【计算机图形学】实验一:二维图形绘制

2023-02-22 195

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简介： 【计算机图形学】实验一:二维图形绘制

1. 实验内容

1.绘制金刚石图案

金刚石图案的成图规则是：把一个圆周等分成n nn份，然后每两点之间连线。当n nn取奇数时，该图案可一笔连续绘成，即用MoveTo函数确定一个当前点，然后连续用LineTo函数连点成线。

请设计连线规则并编程实现。

2.绘制魔术三角形

绘制下图所示的魔术三角形图案，采用三种可明显区分的颜色填充。

3.绘制递归圆

应用递归的方法绘制如下所示的图案。

2. 实验环境

Visual Studio 2019

图形学实验程序框架

Windows11系统

3. 问题分析

3.1问题1

3.2问题2

对于问题2，可以预先处理出12个点位的坐标。点位标号如下：

初始时，设0点的坐标为( 400 , 800 ) (400,800)(400,800)，长边长度500，短边长度100.则各个点坐标如下表所示：

点位编号	x xx坐标	y yy坐标	所属区域	点位编号	x xx坐标	y yy坐标	所属区域
0	400	800	红区	6	750	713	红区、紫区
1	900	800	红区、黄区	7	700	454	红区、黄区
2	950	713	黄区	8	500	627	紫区、黄区
3	700	281	黄区、紫区	9	700	627	紫区
4	600	281	紫区	10	650	541	红区
5	350	713	红区、紫区	11	600	627	黄区

创建三个多边形，每个多边形表示魔术三角形的一个同色区域。多边形1按顺序将点0、点1、点7、点10、点6、点5连接。多边形2按顺序将点1、点2、点3、点8、点7、点11连接。多边形3将点3、点4、点5、点6、点9、点8连接。

为了实现变色的效果，每次都需要将每一个多边形重新赋值颜色并重新上色。在选取颜色时，选择使用随机的颜色。

3.3问题3

4. 算法设计

4.1问题1

4.2问题2

正如章节3.2分析，算法的流程如下：

1.计算各个点位坐标，确定魔术三角形每个部分用到了哪些模块。

2.每隔一段时间给三个部分的颜色重新绘制上色，颜色为随机颜色。这一过程不断地循环进行。

4.3问题3

正如3.3所分析，算法的流程如下：

先创建pDC对象和画笔，然后递归地调用函数。在函数体内，先判断递归深度。若递归深度<=0，则退出，返回上一层。若递归深度>0，则找到递归圆圆心的坐标与半径，根据当前圆心与半径画出当前圆。再找到当前圆附属的8个小圆的坐标，递归地画小圆。小圆的半径为大圆的1/4，小圆的递归层数为大圆的递归层数-1。在画完所有圆后，算法结束。

5. 源代码

5.1金刚石

void CDiamondView::DrawDiamond(int nVertex, int radius,int millisecond){
  InvalidateRect(NULL);//强制清屏
  UpdateWindow();
  struct Point {
    double x, y;
  };
  Point* pnt = new Point[nVertex];
  const double PI = 3.14159265;
  CDC* pDC = GetDC();
  CRect rgn;
  GetClientRect(&rgn);
  CBrush newBrush;
  newBrush.CreateSolidBrush(RGB(255, 255, 255));
  pDC->FillRect(&rgn, &newBrush);
  CPen redPen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 255));
  CPen* OldPen = pDC->SelectObject(&redPen);
  double theta = 2 * PI / nVertex;
  for (int i = 0; i < nVertex; i++) {
    pnt[i].x = radius * cos(i * theta) + MaxX() / 2;
    pnt[i].y = radius * sin(i * theta) + MaxY() / 2;
  }
  int pos = 0;
  if (nVertex % 2 == 1) {
    for (int loop = 0; loop < nVertex; loop++) {
      for (int interv = 0; interv <= nVertex / 2 - 1; interv++) {//间隔的点的数量
        int nextpos = (pos + 1 + interv) % nVertex;
        pDC->MoveTo(round(pnt[pos].x), round(pnt[pos].y));
        pDC->LineTo(round(pnt[nextpos].x), round(pnt[nextpos].y));
        pos = nextpos;
        Sleep(millisecond);
      }
    }
  }
  else {
    for (int i = 0; i < nVertex-1; i++) {
      for (int j = i + 1; j < nVertex; j++) {
        pDC->MoveTo(round(pnt[i].x), round(pnt[i].y));
        pDC->LineTo(round(pnt[j].x), round(pnt[j].y));
        Sleep(millisecond);
      }
    }
  }
  pDC->SelectObject(OldPen);
}

5.2魔术三角形

//绘制魔术三角
void CDiamondView::DrawTriangle(){
  InvalidateRect(NULL);//强制清屏
  UpdateWindow();
  CDC* pDC = GetDC();
  CRect rect;
  GetClientRect(&rect);
  CBrush br(RGB(0, 0, 0));
  pDC->FillRect(&rect, &br);//设置背景为黑
  CBrush newBrush, * oldBrush;
  POINT vertex[12] =
  { {400,800},
    {900,800},
    {950,713},
    {700,281},
    {600,281},
    {350,713},
    {750,713},
    {700,454},
    {500,627},
    {700,627},
    {650,541},
    {600,627} };
  POINT vertex1[6] = { vertex[0],vertex[1],vertex[7],vertex[10],vertex[6],vertex[5] };
  POINT vertex2[6] = { vertex[1],vertex[2],vertex[3],vertex[8],vertex[11],vertex[7] };
  POINT vertex3[6] = { vertex[3],vertex[4],vertex[5],vertex[6],vertex[9],vertex[8] };
  int t = 600;
  while (t--) {
    //第一个填充
    {
      CDC* pDC = GetDC();
      CBrush newBrush, * oldBrush;
      newBrush.CreateSolidBrush(RGB(rand() % 256, rand() % 256, rand() % 256));
      oldBrush = pDC->SelectObject(&newBrush);
      pDC->SetPolyFillMode(WINDING);
      pDC->Polygon(vertex1, 6);
      pDC->SelectObject(oldBrush);
      newBrush.DeleteObject();
    }
    //第二个填充
    {
      CDC* pDC = GetDC();
      CBrush newBrush, * oldBrush;
      newBrush.CreateSolidBrush(RGB(rand() % 256, rand() % 256, rand() % 256));
      oldBrush = pDC->SelectObject(&newBrush);
      pDC->SetPolyFillMode(WINDING);
      pDC->Polygon(vertex2, 6);
      pDC->SelectObject(oldBrush);
      newBrush.DeleteObject();
    }
    //第三个填充
    {
      CDC* pDC = GetDC();
      CBrush newBrush, * oldBrush;
      newBrush.CreateSolidBrush(RGB(rand() % 256, rand() % 256, rand() % 256));
      oldBrush = pDC->SelectObject(&newBrush);
      pDC->SetPolyFillMode(WINDING);
      pDC->Polygon(vertex3, 6);
      pDC->SelectObject(oldBrush);
      newBrush.DeleteObject();
    }
    Sleep(100);
  }
}

5.3 递归圆

//绘制递归圆
//nDepth:递归深度
void circle(int n, double r, double x0, double y0, CDC* pDC) {
  if (n == 0) 
    return;
  const double PI = 3.14159;
  double theta = 2*PI/8;
  double x, y;
  for (int i = 0; i < 8; i++)
  {
    x = 2 * r * cos(i * theta) + x0;
    y = 2 * r * sin(i * theta) + y0;
    CPen newPen, * oldPen;
    newPen.CreatePen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 0));
    oldPen = pDC->SelectObject(&newPen);
    CRect rect1(x - 0.25 * r, y - 0.25 * r, x + 0.25 * r, y + 0.25 * r);
    circle(n - 1, 0.25 * r, x, y, pDC);
    pDC->Ellipse(&rect1);
  }
}
//绘制递归圆主函数
//nDepth:递归深度
void CDiamondView::DrawRecursionCircle(int nDepth)
{
  InvalidateRect(NULL);//强制清屏
  UpdateWindow();
  if (nDepth == 0) 
    return;
  int x0 = MaxX()/2, y0 =MaxY()/2;//圆心
  int r = 160;//半径
  const double PI = 3.14159;
  CDC* pDC = GetDC();
  CPen newPen, * oldPen;
  newPen.CreatePen(PS_SOLID, 1, RGB(0, 0, 0));
  oldPen = pDC->SelectObject(&newPen);
  CRect rect(x0 - r, y0 - r, x0 + r, y0 + r);
  pDC->Ellipse(&rect);
  circle(nDepth, r, x0, y0, pDC);
}