计算机图形学 opengl版本 第三版------胡事民 第三章更多的绘图工具

opengl  计算机图形学 第三版   第二部分   第三章更多的绘图工具

3.1   概述

第2章中  我们绘图使用的是屏幕窗口的基础坐标系    以像素为单位

屏幕坐标从左下角x从0延伸到screenWidth-1         y从0向上延伸到screenHeight-1       只能使用非负的x和y

程序中用于描述对象几何信息    此过程为建模任务

在屏幕中如何将这个对象  按照一定比例显示出来    是一个观看的任务

  使用最适合与手中问题的坐标系来描述对象,并且可以自动的缩放和平移图片,使得其能正确地在屏幕窗口中显示,这个描述对象的空间被称为世界坐标系(场景中的物体在实际世界中的坐标)。在合适的单位下,它就是数学中常用的笛卡尔xy坐标系。

  世界窗口:在世界坐标系中定义一个对齐的矩形     (矩形的边与坐标轴平行)        不一定是屏幕

  世界窗口指明了要绘制世界的哪一部分。对此可以理解为,任何在窗口中的部分需要被绘制,而窗口外的部分被裁减并不被绘制。  opengl会自动的裁减。

  显示器的屏幕窗口上定义一个对齐的矩形的视口,不同于世界窗口     opengl会自动建立世界窗口和视口的变换(包括缩放和平移)。

  对象在世界窗口中显示的部分会被自动的映射到视口中,也就是被映射到屏幕坐标中。

对齐的矩形作为窗口和视口(屏幕窗口)的形状原因:

  1.矩形仅需要四个参数描述

  2.检测一个点的位置(窗口内外) 很容易,可以简化裁减算法。

  3.对齐的矩形为凸   简化绘制算法

  4.通过一个窗口取看被绘制的物体,  并价格窗口中可见的快照放到显示器的视口中

  采用窗口/视口的联合方式,  当两个口被指定时,coder可以编写一个算法,不考虑图片的大小和位置,所有潜在的操作(缩放、位置和裁减)都会自动完成,并将图片放到视口中去。

3.2世界窗口和视口

  创建一个函数图像之后,并不知道 图像的位置和图像的大小,所以使用世界窗口就非常的重要

  setWindow()用来建立世界窗口

  setViewport()来建立视口

  代码中涉及的坐标是在自然坐标系中操作的   例如x在-4.0~4.0    变化的   关键问题是如何缩放和平移不同的(x,y)   使得图像能在屏幕窗口中恰当的显示。

  通过设置一个世界窗口和一个视口,并建立它们之间的一个合适的映射,就可以完成适当的平移和缩放。视口和窗口是coder 指定的对齐的矩形。

  窗口为世界坐标系中

  视口为屏幕窗口的一部分。

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  前者为世界窗口;后者为在屏幕中划出一部分区域为屏幕窗口,在其中再画出一部分为视口。

3.2.1  窗口到视口的映射

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  图中的w和v都是GLfloat类型的数值,代表作标值,其中left  和right为x轴的值   、 bottom和top为y轴的值,综合到一起成为了对齐的矩形

  世界窗口和视口  纵横比不一定一致    如果不一致会导致图像的拉伸,所以需要调整世界窗口和视口的纵横比一致

  一个映射或者变换,即窗口到视口的映射,这个映射是基于一个等式,对每一个在世界坐标下的点(x,y),产生屏幕坐标系中的一个点(sx,sy)。

  保持比例的性质  有下面的线性性质:

      sx=A*x+C

      sy=B*y+D

  其中A、B、C、D是常数,       A B缩放x和y的坐标    而 C D用来平移它们。

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a  如果x是窗口的左边界    x=w.left         则sx为视口的左边界     sx=v.left

b  如果x是在窗口的右边界x=w.right,则sx是在视口的右边界    sx=v.right

c  对于某个比例f    如果x位于窗口的1/f处      则sx位于视口宽度的1/f处

d  如果x在窗口的左边界外    x<w.left      则sx也在视口的的左边界外     sx<v.left

设立窗口到视口的映射

  opengl通过多个变换完成所需要的映射,自动的传送给定的每一个顶点   通过glVertex2*()命令

  二维图形中,世界窗口由函数gluOrth2D()来设定    原型如下:

    void gluOrtho2D(GLdouble left,GLdouble right,GLdouble bottom,GLdouble top);

  三维的情况  还有另外两个参数需要设定    省略

  视口的设定:

    void glViewport(GLint x,GLint y,GLint width,GLint eight);          左下角的坐标以及宽度和高度

  通过矩阵来完成所有的变换,因此gluOrtho2D()的调用必须在glMatrixModel(GL_PROJECTION)和glLoadIdentity()两个函数之后完成

  所以建立窗口设视口之间的联系需要如下代码:

  glMatrixModel(GL_PROJECTION;

  glLoadIdentity();

  gluOrtho2D(0.0,2.0,0.0,1.0);  设置窗口

  glViewport(40,60,360,240);   设置视口

  在此之后  每个使用glVertex2*(x,y)发送给opengl的点,会进行等式的映射,并且在窗口的边界处会被自动裁减掉边缘。

  将设定窗口的函数放在setWindow()函数中     将glViewport()   放在setViewport函数中

  void setWindow(GLdouble left,GLdouble right,GLdouble bottom,GLdouble top)      设置窗口

  {

    glMatrixModel(GL_PROJECTION);

    glLoadIdentity();

    gluOrtho2D(left,right,bottom,top);

  }

  void setViewport(GLint left,GLint right,GLint bottom,GLint top)              设置视口

  {

    glViewport(left,bottom,right-left,top-bottom);

  }

(1)在main()中

  glutInitWindowSize(640,480)      设置窗口大小

  没有使用glViewport的命令   所以使用默认的视口,默认的视口就是整个屏幕窗口。

(2)在myInit()中

  glMatrixModel(GL_PROJECTION);

  glLoadIdentity();

  gluOrtho2D(0.0,640.0,0.0,480.0);      //关键的设置   与视口比较      以及纵横比

  上面这些函数都是将世界窗口设置为对齐的矩形,其两个角的坐标是(0,0)和(640.0,480.0)  正好与视口的大小相等。

 案例1:针对同一个图案,使用不同的视口,可以做到在屏幕窗口上的平铺

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  例如a所示的就是平铺

  代码如下:      将恐龙替换成矩形     代码如下

setWindow(,640.0,,440.0)        //设置窗口
for(int i=,i<;i++) //每列
{
for(int j=;j<;j++) //每行
{
glViewport(i*,j*,,) // 视口的移动方向先第0列 再第1列 ...
drawPolylineFile("dino.dat");//在绘制一遍
}
}
其中dino.dat为折线的文件
//折线恐龙
#include <windows.h>
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <math.h>
using namespace std;
const int screenWidth=;
const int screenHeight=;
void setWindow(GLdouble left,GLdouble right,GLdouble bottom,GLdouble top) //设置窗口
{
gluOrtho2D(left,right,bottom,top);//窗口到视口的转换
}
void setViewport(GLint left,GLint right,GLint bottom,GLint top) //设置视口
{
glViewport(left,bottom,right-left,top-bottom);
}
void myInit(void)
{
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0); //背景颜色 白色 最亮
glColor3f(0.0f,0.0f,0.0f); //线条颜色为黑色
glPointSize(10.0); //点像素大小
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
setWindow(,60.0,,60.0);//设置世界坐标系中的窗口
}
void draw(void) //画图函数
{
glBegin(GL_LINE_LOOP); //三角形的点
glVertex2i(,);
glVertex2i(,);
glVertex2i(,);
glEnd();
}
void myDisplay(void) //注册函数
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
for(int i=;i<;i++)
{
for(int j=;j<;j++)
{
glViewport(i*,j*,,); //设置视口
draw();
}
}
glFlush();
}
int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glutInitWindowSize(screenWidth,screenHeight);
glutInitWindowPosition(,);
glutCreateWindow("折线矩形");
glutDisplayFunc(myDisplay);
myInit();
glutMainLoop();
return ;
}

下图为执行效果图:

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b图为交替倒置  产生的效果

  判断i+j是偶数和奇数,然后倒转top和bottom的值   以实现视口的倒转

  代码如下:  

for(int i=;i<;i++)//列
{
for(int j=;j<;j++)//行
{
if((i+j)%==)//i+j是偶数
setWindow(0.0,640.0,0.0,440.0);//正常的世界窗口
else //i+j为奇数
setWindow(0.0,640.0,440.0,0.0);//颠倒的世界窗口
glViewport(i*,j*,,);//设置下一个视口
drawPloylineFile("dino.dat");//再次绘制
}
}

完整代码如下

//折线恐龙
#include <windows.h>
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <math.h> using namespace std; const int screenWidth=;
const int screenHeight=; void setWindow(GLdouble left,GLdouble right,GLdouble bottom,GLdouble top) //设置窗口
{
glMatrixMode(GL_PROJECTION); //以下这两句一定要从myInit函数中抽出放到此位置
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(left,right,bottom,top); //窗口到视口的转换
}
void setViewport(GLint left,GLint right,GLint bottom,GLint top) //设置视口
{
glViewport(left,bottom,right-left,top-bottom);
} void myInit(void)
{
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0); //背景颜色 白色 最亮
glColor3f(0.0f,0.0f,0.0f); //线条颜色为黑色
glPointSize(10.0); //点像素大小
}
void draw(void) //画图函数
{
glBegin(GL_LINE_LOOP);
glVertex2i(,);
glVertex2i(,);
glVertex2i(,); glEnd();
}
void myDisplay(void) //注册函数
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
for(int i=;i<;i++)
{
for(int j=;j<;j++)
{
if((i+j)%==)//i+j是偶数
setWindow(0.0,60.0,0.0,60.0);//正常的世界窗口
else //i+j为奇数
setWindow(0.0,60.0,60.0,0.0);//颠倒的世界窗口
glViewport(i*,j*,,); //设置视口
draw();
}
}
glFlush();
}
int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glutInitWindowSize(screenWidth,screenHeight);
glutInitWindowPosition(,);
glutCreateWindow("折线矩形");
glutDisplayFunc(myDisplay);
myInit();
glutMainLoop();
return ;
}

执行结果的图片

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裁减图片的某部分

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视口不变,改变世界窗口 用以显示不同的图案

上例中w1   和w2两个不同的窗口       视口不变,当使用w1时屏幕视口中显示的是w1中所裁切出的图案,而使用w2时则屏幕显示的是w2中裁切出的图案。

代码框架如下: 

setWindow(...);       //每张图片都改变窗口
setViewport(...); //每张图片使用同样的视口
hexSwirl(); //调用同样的画图函数

坐标系统绘制

//画笛卡尔坐标系

#include <windows.h>
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <math.h> using namespace std; const int screenWidth=;
const int screenHeight=; void setWindow(GLdouble left,GLdouble right,GLdouble bottom,GLdouble top)
{
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(left,right,bottom,top);
} void setViewport(GLint left,GLint right,GLint bottom,GLint top)
{
glViewport(left,bottom,right-left,top-bottom);
} void drawpolygon(void)
{
setWindow(,screenWidth,,screenHeight);
setViewport(,screenWidth,,screenHeight);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin(GL_POINTS);
for(int x=;x<=screenWidth;x++)
glVertex2i(x,screenHeight/);
for(int y=;y<=screenHeight;y++)
glVertex2i(screenWidth/,y);
glEnd();
glFlush();
}
void myInit(void)
{
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0);
glColor3f(0.0f,0.0f,0.0f);
glPointSize(3.0);
} int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glutInitWindowSize(screenWidth,screenHeight);
glutInitWindowPosition(,);
glutCreateWindow("画坐标系");
glutDisplayFunc(drawpolygon);
myInit();
glutMainLoop();
return ;
}

画六边形:

//画笛卡尔坐标系中的六边形
#include <windows.h>
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <math.h>
using namespace std; typedef struct point{
GLdouble x;
GLdouble y;
}point; const int screenWidth=;
const int screenHeight=;
const int N=;
point sp[N];
point temp; //全局变量
double pi=3.1415926;
double theta=*pi/N;
double r=; void moveto(GLdouble x,GLdouble y) //设置当前的笔触到坐标点
{
temp.x=x;
temp.y=y;
} void lineto(GLdouble x,GLdouble y)//从当前的点画线到指定的坐标点 两点间的连线
{
glBegin(GL_LINES);
glVertex2d(temp.x,temp.y);
glVertex2d(x,y);
glEnd();
//glFlush();
temp.x=x; //重新设置当前虚拟笔触的坐标值
temp.y=y;
} void setWindow(GLdouble left,GLdouble right,GLdouble bottom,GLdouble top) //设置窗口
{
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(left,right,bottom,top);
}
void setViewport(GLint left,GLint right,GLint bottom,GLint top) //设置视口
{
glViewport(left,bottom,right-left,top-bottom);
}
int drawpolygon(struct point p[],GLdouble theta,GLdouble r)//注意传递的参数 接收的参数
{
setWindow(,screenWidth,,screenHeight);
setViewport(,screenWidth,,screenHeight);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin(GL_POINTS);
for(int x=;x<=screenWidth;x++) //画坐标系
glVertex2i(x,screenHeight/);
for(int y=;y<=screenHeight;y++)
glVertex2i(screenWidth/,y);
for(int i=;i<N;i++)
{
double x=r*cos(i*theta)+screenWidth/; //计算六个点的坐标 并画出
double y=r*sin(i*theta)+screenHeight/;
glVertex2i(x,y);
p[i].x=x;
p[i].y=y;
}
glEnd();
for(int i=;i<N;i++) //画线循环
{
moveto(sp[i].x,sp[i].y); //利用全局变量 来画六边形
lineto(sp[(i+)%].x,sp[(i+)%].y);//取模算余数
}
glFlush();
return ;
}
void mydisplay(void) //注册的函数
{
//
drawpolygon(sp,theta,r); }
void myInit(void)
{
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0);
glColor3f(0.0f,0.0f,0.6f);
glPointSize(6.0);
}
int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glutInitWindowSize(screenWidth,screenHeight);
glutInitWindowPosition(,);
glutCreateWindow("画六边形");
glutDisplayFunc(mydisplay);
myInit();
glutMainLoop();
return ;
}

结果如下:

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多个六边形

//多六边形
#include <windows.h>
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <math.h>
using namespace std; typedef struct point{
GLdouble x;
GLdouble y;
}point; const int screenWidth=;
const int screenHeight=;
const int N=;
point sp[N];
point temp; //全局变量
double pi=3.1415926;
double theta=*pi/N;
double r=; void moveto(GLdouble x,GLdouble y) //设置当前的笔触到坐标点
{
temp.x=x;
temp.y=y;
} void lineto(GLdouble x,GLdouble y)//从当前的点画线到指定的坐标点 两点间的连线
{
glBegin(GL_LINES);
glVertex2d(temp.x,temp.y);
glVertex2d(x,y);
glEnd();
//glFlush();
temp.x=x; //重新设置当前虚拟笔触的坐标值
temp.y=y;
} void setWindow(GLdouble left,GLdouble right,GLdouble bottom,GLdouble top) //设置窗口
{
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(left,right,bottom,top);
}
void setViewport(GLint left,GLint right,GLint bottom,GLint top) //设置视口
{
glViewport(left,bottom,right-left,top-bottom);
}
int drawpolygon(struct point p[],GLdouble tempt,GLdouble tempr)//注意传递的参数 接收的参数
{
//setWindow(0,screenWidth,0,screenHeight);
//setViewport(0,200,0,200); glBegin(GL_POINTS);
//for(int x=0;x<=screenWidth;x++) //画坐标系
//glVertex2i(x,screenHeight/2);
//for(int y=0;y<=screenHeight;y++)
//glVertex2i(screenWidth/2,y);
for(int i=;i<N;i++)
{
double x=tempr*cos(i*tempt)+screenWidth/; //计算六个点的坐标 并画出
double y=tempr*sin(i*tempt)+screenHeight/;
glVertex2i(x,y);
p[i].x=x;
p[i].y=y;
}
glEnd();
for(int i=;i<N;i++) //画线循环
{
moveto(sp[i].x,sp[i].y); //利用全局变量 来画六边形
lineto(sp[(i+)%].x,sp[(i+)%].y);//取模算余数
}
// for(int j=0;j<N;j++) return ;
}
void mydisplay(void) //注册的函数
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
setWindow(,screenWidth,,screenHeight);
setViewport(,screenWidth,,screenHeight);
while(r>) //循环画六边形
drawpolygon(sp,theta,r-=);
glFlush();
cout<<sp[].x<<endl;
}
void myInit(void)
{
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0);
glColor3f(0.0f,0.0f,0.6f);
glPointSize(3.0);
}
int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glutInitWindowSize(screenWidth,screenHeight);
glutInitWindowPosition(,);
glutCreateWindow("画六边形");
glutDisplayFunc(mydisplay);
myInit();
glutMainLoop();
return ;
}

结果:

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缩放和漫游

    将窗口变小则用于放大对象    相反窗口变大  相当于对象缩小。

    有时候漫游也叫全视

在动画中放大图片

同心的多个窗口   固定的纵横比    窗口逐渐缩小   形成动画,每个窗口中显示的图片都是一帧     此过程类似与放大图像

    绘制每一帧   都需要清一次屏幕   同时窗口越来越小  代码如下:

动画1:

float cx=0.3,cy=0.2;//窗口中心
float H,W=1.2, aspect=0.7;//窗口性质
set the viewport //设置视口
for(int frame=;frame<NumFrames;frame++)//循环显示每一帧图像
{
clear the screen //每次循环都清除之前的图案
W*=0.7;
H=W*aspect; //保持纵横比
setWindow(cx-W,cx+W,cy-H,cy+H);//设置下一个窗口
hexSwirl();
}

动画2:

  动画1的方式存在的问题

   过程如下:

    迅速擦除当前的图像;然后新图像被缓慢的重绘,因为仅仅有一个图像的缓存

   解决上面问题的方法就是在用户浏览当前图像时,在一个“屏幕外内存”的地方绘制新的图像,然后将新图像显示在显示器上。

     opengl提供了双缓存来完成任务,使用一个内存来模拟一个额外的屏幕,这个屏幕不显示在真实的显示器上,并所有的绘制都在这个缓存中进行。之后glutSwapBuufers()函数会将缓存中的图片转移到屏幕窗口上。

    设置单缓存:glutInitDisplayModel(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);

   设置成双缓存:glutInitDisplayModel(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB);

练习:3.2.2回旋的旋涡

    

  

3.3 裁减线

  图形学中的基本任务,用于保持对象在给定的区域外的部分不被绘制

  opengl环境中,每个对象都会被一个特殊的算法,自动的裁减到世界窗口      裁减器

3.3.1裁减一条线

  cohen-sutherland 裁减器  计算p1和p2两个端点的线段的哪一部分位于世界窗口之内,并返回位于世界窗口内的部分的端点

  函数 int clipSegment(Point2& p1,Point2& p2,RealRect window)    参数为两个二维的点以及一个对齐的矩形

  功能为将p1和p2为端点的线段裁减到窗口边界处。如果线段的某一部分位于窗口内,则将新的端点存放在p1 和p2中,并且函数返回1,说明线段的某些部分是可见的。如果这条线温泉被裁减掉了,函数返回0,说明没有任何部分可见。

案例1:

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  典型的裁减器的情况    :   clipsegment()函数对每条线段执行下列事件中的一件。

  1.如果整条线段都在窗口内(例如线段cd)    函数返回1

  2.整条线段在窗口外    例如线段AB  函数返回0

  3.一个端点在窗口外,一个在窗口内    例如ED      函数将一个端点裁减   设置新的端点    然后返回1

  4.两个端点都在窗口外,     但是此线段的一部分位于窗口内   例如线段AE    函数将裁减两个端点   并返回1

  还有可能线段位于窗口的左侧   右侧    上面或者下面等等。

  为了判断线段的位置  并且做出相应的裁减    cohen-sutherland提供了一个快速的分治算法。

  3.3.2  cohen-sutherland裁减算法

  平凡接受和平凡拒绝两种常见情况

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  图中的AB整个线段位于窗口内     因此AB被平凡的接受,而不需要裁减,                    窗口很大时,大部分情况都是平凡接受。

  图中CD整个线段   两个端点都位于W的另一条边外,则线段CD整个都在窗口外  此时CD就是平凡的拒绝。       窗口很小时,大部分情况都是平凡拒绝。

检测平凡接受或者平凡拒绝

  仅仅检测端点即可

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  对线段的每一个端点计算一个“窗口内部/外部编码”,用于后续的测试。

 四个编码的位置信息从左到右分别为    left     above     right     below       分别代表   在左面    上面    下面   右面;

  t代表true       f代表false

  如果点在窗口内部,则编码表示为FFFF;

  下图为点与窗口的位置关系   的9种可能性

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  平凡接受:两个码字都是FFFF;

  平凡拒绝:两个码字在某一位元素上都是T   两个点都是在窗口左边,或者都在它上面,等等

  使用c/c++的位操作函数   可以实现码字的计算和测试。

没有平凡接受和拒绝时的截断

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  如果没有平凡接受或者拒绝时,此线段一定会被某个边界分成两个部分

  do

  {

    设置p1   和p2的码字;

    if(平凡接受)  return 1;

    if(平凡拒绝)  return 0;

    将线段在下一个窗口边界处截断;(重新设置p1或p2端点的位置)丢掉外面的部分;

  }while(1);

  最多四次循环就会终止,针对每个点  对齐矩形的四条边都会进行检测   所以需要四次循环。也就会出现平凡接受或者平凡拒绝的情况。

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  已知:p1和p2的坐标x和y       w.right

   未知:A点的x=w.right     y=p1.y-d

    d/dely=e/delx

    delx=p2.x-p1.x;.........1

    dely=p2.y-p1.y;........2

    e=p1.x-w.right;.........3

   由1 2 3可以计算出d的值   由此就可以计算出A点的y值

  所以新p1.y  (点A)

    p1.y+=(w.right-p1.x)*dely/delx

  剩余的窗口的三个边界的裁减方法类似。

  对于水平的线  dely=0 ;对于垂直的线   delx=0;    分母为0的情况不会发生

  伪代码2:

  

int clipSegment(Point & p1,Point2& p2,RealRect W)
{ do{
if(平凡接受) return ;
if(平凡拒绝) return ;
if(p1在窗口外面)
{
if(p1在窗口左边) 用左边界截断,更新p1;
else if(p1在窗口右边) 用右边界截断,更新p1;
else if(p1在窗口下面) 用下边界截断,更新p1;
else if(p1在窗口上面) 用上边界截断,更新p1;
}
else //p2在窗口外面
{
if(p2在窗口左边) 用左边界截断,更新p2;
else if(p2在窗口右边) 用右边界截断,更新p2;
else if(p2在窗口下面) 用下边界截断,更新p2;
else if(p2在窗口上面) 用上边界截断,更新p2;
}
}while();
}

  每次执行循环时,每个端点的码字都会被重新计算和测试,每次都会对平凡接受和拒绝进行检测  ,如果失败,算法会检测p1是否在窗口外,如果p1在窗口内,那么p2一定在窗口外,针对在窗口外的点进行按边裁减。

  裁减的顺序为左,右,下,上。

  计算机图形学   opengl版本    第三版------胡事民      第三章更多的绘图工具

  第一次:p1变为A

  第二次:p2变为B

  第三次:A变为C

  第四次:  B变为D

练习:3.3.1  手工模拟clipSegment   (略)

 3.3.2 除以0的情况永远不会发生。

3.4正多边形、圆和圆弧

3.4.1正多边形

  所有边相等   内角相等  且边只能在端点处接触,称n条边的正多边形为正n边形。顶点等距离排放

  计算机图形学   opengl版本    第三版------胡事民      第三章更多的绘图工具

  半径为R的外接圆的圆心位于远点,而第一个点p0位于x轴的正方向,其它的顶点位于下面等式指定的位置:pi=(R*cos(i*a),R*sin(i*a)),      i=1,2...5

  其中a=2π/6=π/3。

  1.如果圆心的坐标为(x,y),只要在上式中坐标中分别加上x和y即可。

  2.如果将正六边形缩放S倍,只需要将R乘上S。

  3.旋转只需要在cos和sin函数的参数中增加A即可

3.4.2正n边形的变种

  将正n边形中的各个顶点均相连 会得到花环 

花环.cpp

//绘制sinc函数
#include <windows.h>
#include <iostream>
#include <math.h>
#include <gl/GL.h>
#include <gl/GLU.h>
#include <gl/GLUT.h> class GLintPoint //点类
{
public:
GLint x,y;
}; class Point2 //线段端点类
{
public:
float x,y;
void set(float dx,float dy){x=dx;y=dy;} //内联函数 且重载
void set(Point2 &p){x=p.x;y=p.y;} //内联函数 重载 设置端点
Point2(float xx,float yy){x=xx,y=yy;} //构造函数 非默认
Point2(){x=y=;} //默认构造函数
};
Point2 currPos; //定义两个端点类的对象
Point2 CP; void moveTo(Point2 p) //移动当前的虚拟笔触 到一个端点
{
CP.set(p); //设置当前点的坐标
} void lineTo(Point2 p) //从当前点的位置cp 到参数给定的点划线
{
glBegin(GL_LINES);
glVertex2f(CP.x,CP.y);
glVertex2f(p.x,p.y);
glEnd();
glFlush();
CP.set(p); //***重新设置当前的点 cp
}
//myInit
void myInit(void) //初始化 窗口的个参数 背景颜色 线条颜色 以及宽度等等
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0);
glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);
} void rosette(int N,float radius) //触发的画图函数 参数为点数 和 半径值
{
Point2 * pointlist=new Point2[N]; //创建数组用来存储线段的端点
GLfloat theta=(2.0f*3.1415926536)/N; //360度除以点数 算出角度数
for(int c=;c<N;c++)
{
pointlist[c].set(radius*sin(theta*c),radius*cos(theta*c));//计算每个点的x和y值 并且填入对象数组
}
for(int i=;i<N;i++)//将数组中的所有点都连接起来
{
for(int j=;j<N;j++)
{
moveTo(pointlist[i]);
lineTo(pointlist[j]);
} }
} void render()//渲染
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);//清除背景颜色
glViewport(,,,); //设置视口 ***** x,y width height
rosette(,.50f); //画图 实参传送
glFlush(); //传送给opengl
}
//main
int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
glutInitWindowSize(,60);
glutCreateWindow("rosette");
glutDisplayFunc(render);
myInit();
glutMainLoop();
return ;
}

特例:    5花环 的特性

  体现很多黄金分割率φ

  计算机图形学   opengl版本    第三版------胡事民      第三章更多的绘图工具

  每条线段要比短于它的线段长φ倍,而且由于五角星的边又构成了一个内五边形,可以实现一个无穷的嵌套。

例子:3.4.2基于两个同心多边形的图形

  计算机图形学   opengl版本    第三版------胡事民      第三章更多的绘图工具

   外半径是R,内半径是fR ,f是某个因子。每个图都使用了一个正n边形的变种,其半径在内径和外径之间交替。

    图3.29a   代码示例:

  

//3.2.9图a

#include <windows.h>
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <math.h> using namespace std; const int N=;
const double pi=3.1415926;
const double theta=*pi/N;
const double R=;
const double r=;
const double screenWidth=;
const double screenHeight=; class point
{
public:
GLdouble x;
GLdouble y;
void setp(GLdouble _x,GLdouble _y){x=_x;y=_y;}; };
point sp;
void moveTo(GLdouble x,GLdouble y)
{
sp.setp(x,y);
}
void lineTo(GLdouble x,GLdouble y)
{
glBegin(GL_LINES);
glVertex2d(sp.x,sp.y);
glVertex2d(x,y);
glEnd();
sp.x=x;
sp.y=y;
}
void photo(void)
{
class point p1[];
class point p2[];
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin(GL_POINTS);
for(int i=;i<N;i++)
{
GLdouble Rx=R*cos(i*theta)+screenWidth/;
GLdouble Ry=R*sin(i*theta)+screenHeight/;
p1[i].x=Rx;
p1[i].y=Ry;
GLdouble rx=r*cos(i*theta)+screenWidth/;
GLdouble ry=r*sin(i*theta)+screenHeight/;
p2[i].x=rx;
p2[i].y=ry;
glVertex2d(p1[i].x,p1[i].y);
glVertex2d(p2[i].x,p2[i].y);
}
glEnd();
for(int i=;i<N;i+=)
{
moveTo(p1[i].x,p1[i].y);
lineTo(p1[(i+)%N].x,p1[(i+)%N].y); }
for(int i=;i<N;i+=)
{
moveTo(p1[i].x,p1[i].y);
lineTo(p2[(i+)%N].x,p2[(i+)%N].y);
moveTo(p2[i+].x,p2[i+].y);
lineTo(p1[(i+)%N].x,p1[(i+)%N].y);
}
glFlush();
}
void myInit(void)
{
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0); //background color
glColor3f(0.0f,0.2f,0.6f); //point color
glPointSize(3.0);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(0.0,,0.0,);
}
int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glutInitWindowPosition(,);
glutInitWindowSize(,);
glutCreateWindow("内外圆多边形");
glutDisplayFunc(photo);
myInit();
glutMainLoop();
return ;
}

结果

计算机图形学   opengl版本    第三版------胡事民      第三章更多的绘图工具

3.2.9图B     仅将a图代码中的N改为10即可

//3.2.9图b

#include <windows.h>
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <math.h> using namespace std; const int N=;
const double pi=3.1415926;
const double theta=*pi/N;
const double R=;
const double r=;
const double screenWidth=;
const double screenHeight=; class point
{
public:
GLdouble x;
GLdouble y;
void setp(GLdouble _x,GLdouble _y){x=_x;y=_y;}; };
point sp;
void moveTo(GLdouble x,GLdouble y)
{
sp.setp(x,y);
}
void lineTo(GLdouble x,GLdouble y)
{
glBegin(GL_LINES);
glVertex2d(sp.x,sp.y);
glVertex2d(x,y);
glEnd();
sp.x=x;
sp.y=y;
}
void photo(void)
{
class point p1[N];
class point p2[N];
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin(GL_POINTS);
for(int i=;i<N;i++)
{
GLdouble Rx=R*cos(i*theta)+screenWidth/;
GLdouble Ry=R*sin(i*theta)+screenHeight/;
p1[i].x=Rx;
p1[i].y=Ry;
GLdouble rx=r*cos(i*theta)+screenWidth/;
GLdouble ry=r*sin(i*theta)+screenHeight/;
p2[i].x=rx;
p2[i].y=ry;
glVertex2d(p1[i].x,p1[i].y);
glVertex2d(p2[i].x,p2[i].y);
}
glEnd();
for(int i=;i<N;i+=)
{
moveTo(p1[i].x,p1[i].y);
lineTo(p1[(i+)%N].x,p1[(i+)%N].y); }
for(int i=;i<N;i+=)
{
moveTo(p1[i].x,p1[i].y);
lineTo(p2[(i+)%N].x,p2[(i+)%N].y);
moveTo(p2[i+].x,p2[i+].y);
lineTo(p1[(i+)%N].x,p1[(i+)%N].y);
}
glFlush();
}
void myInit(void)
{
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0); //background color
glColor3f(0.0f,0.2f,0.6f); //point color
glPointSize(3.0);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(0.0,,0.0,);
}
int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glutInitWindowPosition(,);
glutInitWindowSize(,);
glutCreateWindow("内外圆多边形");
glutDisplayFunc(photo);
myInit();
glutMainLoop();
return ;
}

代码结果

计算机图形学   opengl版本    第三版------胡事民      第三章更多的绘图工具

3.29图c    修改N  去掉外框线

//3.2.9图c

#include <windows.h>
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <math.h> using namespace std; const int N=;
const double pi=3.1415926;
const double theta=*pi/N;
const double R=;
const double r=;
const double screenWidth=;
const double screenHeight=; class point
{
public:
GLdouble x;
GLdouble y;
void setp(GLdouble _x,GLdouble _y){x=_x;y=_y;}; };
point sp;
void moveTo(GLdouble x,GLdouble y)
{
sp.setp(x,y);
}
void lineTo(GLdouble x,GLdouble y)
{
glBegin(GL_LINES);
glVertex2d(sp.x,sp.y);
glVertex2d(x,y);
glEnd();
sp.x=x;
sp.y=y;
}
void photo(void)
{
class point p1[N];
class point p2[N];
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin(GL_POINTS);
for(int i=;i<N;i++)
{
GLdouble Rx=R*cos(i*theta)+screenWidth/;
GLdouble Ry=R*sin(i*theta)+screenHeight/;
p1[i].x=Rx;
p1[i].y=Ry;
GLdouble rx=r*cos(i*theta)+screenWidth/;
GLdouble ry=r*sin(i*theta)+screenHeight/;
p2[i].x=rx;
p2[i].y=ry;
glVertex2d(p1[i].x,p1[i].y);
glVertex2d(p2[i].x,p2[i].y);
}
glEnd();
for(int i=;i<N;i+=)
{
moveTo(p1[i].x,p1[i].y);
lineTo(p2[(i+)%N].x,p2[(i+)%N].y);
moveTo(p2[i+].x,p2[i+].y);
lineTo(p1[(i+)%N].x,p1[(i+)%N].y);
}
glFlush();
}
void myInit(void)
{
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0); //background color
glColor3f(0.0f,0.2f,0.6f); //point color
glPointSize(3.0);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(0.0,,0.0,);
}
int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glutInitWindowPosition(,);
glutInitWindowSize(,);
glutCreateWindow("内外圆多边形");
glutDisplayFunc(photo);
myInit();
glutMainLoop();
return ;
}

结果图

计算机图形学   opengl版本    第三版------胡事民      第三章更多的绘图工具

3.29图d   多加上一个画内圆的代码段

//3.2.9图c

#include <windows.h>
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <math.h> using namespace std; const int N=;
const double pi=3.1415926;
const double theta=*pi/N;
const double R=;
const double r=;
const double screenWidth=;
const double screenHeight=; class point
{
public:
GLdouble x;
GLdouble y;
void setp(GLdouble _x,GLdouble _y){x=_x;y=_y;}; };
point sp;
void moveTo(GLdouble x,GLdouble y)
{
sp.setp(x,y);
}
void lineTo(GLdouble x,GLdouble y)
{
glBegin(GL_LINES);
glVertex2d(sp.x,sp.y);
glVertex2d(x,y);
glEnd();
sp.x=x;
sp.y=y;
}
void photo(void)
{
class point p1[N];
class point p2[N];
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin(GL_POINTS);
for(int i=;i<N;i++)
{
GLdouble Rx=R*cos(i*theta)+screenWidth/;
GLdouble Ry=R*sin(i*theta)+screenHeight/;
p1[i].x=Rx;
p1[i].y=Ry;
GLdouble rx=r*cos(i*theta)+screenWidth/;
GLdouble ry=r*sin(i*theta)+screenHeight/;
p2[i].x=rx;
p2[i].y=ry;
glVertex2d(p1[i].x,p1[i].y);
glVertex2d(p2[i].x,p2[i].y);
}
glEnd();
for(int i=;i<N;i+=)//画外框
{
moveTo(p1[i].x,p1[i].y);
lineTo(p1[(i+)%N].x,p1[(i+)%N].y); }
for(int i=;i<N;i+=)//画内角
{
moveTo(p1[i].x,p1[i].y);
lineTo(p2[(i+)%N].x,p2[(i+)%N].y);
moveTo(p2[i+].x,p2[i+].y);
lineTo(p1[(i+)%N].x,p1[(i+)%N].y);
}
//画内圆
glBegin(GL_POINTS);
for(double i=0.0;i<=*pi;i+=0.05)
glVertex2d(r*cos(i)+screenWidth/,r*sin(i)+screenHeight/);
glEnd();
glFlush();
}
void myInit(void)
{
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0); //background color
glColor3f(0.0f,0.2f,0.6f); //point color
glPointSize(3.0);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(0.0,,0.0,);
}
int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glutInitWindowPosition(,);
glutInitWindowSize(,);
glutCreateWindow("内外圆多边形");
glutDisplayFunc(photo);
myInit();
glutMainLoop();
return ;
}

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练习3.4.1

3.4.2证明

图片3.30  某大学的标志

给定一点

//3.4.3  校标

#include <windows.h>
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <math.h> using namespace std; const double screenWidth=;
const double screenHeight=; int j=;//声明一个全局变量 class point
{
public:
GLdouble x;
GLdouble y;
void setp(GLdouble _x,GLdouble _y){x=_x;y=_y;};
};
void photo(void)
{
point p[]; //定义对象数组 并且初始化
p[].x=;
p[].y=;
p[].x=-;
p[].y=;
p[].x=-;
p[].y=;
p[].x=;
p[].y=;
p[].x=;
p[].y=;
p[].x=;
p[].y=;
int N=;
double pi=3.1415926;
double theta=*pi/N;
//开始画图
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
for(int j=;j<;j++) //j定义为全局变量 否则不能通过编译
{
glBegin(GL_LINE_LOOP);
for(int i=;i<;i++)
glVertex2d((cos(theta*j)*p[i].x-sin(theta*j)*p[i].y)+screenWidth/,(sin(theta*j)*p[i].x+cos(theta*j)*p[i].y)+screenHeight/);
glEnd();
}
glFlush();
}
void myInit(void)
{
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0); //background color
glColor3f(0.0f,0.2f,0.6f); //point color
glPointSize(3.0);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(0.0,,0.0,);
}
int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glutInitWindowPosition(,);
glutInitWindowSize(,);
glutCreateWindow("校标");
glutDisplayFunc(photo);
myInit();
glutMainLoop();
return ;
}

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3.4.3 绘制圆与圆弧

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圆心:c

半径:R

开始角度:a

展开角度:b

  b为负值  则顺时针画图

  b为正值  则逆时针画图

展开的角度是360度

 drawCirlce()   通过指定圆心和半径来绘制,还有其他的方法来描述圆,常见的方式是:

  1.已知圆心以及一个院上的点。    利用圆心以及一个圆上的点  计算两点的距离即半径

  2.给定圆必须经过的三个点。  三个不共线的点可以唯一确定一个圆

画圆案例2

//3.4.3  圆外切

#include <windows.h>
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <math.h> using namespace std; const double screenWidth=;
const double screenHeight=; class point
{
public:
GLdouble x;
GLdouble y;
void setp(GLdouble _x,GLdouble _y){x=_x;y=_y;};
};
void photo(void)
{
double r=;
double x;
int w=;
int h=;
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin(GL_POINTS);
for(x=-;x<;x+=0.05)
{
glVertex2d(x+w,sqrt(r*r-x*x)+h);
glVertex2d(x+w,-sqrt(r*r-x*x)+h);
}
glVertex2d(w,h);
glEnd();
glFlush();
}
void myInit(void)
{
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0); //background color
glColor3f(0.0f,0.2f,0.6f); //point color
glPointSize(3.0);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(0.0,,0.0,);
}
int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glutInitWindowPosition(,);
glutInitWindowSize(,);
glutCreateWindow("画弧和圆");
glutDisplayFunc(photo);
myInit();
glutMainLoop();
return ;
}

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画圆案例3

//3.4.3  圆外切   给定一个两个圆心  和两个圆的交点    画两个圆和一条切线

#include <windows.h>
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <math.h> using namespace std; const double screenWidth=;
const double screenHeight=;
int w=;//位移
int h=;
class point
{
public:
GLdouble x;
GLdouble y;
void setp(GLdouble _x,GLdouble _y){x=_x;y=_y;};
}; double getr(point p1,point p2)//获取半径的平方
{
double r=sqrt((p1.x-p2.x)*(p1.x-p2.x)+(p1.y-p2.y)*(p1.y-p2.y));
return r;
}
void line(point p1,point p2)//p1为圆心,p2为圆上点 直线过p2点
{
double k,b;
k=-(p2.x-p1.x)/(p2.y-p1.y);
b=p2.y-k*p2.x;
glBegin(GL_POINTS);
for(double x=;x<;x++)
glVertex2d(x+w,k*x+b+h);
glEnd();
}
void photo(point p1,point p2) //根据两个点画圆 p1为圆心 p2为圆上的点
{
double r=getr(p1,p2);
double x; glBegin(GL_POINTS);
for(x=p1.x-r;x<=p1.x+r;x+=0.05)
{
glVertex2d(x+w,sqrt(r*r-(x-p1.x)*(x-p1.x))+p1.y+h);
glVertex2d(x+w,-sqrt(r*r-(x-p1.x)*(x-p1.x))+p1.y+h);
}
glVertex2d(p1.x+w,p1.y+h);
glEnd();
}
void mydisplay(void)
{
class point p1;//初始化 三个对象
p1.x=;
p1.y=;
point p2;
p2.x=;
p2.y=;
point p3;
p3.x=;
p3.y=;
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
photo(p1,p2);
photo(p3,p2);
line(p1,p2);
glFlush();
}
void myInit(void)
{
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0); //background color
glColor3f(0.0f,0.2f,0.6f); //point color
glPointSize(3.0);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(0.0,,0.0,);
}
int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glutInitWindowPosition(,);
glutInitWindowSize(,);
glutCreateWindow("画弧和圆");
glutDisplayFunc(mydisplay);
myInit();
glutMainLoop();
return ;
}

执行结果:

计算机图形学   opengl版本    第三版------胡事民      第三章更多的绘图工具

3.4.4曲线的逐次细化

  逐次细化一个简单的曲线,可以递归形成非常复杂的曲线。  例如koch曲线   逐渐逼近真实的曲线

  计算机图形学   opengl版本    第三版------胡事民      第三章更多的绘图工具

将kn的每一条线段平均分为3的段,然后将中间的那段用一个等边三角形来提高代替,采用递归的方式,每一线段的长度变为原来的4/3,所以总的曲线长度也是它上一代的4/3.因此kn的总长度为(4/3)的n次幂。

 3.5曲线的参数形式

描述曲线的形状主要有两种方法:

隐式法和参数形式

隐式法:使用函数f(x,y)来描述曲线    并且提供xy之间的关系

  点在曲线上的条件:f(x,y)=0

  一类曲线  曲线的内部和外部是有意义的,此种情况下    f(x,y)也被叫做内部-外部函数   其意义是:

    f(x,y)=0    对应所有在曲线上的点 (x,y)

    f(x,y)>0    对所有在曲线外的点(x,y)

    f(x,y)<0    对所有在曲线内的点(x,y)

    曲线对x是单值   那么   g(x)对于每一个x   仅有一个g(x)     可以写成f(x,y)=y-g(x)

  曲线对y是单值, 存在函数h()   使得曲线上的所有点满足x=h(y)

  还有对于x和y都不是单值的:f(x,y)=0  不能写成y=g(x)   或者 x=h(y)的形式   可以表示成:

    y=+-根号下(r^2-x^2)   这里为两个函数    一个是正号,另一个是负号

3.5.1曲线的参数形式

  当参数取不同值的时候,会产生出曲线上不同的点。推荐使用       以时间t的运动轨迹

  粒子沿着曲线运动的路径由两个函数x()和y()来确定,如果是三维  则有三个函数  x()      y()     z()    他们确定粒子在时刻t的位置。

  参数t通常被看作是时间,而曲线本身就是粒子随着时间在某一个区间内的变化所经过的点。

  通常证明隐式形式和参数形式相同   将参数形式带入隐式形式即可    即从参数形式求隐式形式

3.5.2  绘制参数形式

  根据p(t)=(x(t),y(t))      其中t从0变化到T    我们只需要用非常紧凑的间隔采集p(t)的样本   然后连接成折线   近似的逼近曲线

  时间数组 t[i]     i=0 1 2 3...  

glBegin(GL_LINES);
for(int i=;i<n;i++)
glVertex2f(x(t[i]),y(t[i]));
glEnd();

  案例绘制椭圆  

glBegin(GL_LINES);
for(double t=;t<*pi;t+=*pi/n)//将2pi n等分 越细分曲线越光滑
glVertex2f(W*cos(t),H*sin(t));
glEnd();

3.5.4  样例曲线代码

//3.4.3  圆外切   给定一个两个圆心  和两个圆的交点    画两个圆和一条切线

#include <windows.h>
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <math.h> using namespace std; const double screenWidth=;
const double screenHeight=;
int w=;//位移
int h=;
const double pi=3.141592;
const int n=; void mydisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glBegin(GL_LINE_LOOP);
for(double t=0.0;t<*pi;t+=*pi/n)
glVertex2d(w*cos(t)+screenWidth/,h*sin(t)+screenHeight/);
glEnd();
glFlush();
} void myInit(void)
{
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0); //background color
glColor3f(0.0f,0.2f,0.6f); //point color
glPointSize(3.0);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(0.0,,0.0,);
}
int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glutInitWindowPosition(,);
glutInitWindowSize(,);
glutCreateWindow("画椭圆");
glutDisplayFunc(mydisplay);
myInit();
glutMainLoop();
return ;
}

执行结果

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3.5.5   画图

//3.4.3  圆外切   给定一个两个圆心  和两个圆的交点    画两个圆和一条切线

#include <windows.h>
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <math.h> using namespace std; const double screenWidth=;
const double screenHeight=;
int w=;//位移
int h=;
const float f=h/w;
double d=0.5;
double t=d*f; const double pi=3.141592;
const int n=;
const float color1[]={1.0,1.0,1.0};
const float color2[]={0.0,0.0,0.0};
void drawEllipse(int w,int h,const float * clr)//画圆并填充
{
if(w!=h)
{
glBegin(GL_POINTS);
for(;w>&&h>;w-=d,h-=t)
{
glColor3f(clr[],clr[],clr[]);
for(double t=0.0;t<*pi;t+=*pi/n)
glVertex2d(w*cos(t)+screenWidth/,h*sin(t)+screenHeight/);
}
glEnd();
} if(w==h)
{
glBegin(GL_POINTS);
for(;w>&&h>;w-=d)
{
glColor3f(clr[],clr[],clr[]);
for(double t=0.0;t<*pi;t+=*pi/n)
glVertex2d(w*cos(t)+screenWidth/,w*sin(t)+screenHeight/);
}
glEnd();
}
}
void mydisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
drawEllipse(w,h,color2);
drawEllipse(h-,h-,color1);
drawEllipse(h-,h-,color2);
drawEllipse(h-,h-,color1);
glFlush();
} void myInit(void)
{
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0); //background color
glPointSize(3.0);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(0.0,,0.0,);
}
int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glutInitWindowPosition(,);
glutInitWindowSize(,);
glutCreateWindow("画椭圆");
myInit();
glutDisplayFunc(mydisplay);
glutMainLoop();
return ;
}

执行结果

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 3.5.3极坐标形式

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用来表示和绘制一些有趣曲线

极坐标画圆

//3.4.3  圆外切   给定一个两个圆心  和两个圆的交点    画两个圆和一条切线

#include <windows.h>
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glut.h>
#include <iostream>
#include <math.h> using namespace std; const double screenWidth=;
const double screenHeight=;
double pi=3.1415926; void drawEllipse(double k)//极坐标画圆
{
double theta=;
glBegin(GL_POINTS);
for(;theta<=*pi;theta+=0.01)
{
glVertex2d(k*cos(theta)+screenWidth/,k*sin(theta)+screenHeight/);
}
glEnd();
}
void mydisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
drawEllipse();
glFlush();
} void myInit(void)
{
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0); //background color
glPointSize(3.0);
glColor3f(1.0,0.0,0.0);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluOrtho2D(0.0,,0.0,);
}
int main(int argc,char ** argv)
{
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB);
glutInitWindowPosition(,);
glutInitWindowSize(,);
glutCreateWindow("极坐标画圆");
glutDisplayFunc(mydisplay);
myInit();
glutMainLoop();
return ;
}

执行结果

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极坐标画心形

替换上面的函数代码段

void drawEllipse(double k)//极坐标画圆
{
double theta=;
glBegin(GL_POINTS);
for(;theta<=*pi;theta+=0.01)
{
double f=k*(+cos(theta));
glVertex2d(f*cos(theta)+screenWidth/,f*sin(theta)+screenHeight/);
}
glEnd();
}

执行结果

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玫瑰曲线   图3.45

代码段替换

void drawEllipse(double k,int n)//极坐标画圆   n为花瓣
{
double theta=;
glBegin(GL_LINES);
for(;theta<=*pi;theta+=0.00001)
{
double f=k*cos(n*theta);
glVertex2d(f*cos(theta)+screenWidth/,f*sin(theta)+screenHeight/);
glVertex2d(f*cos(theta+0.00001)+screenWidth/,f*sin(theta+0.01)+screenHeight/);
}
glEnd();
}
void mydisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
drawEllipse(,);
glFlush();
}

执行结果

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阿基米德螺旋线

替换代码段

void drawEllipse(double k,int n)//极坐标画圆   n为圈数
{
double theta=;
glBegin(GL_POINTS);
for(;theta<=n*pi;theta+=0.01)
{
double f=k*theta;
glVertex2d(f*cos(theta)+screenWidth/,f*sin(theta)+screenHeight/);
}
glEnd();
}

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以上各类函数如下:

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圆锥曲线代码

void drawEllipse(double e)//极坐标画圆   n为圈数
{
double theta=;
glBegin(GL_POINTS);
for(;theta<=*pi;theta+=0.0001)
{
double f1=/(-e*cos(theta));
//double f2=1/(1+e*cos(theta));
glVertex2d(f1*cos(theta)+screenWidth/,f1*sin(theta)+screenHeight/);
//glVertex2d(f2*cos(theta)+screenWidth/2,f2*sin(theta)+screenHeight/2);
}
glEnd();
}

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对数螺旋线

void drawEllipse(double e)//极坐标画圆   n为圈数    调用时  e的值需要大于1
{
double theta=;
double k=0.8;
double a=0.6;
glBegin(GL_POINTS);
for(;theta<=*pi;theta+=0.01)
{
double f1=k*pow(e,a*theta);//e的a*theta次幂
//double f2=1/(1+e*cos(theta));
glVertex2d(f1*cos(theta)+screenWidth/,f1*sin(theta)+screenHeight/);
//glVertex2d(f2*cos(theta)+screenWidth/2,f2*sin(theta)+screenHeight/2);
}
glEnd();
}

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双曲线

void drawEllipse(double e,double p)//极坐标画圆   n为圈数                                   e大于1
{
double theta=; glBegin(GL_POINTS);
for(;theta<=*pi;theta+=0.001)
{
double f1=e*p/(-e*cos(theta));//圆锥曲线通用方程 p为焦点到准线的距离 f1表示数学中极坐标的径向距离
glVertex2d(f1*cos(theta)+screenWidth/,f1*sin(theta)+screenHeight/);
}
glEnd();
glBegin(GL_LINES); //x轴
glVertex2d(,);
glVertex2d(,);
glEnd();
glBegin(GL_LINES); //y轴
glVertex2d(,);
glVertex2d(,);
glEnd();
}

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由上例可知  双曲线的右焦点为极坐标系的极点   用到的公式如下

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同理可得椭圆的极坐标画图代码及图像

void drawEllipse(double e,double p)//极坐标画圆   n为圈数     e小于1
{
double theta=; glBegin(GL_POINTS);
for(;theta<=*pi;theta+=0.001)
{
double f1=e*p/(-e*cos(theta));//圆锥曲线通用方程 p为焦点到准线的距离 f1表示数学中极坐标的径向距离
glVertex2d(f1*cos(theta)+screenWidth/,f1*sin(theta)+screenHeight/);
}
glEnd();
glBegin(GL_LINES); //x轴
glVertex2d(,);
glVertex2d(,);
glEnd();
glBegin(GL_LINES); //y轴
glVertex2d(,);
glVertex2d(,);
glEnd();
}

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可以看出 椭圆的左焦点为  极坐标的极点

同理上面代码中e=1时   是抛物线    开口向右   极点为焦点

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