloat)height, 0.1, 100.0);
	glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
	glLoadIdentity();
}
void keyboard(unsigned char key, int x, int y)
{
	switch (key)
	{
	case'x':
		exit(0);
		break;
	default:
		break;
	}
}


int main(int argc ,char* argv[])
{
	glutInit(&argc, argv);
	glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH);
	glutInitWindowSize(640, 480);
	glutInitWindowPosition(100, 100);
	glutCreateWindow("Transform2");
	init();
	glutDisplayFunc(display);
	glutReshapeFunc(reshape);
	glutKeyboardFunc(keyboard);
	glutIdleFunc(display);//
	glutMainLoop();
	return 0;
}

升级1：


#include "pch.h"
#include <iostream>
using namespace std;
#include<GL/glut.h>
#include <windows.h>
float rtri=0.1,a=0.1;//金字塔旋转角度
void init(void)
{
	glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
	glShadeModel(GL_SMOOTH);
	glEnable(GL_DEPTH_TEST);//激活深度测试
}
void mymouse(GLint button, GLint state, GLint wx, GLint wy)
{
	if (button == GLUT_LEFT_BUTTON && state == GLUT_DOWN)
		a += 0.2;
	if (button == GLUT_RIGHT_BUTTON && state == GLUT_DOWN)
		if (rtri > 0) a -= 0.1;
	if (button == GLUT_MIDDLE_BUTTON && state == GLUT_DOWN)
		exit(0);
}
void display(void)
{
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
	glLoadIdentity();
	glTranslatef(-1.5, 0.0, -6);
	glRotatef(rtri, 0.0, 1.0, 0.0);//x,y,z谁不为0绕谁转，正数逆时针

	glBegin(GL_TRIANGLES);//绘制四棱锥
	glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
	glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
	glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
	glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);

	glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
	glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
	glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);
	glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);

	glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
	glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);
	glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
	glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);

	glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
	glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
	glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
	glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
	glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
	glEnd();
	rtri +=a;
	glutSwapBuffers();
}
void reshape(int width, int height)
{
	glViewport(0, 0, width, height);
	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
	glLoadIdentity();
	gluPerspective(45.0, (GLfloat)width / (GLfloat)height, 0.1, 100.0);
	glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
	glLoadIdentity();
}
void keyboard(unsigned char key, int x, int y)
{
	switch (key)
	{
	case'x':
		exit(0);
		break;
	default:
		break;
	}
}
int main(int argc, char* argv[])
{
	glutInit(&argc, argv);
	glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH);
	glutInitWindowSize(640, 480);
	glutInitWindowPosition(100, 100);
	glutCreateWindow("Transform2");
	init();
	glutDisplayFunc(display);
	glutReshapeFunc(reshape);
	glutKeyboardFunc(keyboard);
	glutMouseFunc(mymouse);
	glutIdleFunc(display);
	glutMainLoop();
	return 0;
}

实验结果即为实验要求！

图形学实验三 图形几何变换

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