注：本博客實驗教程的配套教材爲《計算機圖形學》（徐文鵬編）已由機械工業出版社於2009年2月出版。
一．實驗總體方案
1．教學目標與基本要求
（1） 掌握教材所介紹的圖形算法的原理；
（2） 掌握通過具體的平臺實現圖形算法的方法，培養相應能力；
（3） 通過實驗培養具有開發一個基本圖形軟件包的能力。
2. 實驗平臺與考覈
實驗主要結合OpenGL設計程序實現各種課堂教學中講過的圖形算法爲主。程序設計語言主要以C/C++語言爲主，開發平臺爲Visual C++。同學們也可根據自己的基礎與興趣使用其他的編譯環境，如C++ Builder、Dev-C++等。
每次實驗前完成實驗報告的實驗目的、實驗內容、實驗原理、實驗代碼四部分並接受抽查，實驗完成後完成實驗結果、實驗體會兩部分，本次實驗課結束前提交。
3. 實驗步驟
(1) 預習教材與實驗指導相關的算法理論及原理；
(2) 仿照教材與實驗指導提供的算法，利用VC+OpenGL進行實現；
(3) 調試、編譯、運行程序，運行通過後，可考慮對程序進行修改或改進。
二. 實驗具體方案
實驗預備知識
OpenGL作爲當前主流的圖形API之一，它在一些場合具有比DirectX更優越的特性。
1）與C語言緊密結合：
OpenGL命令最初就是用C語言函數來進行描述的，對於學習過C語言的人來講，OpenGL是容易理解和學習的。如果你曾經接觸過TC的graphics.h，你會發現，使用OpenGL作圖甚至比TC更加簡單；
2）強大的可移植性：
微軟的Direct3D雖然也是十分優秀的圖形API，但它只用於Windows系統。而OpenGL不僅用於 Windows，還可以用於Unix/Linux等其它系統，它甚至在大型計算機、各種專業計算機（如：醫療用顯示設備）上都有應用。並且，OpenGL 的基本命令都做到了硬件無關，甚至是平臺無關；
3、高性能的圖形渲染：
OpenGL是一個工業標準，它的技術緊跟時代，現今各個顯卡廠家無一不對OpenGL提供強力支持，激烈的競爭中使得OpenGL性能一直領先。
總之，OpenGL是一個非常優秀的圖形軟件接口。OpenGL官方網站（英文）http://www.opengl.org/
下面將對Windows下的OpenGL編程進行簡單介紹。如下是學習OpenGL前的準備工作：
1．選擇一個編譯環境
現在Windows系統的主流編譯環境有Visual C++，C++ Builder，Dev-C++等，它們都是支持OpenGL的。但這裏我們選擇Visual C++ 作爲學習OpenGL的實驗環境。
2．安裝GLUT工具包
GLUT不是OpenGL所必須的，但它會給我們的學習帶來一定的方便，推薦安裝。Windows環境下的GLUT本地下載地址：glut-install.zip （大小約爲150k）
也可直接去官方網站下載:http://www.opengl.org/resources/libraries/glut/glutdlls37beta.zip
Windows環境下安裝GLUT的步驟：
1）將下載的壓縮包解壓，得到5個文件放到以下三個指定位置：
2）glut.h放到GL文件夾（VC6中一般是：C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\VC98\Include\GL，VC2005中是：C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 8\VC\Include，新建GL文件夾，再將glut.h放到GL文件夾中）。
3）glut.lib和glut32.lib放到靜態函數庫所在文件夾（VC6中一般是：C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\VC98\Lib, VC2005中是：C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 8\VC\Lib）。
4）glut.dll和glut32.dll放到操作系統目錄下面的system32文件夾內。（典型的位置爲：C:\Windows\System32，有些機器可能爲C:\WINNT\System32）
3．建立一個OpenGL工程
這裏以VC爲例：首先從開始->所有程序->Microsoft Visual C++ 6.0菜單中打開VC，也可單擊文件：C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\Visual C++6\Common\MSDev98\Bin\msdev.exe打開VC，在VC中選擇File->New->Project，然後選擇Win32 Console Application，輸入一個工程名,設爲Pixel，然後按OK。
在彈出的對話框左邊點Application Settings，選擇A Simple application並勾上，選擇Finish。
然後打開工程代碼文件:Pixel.cpp,將其內容替換爲實驗示範代碼.
實驗1 像素點的生成
1．實驗目的：
熟悉編程環境；瞭解光柵圖形顯示器的特點；瞭解計算機繪圖的特點；利用VC+OpenGL作爲開發平臺設計程序，以能夠在屏幕上生成任意一個像素點爲本實驗的結束。
2．實驗內容：
（1） 瞭解和使用VC的開發環境，理解簡單的OpenGL程序結構;
（2） 掌握OpenGL提供的基本圖形函數，尤其是生成點的函數。
3．實驗原理：
（1）基本語法
常用的程序設計語言，如C、C++、Pascal、Fortran和Java等，都支持OpenGL的開發。這裏只討論C版本下OpenGL的語法。
OpenGL基本函數均使用gl作爲函數名的前綴，如glClearColor()；實用函數則使用glu作爲函數名的前綴，如gluSphere()。OpenGL基本常量的名字以GL_開頭，如GL_LINE_LOOP；實用常量的名字以GLU_開頭，如GLU_FILL。一些函數如glColor*()（定義顏色值），函數名後可以接不同的後綴以支持不同的數據類型和格式。如glColor3b(...)、glColor3d(...)、glColor3f(...)和glColor3bv(...)等，這幾個函數在功能上是相似的，只是適用於不同的數據類型和格式，其中3表示該函數帶有三個參數，b、d、f分別表示參數的類型是字節型、雙精度浮點型和單精度浮點型，v則表示這些參數是以向量形式出現的。
OpenGL定義了一些特殊標識符，如GLfloat,GLvoid。它們其實就是C中的float和void。在gl.h文件中可以看到以下定義：
……
typedef float GLfloat;
typedef void GLvoid;
……
一些基本的數據類型都有類似的定義項。
（2）程序的基本結構
OpenGL程序的基本結構可分爲三個部分：
第一部分是初始化部分。主要是設置一些OpenGL的狀態開關，如顏色模式(RGBA或ALPHA)的選擇，是否作光照處理(若有的話，還需設置光源的特性)，深度檢驗，裁剪等等。這些狀態一般都用函數glEnable(...), glDisable(…)來設置，…表示特定的狀態。
第二部分設置觀察座標系下的取景模式和取景框位置大小。主要利用了三個函數：
函數void glViewport(left,top,right,bottom)：設置在屏幕上的窗口大小，四個參數描述屏幕窗口四個角上的座標（以象素表示）；
函數void glOrtho(left,right,bottom,top,near,far)：設置投影方式爲正交投影（平行投影），其取景體積是一個各面均爲矩形的六面體;
函數void gluPerspective(fovy,aspect,zNear,zFar)：設置投影方式爲透視投影，其取景體積是一個截頭錐體。
第三部分是OpenGL的主要部分，使用OpenGL的庫函數構造幾何物體對象的數學描述，包括點線面的位置和拓撲關係、幾何變換、光照處理等等。
以上三個部分是OpenGL程序的基本框架，即使移植到使用MFC的Windows程序中，也是如此。只是由於Windows自身有一套顯示方式，需要進行一些必要的改動以協調這兩種不同顯示方式。
（3）狀態機制
OpenGL的工作方式是一種狀態機制，它可以進行各種狀態或模式設置，這些狀態或模式在重新改變它們之前一直有效。例如，當前顏色就是一個狀態變量，在這個狀態改變之前，繪製的每個象素都將使用該顏色，直到當前顏色被設置爲其它顏色爲止。OpenGL中大量地使用了這種狀態機制，如顏色模式、投影模式、單雙顯示緩存區的設置、背景色的設置、光源的位置和特性等等。許多狀態變量可以通過glEnable()、glDisable()這兩個函數來設置成有效或無效狀態，如是否設置光照、是否進行深度檢測等；在被設置成有效狀態之後，絕大部分狀態變量都有一個缺省值。通常情況下，可以用下列四個函數來獲取某個狀態變量的值：glGetBooleanv()、glGetDouble()、glGetFloatv()和glGetIntegerv()。究竟選擇哪個函數應該根據所要獲得的返回值的數據類型來決定。還有些狀態變量有特殊的查詢函數，如glGetLight*()、glGetError()和glPolygonStipple()等。另外，使用glPushAttrib()和glPopAttrib()函數，可以存儲和恢復最近的狀態變量的值。只要有可能，都應該使用這些函數，因爲它們比其它查詢函數的效率更高。
4．實驗代碼：
一個簡單的OpenGL程序如下：（注意，如果需要編譯並運行，需要正確安裝GLUT，安裝方法如預備知識中所述）
#include <GL/glut.h>
void myDisplay(void)
{ glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glColor3f (1.0f, 1.0f, 1.0f); glRectf(-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.5f);
glBegin (GL_TRIANGLES); glColor3f (1.0f, 0.0f, 0.0f); glVertex2f (0.0f, 1.0f); glColor3f (0.0f, 1.0f, 0.0f); glVertex2f (0.8f, -0.5f); glColor3f (0.0f, 0.0f, 1.0f); glVertex2f (-0.8f, -0.5f); glEnd ();
glPointSize(3); glBegin (GL_POINTS); glColor3f (1.0f, 0.0f, 0.0f); glVertex2f (-0.4f, -0.4f); glColor3f (0.0f, 1.0f, 0.0f); glVertex2f (0.0f, 0.0f); glColor3f (0.0f, 0.0f, 1.0f); glVertex2f (0.4f, 0.4f); glEnd ();
glFlush(); } int main(int argc, char *argv[]) { glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE); glutInitWindowPosition(100, 100); glutInitWindowSize(400, 400); glutCreateWindow("Hello Opengl!"); glutDisplayFunc(&myDisplay); glutMainLoop(); return 0; }
該程序的作用是在一個黑色的窗口中央畫一個矩形、三角形和三個點。下面對各行語句進行說明：首先，需要包含頭文件#include <GL/glut.h>，這是GLUT的頭文件。本來OpenGL程序一般還要包含<GL/gl.h>和<GL/glu.h>，但GLUT的頭文件中已經自動將這兩個文件包含了，不必再次包含；
然後看main函數。int main(int argc, char *argv[])，這個是帶命令行參數的main函數。注意main函數中的各語句，除了最後的return之外，其餘全部以glut開頭。這種以glut開頭的函數都是GLUT工具包所提供的函數，下面對用到的幾個函數進行介紹；
1）glutInit，對GLUT進行初始化，這個函數必須在其它的GLUT使用之前調用一次。其格式比較固定，一般都是glutInit(&argc, argv)就行；
2) glutInitDisplayMode，設置顯示方式，其中GLUT_RGB表示使用RGB顏色，與之對應的還有GLUT_INDEX（表示使用索引顏色）。GLUT_SINGLE表示使用單緩衝，與之對應的還有GLUT_DOUBLE（使用雙緩衝）。更多信息，以後的實驗教程會有講解介紹；
3) glutInitWindowPosition，設置窗口在屏幕中的位置；
4) glutInitWindowSize，設置窗口的大小；
5) glutCreateWindow，根據前述設置的信息創建窗口。參數將被作爲窗口的標題。注意：窗口被創建後，並不立即顯示到屏幕上。需要調用glutMainLoop才能看到窗口；
6) glutDisplayFunc，設置一個函數，當需要進行畫圖時，這個函數就會被調用。（暫且這樣理解）；
7) glutMainLoop，進行一個消息循環。（現在只需知道這個函數可以顯示窗口，並且等待窗口關閉後纔會返回。）
在glutDisplayFunc函數中，我們設置了“當需要畫圖時，請調用myDisplay函數”。於是myDisplay函數就用來畫圖。觀察myDisplay中的三個函數調用，發現它們都以gl開頭。這種以gl開頭的函數都是OpenGL的標準函數，下面對用到的函數進行介紹：
1) glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0) ：將清空顏色設爲黑色（爲什麼會有四個參數？）；
2) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)：將窗口的背景設置爲當前清空顏色；
3) glRectf，畫一個矩形。四個參數分別表示了位於對角線上的兩個點的橫、縱座標；
4) glFlush，保證前面的OpenGL命令立即執行（而不是讓它們在緩衝區中等待）。
5. 思考題 左圖是示範程序的結果，能否在原有結果基礎上添加三條直線組成新的三角形？(如右圖所示) 請在實驗報告的實驗結果將改動結果寫出.
示範程序結果 需要顯示的結果 附:北大計算機圖形學課程教學網站: http://graphics.pku.edu.cn/courses/CG/index.htm