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1、毕业设计（论文）光栅图形学教学演示系统的设计与实现学 院专 业班 级学 号姓 名指导教师负责教师摘 要计算机图形学是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。由于计算机图形学技术本身的长足进步及其应用的日益广泛，计算机图形学已成为计算机科学技术与其他应用学科之间的一个桥梁，也已成为许多本科生专业的必修课之一。本文实现了一个光栅图形学教学演示系统，该系统在Windows XP平台下实现，采用Visual C+ 6.0作为编程工具。本文对光栅图形学教学演示系统进行了详细分析，确定了相应的结构和主要功能，以及实际开发中所采取的技术。教学演示系统能够形象的展示各种算法的工作过
2、程，如直线扫描转换算法、圆弧的扫描转换算法、多边形的扫描转换、区域填充、直线和多边形的裁减算法以及曲线、曲面的生成算法等。该系统操作简洁，能够在模拟的光栅区域上按照算法的原理将图形的光栅化过程展示出来，便于老师在教学中更形象的展示各种算法的工作过程，也便于学生在学习过程中能够更好的理解基本图形生成算法。同时，本文也介绍了系统开发设计的全过程，对算法原理做了详细的阐述，也对系统的功能进行了测试。本系统实现了大部分的基本图形生成算法，可以应用于计算机图形学的教学中，以达到提高教学质量的目的。关键词：计算机图形学；光栅；教学；基本图形生成算法Design and implementation of
3、raster graphics teaching demonstration system AbstractComputer Graphics is a science which translates two-dimensional or three-dimensional computer graphics into the display grid in mathematical algorithm. As the remarkable progress and the widespread application of computer graphics, it has become
4、a bridge between the computer science and other application disciplines, and it is one of the required courses of many undergraduate professionals.This paper implements a raster graphics teaching demonstration system, which under the Windows XP platform and Visual C + + 6.0. This paper analyzes the
5、system in detail, and determines the appropriate structure and main functions, as well as the technology adopted in actual development. The teaching demonstration system can show the visual working process of various algorithms, such as the line scan conversion algorithm, the arc scan conversion alg
6、orithms, the polygon scan conversion algorithms, the area fill algorithms, the line and polygon reduction algorithm and curve, surface generation algorithm. The system operation is simple and can display the raster process in the simulate raster area in accordance with the principles of these algori
7、thms, which not only can more vivid display the working process of various algorithms in teaching, but also could facilitate students to better understand the basic pattern generation algorithm in the learning process. Meanwhile, this paper describes the whole process of system development and desig
8、n. It does a detail expression of the algorithm principle and tests the function of the system. The system implements most of the basic pattern generation algorithms, and it could be applied in the teaching of computer graphics to improve the quality of teaching.Keywords: computer graphics; raster;
9、teaching; basic pattern generation algorithm目 录1 绪 论11.1 计算机图形学的重要性11.2 计算机图形学的发展情况21.2.1 AutoCAD概述21.2.2 计算机美术与设计31.2.3 计算机动画艺术41.2.4 科学计算可视化41.2.5 虚拟现实51.3 课题的研究意义62 需求分析72.1 光栅图形学概述72.2 任务概述72.3 任务分析72.3.1 直线扫面转换算法82.3.2 圆弧的扫描转换算法82.3.3 多边形的扫描转换与区域填充82.3.4 直线和多边形的裁减算法92.3.5 曲线与曲面的生成算法93 系统详细设计103
10、.1 总体设计103.2 界面设计113.2.1 窗口的设计123.2.2 菜单的设计123.3 直线模块设计133.3.1 数值微分（DDA）法133.3.2 中点画线法143.3.3 Bresenham算法163.4 圆形模块设计183.4.1 中点画圆法183.5 区域填充模块设计193.5.1 区域填充的递归算法和扫描线算法203.6 裁剪图形模块设计223.6.1 直线段裁剪223.6.2 多边形裁剪253.7 曲线曲面模块设计263.7.1 Bezier曲线263.7.2 Bezier曲面283.8 小结294 系统实现和测试304.1 实验环境304.2 运行结果30参考文献34
11、致 谢35IV毕业设计（论文）1 绪 论随着网络和多媒体技术的发展和应用，计算机图形学成为当代几乎所有科学和工程技术领域用来加强信息理解和传递的技术和工具。计算机图形学的硬件和软件应用本身已发展成为一个巨大的产业，有着广泛的发展前景，必将在人们的生活中起着越来越重要的作用。因此，计算机图形学的应用是重要的研究内容。1.1 计算机图形学的重要性计算机图形学是利用计算机研究图形的表示、生成、处理，显示的一门重要的计算机学科分支。经过30多年的发展，计算机图形学已成为计算机科学中最为活跃的分支之一，并得到广泛的应用。1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学院（MIT）旋风一号（Whirlwin
12、d）计算机的附件诞生。该显示器用一个类似示波器的阴极射线管（CRT）来显示一些简单的图形。在整个50年代，只有电子管计算机，用机器语言编程，主要应用于科学计算，为这些计算机配置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形学处于准备和酝酿时期，并称之为：“被动式”图形学。1963年，伊凡苏泽兰(Ivan Sutherland)在麻省理工学院发表了名为画板的博士论文，它标志着计算机图形学的正式诞生。至今已有三十多年的历史。此前的计算机主要是符号处理系统，自从有了计算机图形学，计算机可以部分地表现人的右脑功能了，所以计算机图形学的建立具有重要的意义。计算机图形学的研究内容非常广泛，如图形硬件、图形标准、图形
13、交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法、非真实感绘制，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。随着网络和多媒体技术的发展和应用，体现在应用软件中的是一些更具有“现代感”的应用，例如，支持各种常用图形、RAW原始图片、Flash动画的快速浏览、编辑、保存、导入、导出，甚至还可以提供一些趣味涂鸦、字符素描之类的应用，以体现人的个性。图形与图像处理是计算机最早应用的领域之一，从简单的图形显示到复杂的图像分析、模式识别，使得图形与图像处理技术不断走向成熟，也涌现出了大量的软件。例如，ACDSee、PhotoShop、CorelDraw等，这些软件
14、提供了一般显示、特殊显示、特技处理等大量复杂的功能。图形处理技术得益于图形学的发展，而从目的上可以将图像处理技术分为两类，分别是图像识别技术和图像处理技术。针对图像处理技术，可以是旋转、亮度、对比度、饱和度、RGB调节、调节图像尺寸等属性方面的处理技术和添加文字、图像增强、弱化、水印、特效、镂空等处理方法。甚至为了达到更精微的处理效果，这些软件还使用了图层。随着计算机系统的硬件、软件的迅速发展，计算机已经具有强大的图形处理功能，目前计算机图形学已无所不在，从CAD设计到广告设计、从影视娱乐到计算机动画，都使人们感受到计算机图形技术独特的魅力。同时，由于计算机图形学技术本身的长足进步及其应用的日
15、益广泛，计算机图形学已成为计算机科学技术与其他应用学科之间的一个桥梁，也成为许多本科生专业的必修课程之一。1.2 计算机图形学的发展情况计算机促进高科技技术不断发展，计算机图形学成为当代几乎所有科学和工程技术领域用来加强信息理解和传递的技术和工具。近年来，计算机图形学在如下几方面有了长足的进展。1.2.1 AutoCAD概述CAD 的发展也显现出智能化的趋势，就目前流行的大多数CAD软件来看，主要功能是支持产品的后续阶段一一工程图的绘制和输出，产品设计功能相对薄弱，利用AutoCAD 最常用的功能还是交互式绘图，如果要想进行产品设计，最基本的是要其中的AutoLisp语言编写程序，有时还要用其他高级语言协助编写，很不方便。而新一代的智能CAD系统可以实现从概念设计到结构设计的全过程。例如，德国西门子公司开发的Sigraph Design软件可以实现如下功能：从一开始就可以用计算机设计草图，不必耗时费力的输入精确的坐标点，能随心所欲的修改，一旦结构确定，给出正确的尺寸即得到满意的图纸；这个软件中具有关系数据结构，当你改变图纸的局部，相关部分自动变化，在一个视图上的修改，其他视图自动修改，甚至改变一个零件图，相关的其它零件图以及装配图的相关部分自动修改
