Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Запорізька державна інженерна академія

Факультет інформаційних та електронних технологій

Кафедра програмного забезпечення автоматизованих систем

Контрольна рoбота

Предмет: Компьютерная графіка

Тема: Алгоритми растрової графіки

Виконав студент групы СП-09-1з Скрипко О.Я.

Перевірив: Заяц В.І.

Запоріжжя 2014г.



Завдання 1

растровий сплайн сканування

Растрове розгорнення ліній

Реалізувати на вибір один з наступних алгоритмів

алгоритм Брезенхэма побудови відрізка з довільним кутовим коефіцієнтом розташованого в будь-якому чотирьох квадрантів;

алгоритм Брезенхэма побудови кола;

побудувати довільну криву, задану як таблиця, на множині не рівновіддалених вузлів за допомогою сплайнів, що згладжують.

Виконання завдання 1

#include <windows.h>

#include "draw.h"

const double PI = 3.141592653;

LRESULT CALLBACK WndProc(HWND, UINT, WPARAM, LPARAM);

char szClassName[] = "CG_DDA_Fixed";

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow)

{

HWND hWnd;

MSG lpMsg;

WNDCLASS wc;

// Заполняем структуру класса окна

wc.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;

wc.lpfnWndProc = WndProc;

wc.cbClsExtra = 0;

wc.cbWndExtra = 0;

wc.hInstance = hInstance;

wc.hIcon = NULL;

wc.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);

wc.hbrBackground = (HBRUSH)GetStockObject(WHITE_BRUSH);

wc.lpszMenuName = NULL;

wc.lpszClassName = szClassName;

// Регистрируем класс окна

if (!RegisterClass(&wc))

{

MessageBox(NULL, "Cannot register class", "Error", MB_OK);

return 0;

}

// Создаем основное окно приложения

hWnd = CreateWindow(

szClassName, // Имя класса

"Алгоритм Брезенхэма", // Текст заголовка

WS_OVERLAPPEDWINDOW, // Стиль окна

50, 50, // Позиция левого верхнего угла

600, 500, // Ширина и высота окна

(HWND)NULL, // Указатель на родительское окно NULL

(HMENU)NULL, // Используется меню класса окна

(HINSTANCE)hInstance, // Указатель на текущее приложение

NULL); // Передается в качестве lParam в событие WM_CREATE

if (!hWnd)

{

MessageBox(NULL, "Не удается создать главное окно!", "Ошибка", MB_OK);

return 0;

}

// Показываем наше окно

ShowWindow(hWnd, nCmdShow);

UpdateWindow(hWnd);

// Выполняем цикл обработки сообщений до закрытия приложения

while (GetMessage(&lpMsg, NULL, 0, 0)) {

TranslateMessage(&lpMsg);

DispatchMessage(&lpMsg);

}

return (lpMsg.wParam);

}

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

LRESULT CALLBACK WndProc(HWND hWnd, UINT messg, WPARAM wParam, LPARAM lParam)

{

PAINTSTRUCT ps;

RECT Rect ;

HDC hdc, hCmpDC;

HBITMAP hBmp;

static int x1, y1, x2, y2;

static bool draw_line = false;

switch (messg)

{

case WM_PAINT:

GetClientRect(hWnd, &Rect);

hdc = BeginPaint(hWnd, &ps);

// Создание нового контекста для двойной буфферизации

hCmpDC = CreateCompatibleDC(hdc);

hBmp = CreateCompatibleBitmap(hdc, Rect.right - Rect.left,

Rect.bottom - Rect.top);

SelectObject(hCmpDC, hBmp);

// Закраска фоновым цветом

LOGBRUSH br;

br.lbStyle = BS_SOLID;

br.lbColor = 0xE1E4E7;

HBRUSH brush;

brush = CreateBrushIndirect(&br);

FillRect(hCmpDC, &Rect, brush);

DeleteObject(brush);

// Рисование

if (draw_line)

{

line(hCmpDC, x1, y1, x2, y2);

}

// Вывод на экран

SetStretchBltMode(hdc, COLORONCOLOR);

BitBlt(hdc, 0, 0, Rect.right - Rect.left, Rect.bottom - Rect.top,//hdc, 0, 0,...

hCmpDC, 0, 0, SRCCOPY);//hCmpDC, 0, 0

DeleteDC(hCmpDC);

DeleteObject(hBmp);

hCmpDC = NULL;

EndPaint(hWnd, &ps);

break;

case WM_LBUTTONDOWN:

x1 = LOWORD(lParam);

y1 = HIWORD(lParam);

draw_line = false;

InvalidateRect(hWnd, NULL, FALSE);

break;

case WM_MOUSEMOVE:

if (UINT(wParam) & MK_LBUTTON) {

x2 = LOWORD(lParam);

y2 = HIWORD(lParam);

draw_line = true;

InvalidateRect(hWnd, NULL, FALSE);

}

break;

case WM_LBUTTONUP:

draw_line = true;

break;

case WM_DESTROY:

PostQuitMessage(0);

break;

default:

return (DefWindowProc(hWnd, messg, wParam, lParam));

}

return (0);

}

Скріншоти завдання 1

Завдання 2

Растрове розгорнення двовимірних областей

Зафарбувати внутрішню область довільного неопуклого багатокутника за допомогою методу сканування зі списком активних ребер.

Виконання завдання 2

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.ComponentModel;

using System.Data;

using System.Drawing;

using System.Drawing.Imaging;

using System.Linq;

using System.Runtime.InteropServices;

using System.Text;

using System.Threading.Tasks;

using System.Windows.Forms;

namespace ZacraskaFigure2D

{

public partial class Form1 : Form

{

public Form1()

{

InitializeComponent();

}

private void Form1_Paint(object sender, PaintEventArgs e)

{

}

void PictureFill(Bitmap bitmap, int x, int y, Color color)

{

BitmapData data = bitmap.LockBits(

new Rectangle(0, 0, bitmap.Width, bitmap.Height),

ImageLockMode.ReadWrite, PixelFormat.Format32bppArgb);

int[] bits = new int[data.Stride / 4 * data.Height];

Marshal.Copy(data.Scan0, bits, 0, bits.Length);

LinkedList<Point> check = new LinkedList<Point>();

int floodTo = color.ToArgb();

int floodFrom = bits[x + y * data.Stride / 4];

bits[x + y * data.Stride / 4] = floodTo;

if (floodFrom != floodTo)

{

check.AddLast(new Point(x, y));

while (check.Count > 0)

{

Point cur = check.First.Value;

check.RemoveFirst();

foreach (Point off in new Point[] {

new Point(0, -1), new Point(0, 1),

new Point(-1, 0), new Point(1, 0)})

{

Point next = new Point(cur.X + off.X, cur.Y + off.Y);

if (next.X >= 0 && next.Y >= 0 &&

next.X < data.Width &&

next.Y < data.Height)

{

if (bits[next.X + next.Y * data.Stride / 4] == floodFrom)

{

check.AddLast(next);

bits[next.X + next.Y * data.Stride / 4] = floodTo;

}

}

}

}

}

Marshal.Copy(bits, 0, data.Scan0, bits.Length);

bitmap.UnlockBits(data);

}

private void pictureBox1_Paint(object sender, PaintEventArgs e)

{

using (Bitmap bitmap = new Bitmap(this.Width, this.Height))

{

using (Graphics g = Graphics.FromImage(bitmap))

{

g.Clear(Color.LightGray);

List<Point> points = new List<Point>();

for (double i = 0; i < 10000; i++)

{

double dist = (i % 2 == 0) ?200: 70;

double x = 200 + Math.Cos(i / 10d * Math.PI * 2d) * dist;

double y = 200 + Math.Sin(i / 10d * Math.PI * 2d) * dist;

points.Add(new Point((int)x, (int)y));

}

g.DrawPolygon(Pens.Black, points.ToArray());

}

PictureFill(bitmap, 200,200, Color.GreenYellow);

e.Graphics.DrawImage(bitmap, 0, 0);

}

}

}

}

Скріншоти завдання 2



Завдання 3

Дротова модель опуклого багатогранника

Задати багатогранник (куб або тетраедр) координатами вершин з врахуванням належності до грані в системі світових координат

Задати вектор спостереження його початковою точкою в сферичних координатах .

За допомогою матриці видових перетворень перевести координати вершин у систему координат, зв'язану з точкою спостереження.

За допомогою проективних перетворень перейти від видових координат до системи координат екранної площини.

Виконання завдання 3

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.ComponentModel;

using System.Data;

using System.Drawing;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Threading.Tasks;

using System.Windows.Forms;

namespace CubeTrheeD3

{

public partial class Form1 : Form

{

//Начало координат:

private const double x_focus = 0;

private const double y_focus = 0;

private const double z_focus = 0;

//Сферические координаты глаза наблюдателя (точки E):

private float r_Eye;

private float phi_Eye;

private float theta_Eye;

//Переменные и матрица (как массив) MatrixProjection:

//(во всех массивах нулевые индексы не используем):

private const double pi = Math.PI;

private int Tetrahedron;

private int Cube;

private int Octahedron;

private int Dodecahedron;

private int Icosahedron_first;

private int Icosahedron_last;

private float[,] MatrixProjection = new float[5, 5];

//Для параллельного проецирования объекта на экран

//(parallel projection) задаем константу:

private const int ParallelProjection = 0;

//Для перспективного проецирования объекта на экран

//(perspective projection) задаем константу:

private const int PerspectiveProjection = 1;

//Объявляем массив Lines структуры Line, оператором new

//создаем массив из 100 элементов и инициализируем его,

//т.е всем элементам этого массива присваиваем значение null:

public Line[] Lines = new Line[100];

//Объявляем и инициализируем переменную для индекса массива:

public int NumLines = 0;

public Form1()

{

InitializeComponent();

}

private void btnPlay_Click(object sender, EventArgs e)

{

//Вызываем метод для перспективного проецирования,

Projection(ref MatrixProjection, PerspectiveProjection,

r_Eye, phi_Eye, theta_Eye,

(float)x_focus, (float)y_focus, (float)z_focus, 0, 1, 0);

//Рассчитываем параметры геометрического тела:

СalculateParameters();

//Связываем элемент PictureBox1 с классом Bitmap:

pictureBox1.Image = new Bitmap(pictureBox1.Width,

pictureBox1.Height);

//Проектируем и в PictureBox рисуем выбранное нами тело:

Designing((Bitmap)pictureBox1.Image);

}

private void btnClose_Click(object sender, EventArgs e)

{

Application.Exit();

}

private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)

{

//Задаем координаты глаза наблюдателя, например:

r_Eye = 4;

phi_Eye = (float)(0.05 * pi);

theta_Eye = (float)(0.03 * pi);//0.03

}

protected override bool ProcessCmdKey(ref Message msg, Keys keyData)

{

//Задаем угол поворота фигуры после нажатия клавиши:

const float delta_theta = (float)pi / 50; ;

//Рассчитываем новые координаты глаза наблюдателя:

if (keyData == Keys.Left)

theta_Eye = theta_Eye - delta_theta;

if (keyData == Keys.Right)

theta_Eye = theta_Eye + delta_theta;

if (keyData == Keys.Up)

phi_Eye = phi_Eye - delta_theta;

if (keyData == Keys.Down)

phi_Eye = phi_Eye + delta_theta;

//Проектируем выбранное нами геометрическое тело:

Projection(ref MatrixProjection, PerspectiveProjection,

r_Eye, phi_Eye, theta_Eye,

(float)x_focus, (float)y_focus, (float)z_focus,

0, 1, 0);

Designing((Bitmap)pictureBox1.Image);

//В элементе PictureBox перерисовываем объект:

pictureBox1.Refresh();

return true;

}

//Проектируем и при помощи процедуры DrawSolid

private void Designing(Bitmap bmp)

{

//Создаем объект g класса Graphics:

Graphics g;

//Связываем объект g с изображением bmp:

g = Graphics.FromImage(bmp);

//Задаем белый цвет типа Window

//для элемента управления PictureBox1:

g.Clear(SystemColors.ControlLight);

//Высвобождаем ресурсы от графического объекта g:

g.Dispose();

//Преобразуем точки:

TransformAllDataFull(ref MatrixProjection);

// DrawSolid(bmp, Cube, Octahedron - 1,Color.Black, false);

DrawSolid(bmp, Octahedron, Dodecahedron - 1,Color.Blue, false);

}

//Рассчитываем параметры геометрических тел и осей:

private void СalculateParameters()

{

float theta1; float theta2;

float s1; float s2; float c1; float c2;

float S; float R; float H; float A;

float B; float C; float D; float X;

float Y; float y2; float M; float N;

//Оси координат:

DesigningLine(0, 0, 0, 0.5f, 0, 0); //Ось x.

DesigningLine(0, 0, 0, 0, 0.5f, 0); //Ось y.

DesigningLine(0, 0, 0, 0, 0, 0.5f); //Ось z.

//Октаэдр (Octahedron):

Octahedron = NumLines + 1;

DesigningLine(0, 1, 0, 1, 0, 0);

DesigningLine(0, 1, 0, -1, 0, 0);

DesigningLine(0, 1, 0, 0, 0, 1);

DesigningLine(0, 1, 0, 0, 0, -1);

DesigningLine(0, -1, 0, 1, 0, 0);

DesigningLine(0, -1, 0, -1, 0, 0);

DesigningLine(0, -1, 0, 0, 0, 1);

DesigningLine(0, -1, 0, 0, 0, -1);

DesigningLine(0, 0, 1, 1, 0, 0);

DesigningLine(0, 0, 1, -1, 0, 0);

DesigningLine(0, 0, -1, 1, 0, 0);

DesigningLine(0, 0, -1, -1, 0, 0);

}

//Объявляем структуру Line и массивы этой структуры:

public struct Line

{

//Объявляем массивы для соединения точек (points):

public float[] fr_points;

public float[] to_points;

//Массивы для соединения преобразованных точек:

//(transformed (tr) points):

public float[] fr_tr_points;

public float[] to_tr_points;

//Создаем и инициализируем массивы, т.е.

//всем пяти элементам каждого массива присваиваем 0:

public void Initialize()

{

fr_points = new float[5];

to_points = new float[5];

fr_tr_points = new float[5];

to_tr_points = new float[5];

}

}

//Проектируем линию между точками (x1,y1,z1),(x2,y2,z2):

public void DesigningLine(float x1, float y1, float z1,

float x2, float y2, float z2)

{

NumLines = NumLines + 1;

//Инициализируем и рассчитываем массив:

Lines[NumLines].Initialize();

Lines[NumLines].fr_points[1] = x1;

Lines[NumLines].fr_points[2] = y1;

Lines[NumLines].fr_points[3] = z1;

Lines[NumLines].fr_points[4] = 1;

Lines[NumLines].to_points[1] = x2;

Lines[NumLines].to_points[2] = y2;

Lines[NumLines].to_points[3] = z2;

Lines[NumLines].to_points[4] = 1;

}

//Применяем матрицу переноса (translation matrix)

//ко всем линиям, используя MatrixApplyFull.

//Преобразование не имеет 0, 0, 0, 1 в последнем столбце:

public void TransformAllDataFull(ref float[,] M)

{

TransformDataFull(ref M, 1, NumLines);

}

//Применяем матрицу переноса (translation matrix)

//ко всем выделенным линиям, используя MatrixApplyFull.

//Преобразование не имеет 0, 0, 0, 1 в последнем столбце:

public void TransformDataFull(ref float[,] M,

int line1, int line2)

{

for (int i = line1; i <= line2; i++)

{

MatrixApplyFull(ref Lines[i].fr_points, ref M,

ref Lines[i].fr_tr_points);

MatrixApplyFull(ref Lines[i].to_points, ref M,

ref Lines[i].to_tr_points);

}

}

//Рисуем выделенные преобразованные линии:

public void DrawSolid(Bitmap bmp,

int first_line, int last_line, Color color, bool clear)

{

float x1, y1, x2, y2;

Graphics g; Pen pen;

//Задаем толщину линии рисования, например, 2

//(цвет линии мы задали в процедуре Designing):

pen = new Pen(color, 2);

//Связываем объект g с изображением bmp:

g = Graphics.FromImage(bmp);

if (clear) g.Clear(System.Drawing.Color.Black);

//Рисуем линии:

for (int i = first_line; i <= last_line; i++)

{

x1 = Lines[i].fr_tr_points[1];

y1 = Lines[i].fr_tr_points[2];

x2 = Lines[i].to_tr_points[1];

y2 = Lines[i].to_tr_points[2];

//Нормализуем и рисуем многогранник:

g.DrawLine(pen,

(x1 * bmp.Width / 4) + bmp.Width / 2.0F,

bmp.Height / 2.0F - (y1 * bmp.Height / 4),

(x2 * bmp.Width / 4) + bmp.Width / 2.0F,

bmp.Height / 2.0F - (y2 * bmp.Height / 4));

}

//Высвобождаем ресурсы от объектов g и pen:

g.Dispose(); pen.Dispose();

}

//Строим единичную матрицу:

public void MatrixIdentity(ref float[,] M)

{

for (int i = 1; i <= 4; i++)

{

for (int j = 1; j <= 4; j++)

{

if (i == j) M[i, j] = 1;

else M[i, j] = 0;

}

}

}

//Строим матрицу преобразования для поворота на угол theta

public void m3LineRotate(ref float[,] M,

float p1, float p2, float p3,

float d1, float d2, float d3, float theta)

{

float[,] T = new float[5, 5]; //Перенос.

float[,] R1 = new float[5, 5]; //Вращение 1.

float[,] r2 = new float[5, 5]; //Вращение 2.

float[,] Rot3 = new float[5, 5]; //Вращение.

float[,] R2i = new float[5, 5]; //Стоп вращению 2.

float[,] R1i = new float[5, 5]; //Стоп вращению 1.

float[,] Ti = new float[5, 5]; //Стоп переносу.

float D, L;

float[,] M12 = new float[5, 5];

float[,] M34 = new float[5, 5];

float[,] M1234 = new float[5, 5];

float[,] M56 = new float[5, 5];

float[,] M567 = new float[5, 5];

//Переносим плоскость к началу координат:

MatrixTranslate(ref T, -p1, -p2, -p3);

MatrixTranslate(ref Ti, p1, p2, p3);

//Вращаем вокруг оси z,

//пока линия не окажется в y-z плоскости:

MatrixIdentity(ref R1);

D = (float)Math.Sqrt(d1 * d1 + d2 * d2);

R1[1, 1] = d2 / D; R1[1, 2] = d1 / D;

R1[2, 1] = -R1[1, 2]; R1[2, 2] = R1[1, 1];

MatrixIdentity(ref R1i);

R1i[1, 1] = R1[1, 1]; R1i[1, 2] = -R1[1, 2];

R1i[2, 1] = -R1[2, 1]; R1i[2, 2] = R1[2, 2];

//Вращаем вокруг оси x, когда линия будет по оси y:

MatrixIdentity(ref r2);

L = (float)Math.Sqrt(d1 * d1 + d2 * d2 + d3 * d3);

r2[2, 2] = D / L; r2[2, 3] = -d3 / L;

r2[3, 2] = -r2[2, 3]; r2[3, 3] = r2[2, 2];

MatrixIdentity(ref R2i);

R2i[2, 2] = r2[2, 2]; R2i[2, 3] = -r2[2, 3];

R2i[3, 2] = -r2[3, 2]; R2i[3, 3] = r2[3, 3];

//Вращаем вокруг линии (оси y):

MatrixYRotate(ref Rot3, theta);

//Комбинируем матрицы:

m3MatMultiply(ref M12, ref T, ref R1);

m3MatMultiply(ref M34, ref r2, ref Rot3);

m3MatMultiply(ref M1234, ref M12, ref M34);

m3MatMultiply(ref M56, ref R2i, ref R1i);

m3MatMultiply(ref M567, ref M56, ref Ti);

m3MatMultiply(ref M, ref M1234, ref M567);

}

}

Скріншоти завдання 3

Размещено на Allbest.ru