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。
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
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。
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
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：
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
裁减图片的某部分
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：
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：
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：
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
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
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
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
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。
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。
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
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
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
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
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
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
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 ;
}
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 ;
}
3.4.3 绘制圆与圆弧
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 ;
}
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：
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
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
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
3.5.3极坐标形式
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
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
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
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();
}
以上各类函数如下：
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();
}
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();
}
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();
}
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
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();
}
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
