CG3-v2.0-图形几何变换-计算机图形学-头歌

第1关:平移、缩放、旋转正方体

一. 任务描述
1. 本关任务
(1) 理解几何变换基本原理, 掌握平移、旋转、缩放变换的方法;
(2) 根据平移算法原理补全translation、scale、rotation_x、rotation_y和rotation_z函数;
(3) 根据几何变换基本原理,将main函数中的translation、scale、rotation_z参数补充完整。

2. 输入
(1) 代码将自动输入一个边长为1的obj正方体模型,具体模型如下图:

(2) 代码自动将模型投影到二维平面上生成一个边长为1的白色正方形,并且代码会生成红色x轴,绿色y轴,具体图片如下所示:

(3) 将立方体的顶点坐标分别向x,y,z轴正方向平移0.5个单位距离,然后绘制一个红色正方形;
(4) 将立方体的顶点坐标分别沿x,y,z轴方向缩放0.5倍,然后绘制一个绿色正方形;
(5) 将立方体的顶点坐标沿z轴逆时针方向旋转45度,然后绘制一个黄色正方形。

3. 输出
具体结果如下图所示:
 

#include <vector>
#include <cmath>
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include "model.h"
#include "geometry.h"
#include "pngimage.h"
using namespace std;
const double PI = acos(-1.0);
void line(Vec3i p0, Vec3i p1, PNGImage  &image, PNGColor color)
{
    bool steep = false;
    if (std::abs(p0.x - p1.x) < std::abs(p0.y - p1.y))
    {
        std::swap(p0.x, p0.y);
        std::swap(p1.x, p1.y);
        steep = true;
    }
    if (p0.x > p1.x)
    {
        std::swap(p0.x, p1.x);
        std::swap(p0.y, p1.y);
    }
    int dx = p1.x - p0.x;
    int dy = std::abs(p1.y - p0.y);
    int y = p0.y;
    int d = -dx;
    for (int x = p0.x; x <= p1.x; x++)
    {
        if (steep)
            image.set(y, x, color);
        else
            image.set(x, y, color);
        d = d + 2 * dy;
        if (d > 0)
        {
            y += (p1.y > p0.y ? 1 : -1);
            d = d - 2 * dx;
        }
    }
}
Matrix viewport(int x, int y, int w, int h, int depth) {
    Matrix m = Matrix::identity(4);
    m[0][3] = x + w / 2.f;
    m[1][3] = y + h / 2.f;
    m[2][3] = depth / 2.f;
    m[0][0] = w / 2.f;
    m[1][1] = h / 2.f;
    m[2][2] = depth / 2.f;
    return m;
}
Matrix translation(Vec3f v) {
    Matrix Tr = Matrix::identity(4);
    // Please add the code here
    /********** Begin ********/
    Tr[0][3] = v.x;
    Tr[1][3] = v.y;
    Tr[2][3] = v.z;
    /********** End *********/
    return Tr;
}
Matrix scale(float factorX, float factorY, float factorZ)
{
    Matrix Z = Matrix::identity(4);
    /********** Begin ********/
    Z[0][0] = factorX;
    Z[1][1] = factorY;
    Z[2][2] = factorZ;
    /********** End *********/
    return Z;
}
Matrix rotation_x(float angle)
{
    angle = angle * PI / 180;
    float sinangle = sin(angle);
    float cosangle = cos(angle);
    Matrix R = Matrix::identity(4);
    /********** Begin ********/
    R[1][1] = R[2][2] = cosangle;
    R[1][2] = -sinangle;
    R[2][1] = sinangle;
    /********** End *********/
    return R;
}
Matrix rotation_y(float angle)
{
    angle = angle * PI / 180;
    float sinangle = sin(angle);
    float cosangle = cos(angle);
    Matrix R = Matrix::identity(4);
    /********** Begin ********/
    R[0][0] = R[2][2] = cosangle;
    R[0][2] = sinangle;
    R[2][0] = -sinangle;
    /********** End *********/
    return R;
}
Matrix rotation_z(float angle) {
    angle = angle * PI / 180;
    float sinangle = sin(angle);
    float cosangle = cos(angle);
    Matrix R = Matrix::identity(4);
    /********** Begin ********/
    R[0][0] = R[1][1] = cosangle;
    R[0][1] = -sinangle;
    R[1][0] = sinangle;
    /********** End *********/
    return R;
}
int main(int argc, char** argv)
{
    const PNGColor white = PNGColor(255, 255, 255, 255);
    const PNGColor black = PNGColor(0, 0, 0, 255);
    const PNGColor red = PNGColor(255, 0, 0, 255);
    const PNGColor green = PNGColor(0, 255, 0, 255);
    const PNGColor blue = PNGColor(0, 0, 255, 255);
    const PNGColor yellow = PNGColor(255, 255, 0, 255);
    Model *model = NULL;
    const int width = 500;
    const int height = 500;
    const int depth = 255;
    //generate some image
    PNGImage image(width, height, PNGImage::RGBA); //Error when RGB because lodepng_get_raw_size_lct(w, h, colortype, bitdepth) > in.size() in encode
    image.init(black);
    model = new Model("../step3/cube.obj");
    Matrix VP = viewport(width / 4, width / 4, width / 2, height / 2, depth);
    { // draw the axes
        Vec3f x(1.f, 0.f, 0.f), y(0.f, 1.f, 0.f), o(0.f, 0.f, 0.f);
        o = VP*o;
        x = VP*x;
        y = VP*y;
        line(o, x, image, red);
        line(o, y, image, green);
    }
    for (int i = 0; i < model->nfaces(); i++) {
        std::vector<int> face = model->face(i);
        for (int j = 0; j < (int)face.size(); j++) {
            Vec3f wp0 = model->vert(face[j]);
            Vec3f wp1 = model->vert(face[(j + 1) % face.size()]);
            // draw the original model
            Vec3f op0 = VP*wp0;
            Vec3f op1 = VP*wp1;
            line(op0, op1, image, white);
            // draw the translated model
            // Please add the code here
            /********** Begin ********/
            Matrix T = translation(Vec3f(0.5, 0.5, 0.5));
            /********** End *********/
            Vec3f tp0 = VP*T*wp0;
            Vec3f tp1 = VP*T*wp1;
            line(tp0, tp1, image, red);
            // draw the scaled model
            // Please add the code here
            /********** Begin ********/            
            Matrix S = scale(0.5, 0.5, 0.5);
            /********** End
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