计算机图形学 实验1 《实验环境配置和基本图元绘制》

一、实验目的

配置基本实验环境、安装软件包、建立工程和绘制基本图元，要求学会点、线、三角形、四边形的绘制方法，学会消息传递和响应机制，用一个实例完成上述要求。

二、实验内容

1、配置OpenGL绘图环境；
2、绘制点、线、三角形、四边形等基本图元。

三、实验方法

以Visual Studio 2019为开发环境，合理配置第三方glut相关文件（部署glut头文件、glut动态链接库、glut.lib类型库），并且使用OpenGL的基本绘制模式（包括GL_LINES、GL_POINTS、GL_TRIANGLES、GL_QUADS等）进行基本图形的绘制。

四、实验步骤

1、配置OpenGL绘图环境
① 选择Visual Studio 2019为开发环境，获取glut相关文件（这里用的是老师给的，也可以在官网下载glut压缩包），包括glut.h、glut.dll、glut32.dll、glut32.lib四个文件；
② 将glut.h拷贝进VS安装目录下的include\GL文件夹内，这里笔者的路径是
D:\Tools\Visual Studio 2019\VS IDE\VC\Tools\MSVC\14.28.29333\include\GL；

③ 将glut.lib拷贝进VS安装目录下lib\x86文件夹内，这里笔者的路径是
D:\Tools\Visual Studio 2019\VS IDE\VC\Tools\MSVC\14.28.29333\lib\x86；

④ 将两个.dll文件（glut.dll、glut32.dll）拷贝进系统目录，基于自己的系统是64位的windows10，将这两个动态链接库文件同时拷贝进C:\Windows\System32目录和 C:\Windows\SysWOW64目录，到此所有配置基本完成；
⑤ 进行配置试验，在VS 2019内新建一个空项目，向项目内添加一个测试用的源文件并运行，这里注意到windows环境下有时包含Windows.h头文件是有必要的，不然可能运行失败。

2、绘制点、线、三角形、四边形等基本图元。
① 将上述新建的工程中添加的文件设置从生成中排除以免多个main函数导致出错；
② 工程内新建一个空白源文件，包含必要的头文件如Windows.h、GL\glut.h等并写出main函数；
③ 搭好main函数和展示函数的框架，即在main函数中添加绘制必备的几个基本步骤，包括初始化函数glutInit()、绘制模式选择函数glutInitDisplayMode()、窗体大小设置函数glutInitWindowSize()、创建窗口函数glutCreateWindow()、注册函数glutDisplayFunc()、消息循环函数glutMainLoop()等，并且写出display函数（即等待被注册的函数）；
④ 在display函数中进行绘制，display函数中可以进行多次绘制（主要是更改缓冲区内容），最后使用glFlush函数将缓冲区的内容刷新到屏幕上进行显示即可。其中每次绘制的基本步骤是先通过glBegin()函数的参数确定绘制的基本图元类型，在glBegin()、glEnd()函数包含的代码段内，使用glVertex2d确定图形的基本要素（由于这里主要是点、线、三角形和四边形，所以只需确定其顶点或者起始终止位置点即可）；
⑤ 最后将完成的display函数通过注册函数glutDisplayFunc(display)进行注册，将几何形状画进画布（重绘消息），运行程序检验结果。

五、实验结果

实验输出图（文字部分是解释）：

六、实验结论

在没有显式地进行设置的情况下，glVertex2d(x, y)函数的参考坐标位于窗口正中央；OpenGL glut默认的窗口显示范围只有[-1,1]；图形绘制的颜色（前景色）、直线的绘制类型等具有延迟性，即更改之后除非下次再更改或者清除效果，否则值会一直保持下去。

源码：

#include <Windows.h>
#include <GL\glut.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

void display(void) {

	glClearColor(0, 0, 0, 0);//设定清除窗口的颜色
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);//执行清除窗口的指令
	glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);//指定绘制图形的颜色(前景色)

	glLineWidth(3.0);
	glBegin(GL_LINES);
		glVertex2f(-0.5, 0.75);
		glVertex2f(0.5, 0.75);//绘制线，指定起点与终点
	glEnd();

	glEnable(GL_LINE_STIPPLE);
	glLineStipple(1, 0x00FF);//dashed
	glLineWidth(3.0);
	glBegin(GL_LINES);
		glVertex2f(-0.5, 0.65);
		glVertex2f(0.5, 0.65);//绘制线，指定起点与终点
	glEnd();

	glLineStipple(1, 0x0101);//dotted
	glLineWidth(3.0);
	glBegin(GL_LINES);
		glVertex2f(-0.5, 0.7);
		glVertex2f(0.5, 0.7);//绘制线，指定起点与终点
	glEnd();

	
	glBegin(GL_POINTS);
		glVertex2d(-0.5, -0.5);
		glVertex2d(-0.5, 0.5);
		glVertex2d(0.5, 0.5);
		glVertex2d(0.5, -0.5);//绘制四个点
	glEnd();

	glBegin(GL_TRIANGLES);//绘制三角形，指定三个点为顶点
		glVertex2d(-0.5, 0.0);
		glVertex2d(0.0, 0.5);
		glVertex2d(0.0, 0.0);
	glEnd();

	glBegin(GL_QUADS);//绘制四边形，指定四个点为顶点
		glVertex2d(0.0, 0.0);
		glVertex2d(0.3, 0.0);
		glVertex2d(0.3, -0.3);
		glVertex2d(0.0, -0.3);
	glEnd();
	
	glFlush();//将缓冲区的内容刷新到屏幕上进行显示
}

int main(int argc, char** argv)
{
	glutInit(&argc, argv);
	glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
	glutInitWindowSize(500, 500);// 设定初始时窗口的大小
	glutInitWindowPosition(100, 100);// 设定初始时窗口的位置
	glutCreateWindow("exp1");// 创建窗口，命名为exp1
	glutDisplayFunc(display);//画图函数，将几何形状画进画布（重绘消息），同时这也是注册函数
	glutMainLoop();//进入消息循环
	return 0;
}

七、实验小结

第一方面的困难来自环境的选择与配置。因为自己之前从未用过Visual Studio的系列版本，写C++程序一般用Code::Blocks或者Dev C++，因此在实验的时候并未使用Visual Studio而是选择的Code::Blocks进行配置，并且上网查找了配置的相关资料，虽然步骤正确但是一直没有配置成功。折腾了一上午，最后自己发现网上的教程大多都是2019年以前的，找到一篇2020年的博客，博主提供的原因是2020.03版本的Code::Blocks在查找动态链接库的时候会选择性忽略GLUT.LIB文件和两个.DLL文件，所以一直无法成功运行，但是17年的版本没有这个问题。然而17年的版本不太好安装，最后干脆选择使用Visual Studio 2019并成功完成了配置。

第二方面是因为自己对OpenGL绘图的基本流程还不是很清楚。这就像我们刚开始学C++程序设计时需要学习如何写一个简单的Hello World程序一样，控制台程序有一个基本的流程（虽然后期可能不太一定按照这个流程来），OpenGL编程也是这样。在查阅了一些相关的简单绘制程序的博客之后也解决了这个问题。