计算机图形学实验Koch曲线

实验 8-2

一、实验题目

在Koch 曲线的基础上,调整α角,分别以α+0°、α+60°和α-120°绘制三条Koch 曲线构成封闭图形,形成图8-59所示的Koch 雪花,请编程实现.

二、实验思想

已知初始直线段的起点坐标P 0和终点坐标P 1,可以计算出长度L 0 .

设递归n 次后的最小线元长度为d ,则

三、实验代码

void CTestView::GetMaxX ()//求屏幕最大x 值

CRect Rect;

GetClientRect(&Rect );

MaxX=Rect.right ;

}

void CTestView ::GetMaxY()//求屏幕最大y 值

{

CRect Rect ;

GetClientRect (&Rect );

MaxY=Rect 。bottom ;

}

void CTestView ::Koch1(CDC *pDC ,int n )//α+0°

2012010)..()..(y P y P x P x P L -+-=n

0))cos +2(1/(θL d =

Position.x=MaxX/4;Position.y=MaxY/4;

if(n==0)

{

b.x+=d*cos(alpha*PI/180);

b。y+=d*sin(alpha*PI/180);

pDC->MoveTo(ROUND(a.x+Position.x),ROUND(a。y+MaxY-Position。y));

pDC->LineTo(ROUND(b。x+Position。x),ROUND(b。y+MaxY—Position。y));

a=b;

return;

Koch1(pDC,n-1);

alpha+=60;

Koch1(pDC,n—1);

alpha—=120;

Koch1(pDC,n—1);

alpha+=60;

Koch1(pDC,n-1);

void CTestView::Koch2(CDC *pDC,int n)//α+60°

{

Position.x=MaxX/4;Position.y=MaxY/4;

if(n==0)

{

b。x+=d*cos((alpha+60)*PI/180);

b。y+=d*sin((alpha+60)*PI/180);

pDC—〉MoveTo(ROUND(a.x+Position.x),ROUND(MaxY-Position.y-a.y));

pDC->LineTo(ROUND(b。x+Position。x),ROUND(MaxY—Position.y-b。y));

a=b;

return;

}

Koch2(pDC,n—1);

alpha+=60;

Koch2(pDC,n-1);

alpha—=120;

Koch2(pDC,n—1);

alpha+=60;

Koch2(pDC,n—1);

void CTestView::Koch3(CDC *pDC,int n)

{

Position。x=MaxX/2;Position.y=MaxY/4;

if(n==0)

b。x+=d*cos((alpha-120)*PI/180);//α-120°

b.y+=d*sin((alpha—120)*PI/180);

pDC->MoveTo(ROUND(a。x+Position.x),ROUND(a。y+MaxY-Position。y));

pDC->LineTo(ROUND(b.x+Position。x),ROUND(b。y+MaxY-Position。y));

a=b;

return;

Koch3(pDC,n-1);

alpha+=60;

Koch3(pDC,n-1);

alpha—=120;

Koch3(pDC,n—1);

alpha+=60;

Koch3(pDC,n-1);

void CTestView::OnMENUKochSnow()

// TODO: Add your command handler code here CInputDlg dlg;

if (dlg。DoModal()==IDOK)

n=dlg。m_n;

else

return;

RedrawWindow();

CDC *pDC=GetDC();//客户区DC

GetMaxX();GetMaxY();

d=(MaxX/4)/pow(3,n);

a.x=0,a。y=0,

b.x=0,b.y=0,alpha=0;

Koch1(pDC,n);

a.x=0,a。y=0,

b.x=0,b。y=0,alpha=0;

Koch2(pDC,n);

a。x=0,a.y=0,b.x=0,b。y=0,alpha=0;

Koch3(pDC,n);

ReleaseDC(pDC);

四、实验结果截图

计算机图形学实验报告

计算机图形学 实验报告 学号: 姓名: 班级:计算机 2班 指导老师:何太军 2010.6.19

实验一、Windows 图形程序设计基础 1、实验目的 1)学习理解Win32 应用程序设计的基本知识(SDK 编程); 2)掌握Win32 应用程序的基本结构(消息循环与消息处理等); 3)学习使用VC++编写Win32 Application 的方法。 4)学习MFC 类库的概念与结构; 5)学习使用VC++编写Win32 应用的方法(单文档、多文档、对话框); 6)学习使用MFC 的图形编程。 2、实验内容 1)使用WindowsAPI 编写一个简单的Win32 程序,调用绘图API 函数绘制若干图形。(可选任务) 2 )使用MFC AppWizard 建立一个SDI 程序,窗口内显示"Hello,This is my first SDI Application"。(必选任务) 3)利用MFC AppWizard(exe)建立一个SDI 程序,在文档视口内绘制基本图形(直线、圆、椭圆、矩形、多边形、曲线、圆弧、椭圆弧、填充、文字等),练习图形属性的编程(修改线型、线宽、颜色、填充样式、文字样式等)。定义图形数据结构Point\Line\Circle 等保存一些简单图形数据(在文档类中),并在视图类OnDraw 中绘制。 3、实验过程

1)使用MFC AppWizard(exe)建立一个SDI 程序,选择单文档; 2)在View类的OnDraw()函数中添加图形绘制代码,说出字符串“Hello,This is my first SDI Application”,另外实现各种颜色、各种边框的线、圆、方形、多边形以及圆弧的绘制; 3)在类视图中添加图形数据point_pp,pp_circle的类,保存简单图形数据,通过在OnDraw()函数中调用,实现线、圆的绘制。 4、实验结果 正确地在指定位置显示了"Hello,This is my first SDI Application"字符串,成功绘制了圆,椭圆,方形,多边形以及曲线圆弧、椭圆弧,同时按指定属性改绘了圆、方形和直线。成功地完成了实验。 结果截图: 5、实验体会 通过实验一,了解了如用使用基本的SDI编程函数绘制简单的图

Koch分形雪花图的面积计算

K o c h分形雪花图的面 积计算 内部编号:(YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128)

Koch分形雪花图的面积计算 一、问题叙述 分形几何图形最基本的特征是自相似性,这种自相似性是指局部与整体在形态、功能、信息、时间、空间等方面具有统计意义上的相似。在具有自相似性的图形中,图形局部只是整体的缩影,而整体图形则是局部的放大。而本文我们要分析的是Koch分形雪花图,包含以下三个问题: 1.描述Koch分形雪花 2.证明Koch分形雪花图K n的边数为 3.求Koch分形雪花图的面积(数据),求 二、问题分析 在分析Koch分形雪花图之前,我们首先介绍Koch分形曲线。Koch分形曲线的绘制原理是:从一条直线段开始,将线段中间的三分之一部分用一个等边三角形的两边代替,形成四条线段的折线,如图所示: 图对一条线段进行第一次Koch分形 然后,对形成的四条直线段的每一条的中间的三分之一部分用等边三角形的两边代替,形成十六条线段的折线。这种迭代继续进行下去可以形成Koch分形曲线。在迭代过程中,图形中的点数将越来越多,而曲线的最终显示细节的多少将取决于迭代次数和显示系统的分辨率。 设P1和P2分别是原始的两个端点,现在需要在直线段的中间依次插入点Q1, Q2,Q3以产生第一次迭代图形。显然,Q1位于P1右端直线段的三分之一处,Q3位于P1点右端直线段的三分之二处,而Q2点的位置可以看作由Q3绕Q1逆时针旋转60度而得到的,故可以处理Q Q13经过正交变换而得到Q Q12。算法如下: (1)Q1P1+P P Q P1+P P/3; (2-1)/3;32(2-1) ←←

3-迭代与分形

试验二迭代与分形 一、实验目的与要求 1.了解分形几何的基本情况; 2.了解通过迭代方式,产生分形图的方法; 3.了解matlab软件中简单的程序结构; 4.掌握matlab软件中plot, fill等函数的基本用法; 二、问题描述 几何学研究的对象是客观世界中物体的形状。传统欧氏几何学的研究对象,都是规则并且光滑的,比如:直线、曲线、曲面等。但客观世界中物体的形状,并不完全具有规则光滑等性质,因此只能近似当作欧氏几何的对象,比如:将凹凸不平的地球表面近似为椭球面。虽然多数情况下通过这样的近似处理后,能够得到符合实际情况的结果,但是对于极不规则的形态,比如:云朵、烟雾、树木等,传统的几何学就无能为力了。 如何描述这些复杂的自然形态?如何分析其内在的机理?这些就是分形几何学所面对和解决的问题。 三、问题分析 在我们的世界上,存在着许多极不规则的复杂现象,比如:弯弯曲曲的海岸线、变化的云朵、宇宙中星系的分布、金融市场上价格的起伏图等,为了获得解释这些极端复杂现象的数学模型,我们需要认识其中蕴涵的特性,构造出相应的数学规则。 曼德尔布罗特(Mandelbrot)在研究英国的海岸线形状等问题时,总结出自然界中很多现象从标度变换角度表现出对称性,他将这类集合称作自相似集,他发现维数是尺度变换下的不变量,主张用维数来刻划这类集合。Mandelbrot 将这类几何形体称为分形(fractal),意思就是不规则的、分数的、支离破碎的,并对它们进行了系统的研究,创立了分形几何这一新的数学分支。Mandelbrot 认为海岸、山峦、云彩和其他很多自然现象都具有分形的特性,因此可以说:分

计算机图形

第一章导论 1 计算机图形学是什么?主要应用领域有哪些? 答:计算机图形学是一种使用图形生成原理和算法将二维或三维图形转化为光栅化的计算机显示的学科。 答:计算机图形学已经在科学,艺术,电影,商业,广告,教学和培训等领域广泛应用。 2 名词解释:参数法、点阵、图形、图像 参数法:是在设计阶段采用几何方法建立数学模型时,用形状参数和属性参数描述图形的一种方法。 点阵:是在实现阶段用具有颜色信息的像素点阵来表述图形的一种方法。 图形:一般用参数法描述的图形。 图像:点阵法描述的图形。 4 计算机图形学,图像处理,模式识别这几门学科之间有何关系? 答:计算机图形学是研究根据给定的描述,用计算机生成相应的图形、图像,且所生成的图形、图像可以显示屏幕上、硬拷贝输出或作为数据集存在计算机中的学科。计算机图形学研究的是从数据描述到图形生成的过程。例如计算机动画制作。图形处理是利用计算机对原来存在物体的映像进行分析处理,然后再现图像。例如工业中的射线探伤。模式识别是指计算机对图形信息进行识别和分析描述,是从图形(图像)到描述的表达过程。例如邮件分捡设备扫描信件上手写的邮政编码,并将编码用图像复原成数字。 5 Ivan E. Sutherland对计算机图形学主要有哪些贡献? 答:证明了交互式计算机图形学是一个可行的,有应用价值的研究领域,从而确立了计算机图形学作为一个崭新学科的独立地位;并且首次提出对图形的存储采用分层的数据结构;还可以在头盔封闭的环境下利用计算机成像的左右视图匹配,生成立体场景,使人置身于虚拟现实中。 6 阴极射线管主要由哪几部分组成?CRT的工作原理? (1)主要由电子枪,聚焦系统,偏转系统,荧光粉层和玻璃外壳 (2)CRT通电后灯丝发热,阴极被激发射出电子,电子受到控制栅的调节形成电子束。电子束经聚焦系统聚焦后以高速轰击荧光屏,荧光粉层被激发后发出辉光形成一个光点,偏转系统可以控制电子束在指定的位置上轰击荧光屏,整个荧光屏依次扫描完毕后,图像显示完成。 7 名词解释:分辨率、像素、走样 分辨率:是指单位长度内包含的像素点的数量 像素:光栅扫描显示器是画点设备,可看做是一个点阵单元发生器,并可控制每个点阵单元的亮度,这些点阵单元被称为像素。 走样:只有在绘制水平直线,垂直直线及45度线时,像素点集在直线路径上的位置才是准确的,其他情况下的直线均呈阶梯状,形成锯齿线,这称为直线的走样。 8 名词解释:光栅、荫罩板、三枪三束、扫描线 光栅:由于电子束从左至右,从上至下有规律的周期运动,在屏幕上留下了一条条的扫描线,这些扫描线形成了光栅。 荫罩板:是凿有许多小孔的热膨胀率很低的钢板。 三枪三束:对于彩色图像的显示,需要配备彩色的光栅扫描显示器。该显示器的

Koch曲线

Koch 分形曲线 1.1 分形原理 这是一类复杂的平面曲线,可用算法描述。从一条直线段开始,将线段中间三分之一部分用等边三角形的两条边代替,形成具有5个结点的图形(图1);在新的图形中,又将图中每一直线段中间的三分之一部分都用一等边三角形的两条边代替,再次形成新的图形(图2),这时,图形中共有17个结点。 这种迭代继续进行下去可以形成Koch 分形曲线。在迭代过程中,图形中的点将越来越多,而曲线最终显示细节的多少将取决于迭代次数和显示系统的分辩率。 1.2 算法分析 算法分析:考虑由直线段(2个点)产生第一个图形(5个点)的过程。设1P 和5P 分别为原始直线段的两个端点。现在需要在直线段的中间依次插入三个点234,,P P P 产生第一次迭代的图形(图1)。显然,2P 位于1P 点右端直线段的三分之一处, 4P 位于1P 点右端直线段的三分之二处;而3P 点的位置可以看成是由4P 点绕2P 旋转60度(逆时针方向)而得到的,故可以处理为向量24P P 经正交变换而得到向量23P P 。算法如下: (1) 2151()/3P P P P =+-; (2) 41512()/3P P P P =+-; (3) 3242 ()T P P P P A =+-?; 图2 第二次迭代 图1 第一次迭代

在(3)中, A 为正交矩阵: c o s s i n 33sin cos 33A πππ π??-??=???????? 算法根据初始数据(1P 和5P 点的坐标),产生图1中5个结点的坐标。结点的坐标数组形成一个5×2矩阵,矩阵的第一行为1P 的坐标,第二行为2P 的坐标,……,第五行为5P 的坐标。矩阵的第一列元素分别为5个结点的X 坐标,第二列元素分别为5个结点的Y 坐标。 进一步考虑Koch 曲线形成过程中结点数目的变化规律。设第k 次迭代产生结点数为k n ,第k+1次迭代产生结点数为1k n +,则k n 和1k n +之间的递推关系式为143k k n n +=-。 1.4 MATLAB 实现 p=[0 0;10 0];n=2; A=[cos(pi/3) -sin(pi/3);sin(pi/3) cos(pi/3)]; for k=1:5 d=diff(p)/3;m=4*n-3; q=p(1:n-1,:);p(5:4:m,:)=p(2:n,:); p(2:4:m,:)=q+d; p(3:4:m,:)=q+d+d*A'; p(4:4:m,:)=q+2*d; n=m; end plot(p(:,1),p(:,2),'k') axis equal axis off

计算机图形学实验报告

计算机图形学 实验报告 实验一:二维线画图元的生成 实验目的:掌握直线段的生成算法,并用C/WIN-TC/VC++实现算法,包括中点法生成直线,微分数值法生成直线段等。 实验内容:用不同的方法生成斜率不同的直线段,比较各种方法的效果。 Bresenham 算法的思想 Bresenham 画法与中点法相似,都是通过每列象素中确定与理想直线最近的像素来进行直线的扫描的转换的。通过各行、各列的象素中心构造一组虚拟网格线的交点,然后确定该列象素中与此交点最近的像素。该算法的巧妙之处在于可以采用增量计算,使得对于每一列,只需要检查一个误差项的符号,就可以确定该列的所有对象。 1.1方法一:直线的中点算法 算法的主要思想: 讨论斜率k ∈[1,+∞)上的直线段的中点算法。 对直线01p p ,左下方的端点为0p (x0,y0),右上方的端点为1p (x1,y1)。直线段的方程为: y m x B =+ ?y y x B x y y x x B x ?= +??=?+?? (,)0F x y xy yx xB ?=?-?-?= 现在假定已求得像素(,,i r i x y ),则如图得

,,11(,]22 i i r i r x x x ∈- + 由于直线的斜率k ∈[1,+∞),故m=1/k ∈(0,1],则 1,,13(,]22i i r i r x x x +∈-+ 在直线1i y y =+上,区间,,13 (,]22i r i r x x -+内存在两个像素NE 和E 。根据取整原则,当 11(,)i i x y ++在中点M 11 (,)2 i i x y ++右方时,取像素NE ,否则取像素E ,即 ,11,,1()()01()()0 i r i i r i r i x E F M x x x NE F M x +++? ?≤=? +?>?i i 点当(,y +1)在左方时点当(,y +1)在右方时 若取2()i d F M =,则上式变为 ,1,,()01(0 i r i i r i r i x E d x x NE d +? ≤=? +>?点当点)当 计算i d 的递推公式如下: ,1 1,12[(2)()]012 2(,2)0 122[(2)(1)] 2 i i r i i i i i i i r x y y x xB d d F x y d x y y x xB ++? ?+-?+-??≤?=++=? >??+-?++-??? =202() i i i i d x d d x y d +?≤?? +?-?>? 算法的初始条件为: 00,00,0(,)(0,0)1 2(,1)22 r r x y x y d F x y x y =? ? ?=++=?-??? 相应的程序示例: 建立成员函数: void MidPointLine4(CDC*pDC,int x0,int y0,int x1,int y1,int color) { /*假定x01*/ int dx,dy,incrE,incrNE,d,x,y; dx=x1-x0; dy=y1-y0; d=2*dx-dy; incrE=2*dx; incrNE=2*(dx-dy); x=x0;y=y0; pDC->SetPixel(x,y,color); while (x

计算机图形学实验报告及代码

计算机图形学实验报告及代码 第 1 章概述 一、教学目标 通过本章的学习,使学生能够了解计算机图形学的基本概念、研究内容;当前的发展概况;本门课程的特点和应用。 二、教学要求 1.了解计算机图形学的概念和研究内容; 2.了解本门课程的发展概况。 三、教学内容提要 1. 计算机图形学的研究内容 2. 计算机图形学发展概况 3. 计算机图形学特点和应用 4. 计算机图形学当前研究的课题 5. 计算机图形生成和输出的流水线 四、教学重点、难点及解决方法 本章将主要围绕计算机图形学的基本概念进行介绍,介绍研究内容;当前的发展概况;本门课程的特点和应用等等。 五、课时安排 2学时 六、教学设备 多媒体 七、检测教学目标实现程度的具体措施和要求 通过课堂提问的方式来检测学生对基本概念的掌握程度。 八、教学内容 1.1 计算机图形学的研究内容 计算机图形学(Computer Graphics): 研究通过计算机将数据转换为图形,并在专用显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。 计算机图形表现形式 (1).线条式(线框架图)

用线段来表现图形,容易反映客观实体的内部结构,如各类工程技术中结构图的表示,机械设计中零件结构图及电路设计中的电路原理图等。具有面模型、色彩、浓淡和明暗层次效应,适合表现客观实体的外形或外貌,如汽车、飞机、轮船等的外形设计以及各种艺术品造型设计等。 (2).真实感面模型图形 跑车靓照 计算机图形分类(空间) (1).二维图形(2D):在平面坐标系中定义的图形 (2).三维图形(3D):在三维坐标系中定义的图形 计算机图形产生方法 (1).矢量法(短折线法) 任何形状的曲线都用许多首尾相连的短直线(矢量)逼近。 (2).描点法(像素点串接法) 每一曲线都是由一定大小的像素点组成 计算机绘图方式: (1)交互式绘图 允许操作者以某种方式(对话方式或命令方式)来控制和操纵图形生成过程,使得图形可以边生成、边显示、边修改,直至符合要求为止。如AUTOCAD等 (2)被动式绘图 图形在生成过程中,操作者无法对图形进行操作和控制。如C语言绘图 图形的操作与处理方法(Picture Manipulation) 如图形的开窗、裁剪、平移、旋转、放大、缩小、投影等各种几何变换操作的方法及其 软件或硬件实现技术。 图形信息的存储,检索与交换技术:如图形信息的各种表示方法、组织形式、存取技术、图形数据库的管理、图形信息通信等。 人机交互及用户接口技术:如新型定位设备、选择设备的研究;

电子科技大学数学实验实验报告(含详细程序和实验数据)-Koch分形雪花,计算瑞典国土,计算我国海岸线长度

Koch 分形雪花面积计算的数学实验报告 2012年4月6日 绘制Koch 分形雪花,分析其边数及面积规律 实验内容 取周长为10的正三角形为初始元。 第一步(N=1):将边长三等分,并以中间的一份为底边构造正三角形,去掉该三角形的底边,将两腰与剩下的两份相连,得到生成元。原三角形每条边都用生成元替换,得到具有6个凸顶点的12边形。 第二步(N=2):对第1步得到的图形,同样将其边长三等分,并以中间的一份构造正三角形,去掉该三角形的底边,将两腰与两边的两份相连,得到生成元。原12边形的每条边都用生成元替换,得到24个凸顶点的48边形。 如此方法,一直做下去,当∞→N 时便得到了Koch 分形雪花。 实验目的 1.算法描述Koch 分形雪花 2.证明Koch 分形雪花图Kn 的边数为143-⨯=n n L 3.求Koch 分形雪花图Kn 的面积)(lim n N K area ∞ → 实验原理 1. Koch 分形雪花的绘制过程与Koch 曲线的构造过程类似。事实上,Koch 分形雪花是由三条三次Koch 曲线组成的。 Koch 曲线的构造:由一条线段产生四条线段,由n 条线段迭代一次后将产生4n 条线段,算法针对每一条线段逐步进行,将计算新的三个点。第一个点位于线段的三分之一处,第三个点位于线段的三分之二处,第二个点以第一个点为轴心,将第一和第三个点形成的向量正 向旋转ο 60而得,正向旋转由正交矩阵⎪ ⎭⎪⎬⎫ ⎪⎩⎪⎨⎧-3cos 3 sin 3sin 3cos ππππ 完成。 三条三条三次Koch 曲线由初始向量P 构造。 流程图如下: ⑴)/3P -2(P + P ←Q )/3;P -(P + P ← Q 1 21 31211 ⑵;A ×)Q -(Q + Q ← Q T 1 312 ⑶.Q ← P ;Q ← P ;Q ← P ;P ← P 3 4231225

光学分形实验报告

分形图形学实验报告指导 实验报告要求 1. 实验名称 2. 实验目的、要求 3. 实验主要内容(某某算法的实现) 4. 实验过程(程序流程图、源代码) 5. 实验结果(附上打印的图形) 6. 实验小结 实验报告一一般分形图形生成实验目的 1. koch曲线、sierpinski三角形、cantor集的计算机实现 2. 掌握用迭代、递归生成分形 实验内容及步骤 1、 koch曲线 函数:plot(x1,y1) –(x2,y2) (画直线函数) sin( ) (正弦函数) cos( ) (余弦函数) arctan( ) (反正切函数) 1 2、 sierpinski三角形 函数: plot(x1,y1) –(x2,y2) (画直线函数) sin( ) (正弦函数) cos( ) (余弦函数) 2 3、 cantor集 3 实验报告二 l系统语言生成分形图形实验目的 1. 掌握用l系统语言生成分形 2. koch曲线、sierpinski三角形、cantor集的l系统实现 4 实验内容及步骤 1. 编写程序用l系统语言生成分形图形 1) 编写程序生成koch曲线:初始图形是一条线段,生成过程是将线段中间1/3向外折起。 程序伪码如下: kochcurve { ;柯赫曲线 angle 6 ;角度增量是60° axiom f ;初始图形是一单位线段 f=f+f--f+f ;产生式是将线段中间1/3折起 } ;结束 2) 用l系统再次生成sierpinski三角。生成sierpinski三角的伪码如下: hilbert{ ;sierpinski三角,1996-12 angle 4 axiom y ;初始串为任意字母y x=-yf+xfx+fy- ;第一个生成规则

科赫曲线python代码

科赫曲线python代码 科赫曲线是一种分形图形,它由一条线段不断地被三等分并替换成一个等边三角形的两个边构成。在这个过程中,每个边都会被替换成另外两条边,形成越来越复杂的图形。 在Python中,我们可以使用递归函数来绘制科赫曲线。下面是一个实现科赫曲线的Python代码: ## 导入绘图库 import turtle ## 定义一个递归函数,绘制科赫曲线 def koch(t, order, size): if order == 0: t.forward(size) else: for angle in [60, -120, 60, 0]: koch(t, order-1, size/3) t.left(angle) ## 设置画布大小和背景颜色

turtle.setup(width=800,height=600) turtle.bgcolor("white") ## 创建海龟对象 t = turtle.Turtle() ## 设置海龟初始位置和朝向 t.penup() t.goto(-300,-100) t.pendown() t.left(60) ## 绘制第一层科赫曲线 koch(t, 4, 600) ## 隐藏海龟对象 t.hideturtle() ## 等待用户关闭窗口 turtle.done() 代码解析:

1. 导入绘图库:使用import语句导入turtle库。 2. 定义递归函数:使用def语句定义一个名为koch的函数,该函数接受三个参数:海龟对象t、曲线阶数order和线段长度size。 3. 绘制基本线段:如果曲线阶数为0,直接向前画一条长度为size的直线段;否则,执行下一步。 4. 递归绘制科赫曲线:对于每个角度(60度、-120度、60度、0度),递归地绘制下一层科赫曲线。其中,左转60度和右转-120度分别对应着等边三角形的两条边,左转0度用于连接两个三角形。 5. 设置画布和海龟对象:使用turtle.setup()函数设置画布大小和背景颜色,并创建一个海龟对象t。 6. 设置海龟初始位置和朝向:使用t.penup()函数将海龟抬起来,并使用t.goto()函数将其移动到起始位置。然后使用t.pendown()函数将其放下来,并让其朝向右侧。 7. 绘制第一层科赫曲线:调用koch()函数绘制4阶科赫曲线,长度为600。 8. 隐藏海龟对象:使用t.hideturtle()函数将海龟对象隐藏起来。

koch curve 拟合形状

Koch Curve(科赫曲线)是一种具有自相似性和无限长度的分形曲线。它由瑞典数学家赫尔曼·冯·科赫于1904年首次介绍。科赫曲线的数学 特性使得它成为了很多数学问题的解决方法,也被广泛应用于信息理论、计算机绘图等领域。 1. Koch Curve的定义 科赫曲线的构造是通过不断迭代的方式形成的。将一条有限长度的直 线分成三等分,然后在中间的一段线段上画一个等边三角形,然后去 掉这条线段。接着对新生成的四条线段分别重复进行相同的操作,不 断迭代生成的曲线就是科赫曲线。在每一次迭代中,曲线的长度都会 增加,但是其形状会越来越接近一个充分光滑的曲线而不是直线。 2. 科赫曲线的自相似性 科赫曲线具有自相似性,即无论如何放大或缩小,曲线的形状始终是 一样的。这是因为在每次迭代中,曲线的每一部分都按照相同的规则 分成三等分,并画出一个等边三角形,所以整体上来看,无论是整条 曲线还是曲线的一部分都呈现出相似的形状。 3. 科赫曲线的无限长度 科赫曲线作为一种分形曲线,具有无限长度的特性。一般的曲线如果 进行放大会发现,其长度会随着放大倍数的增加而增加,但是科赫曲 线不同,无论怎样放大,其长度都不会有所改变。

4. 科赫曲线在信息理论中的应用 科赫曲线在信息理论中有着重要的应用。由于其自相似性和无限长度 的特性,可以用来进行信号处理和压缩。通过科赫曲线的特性,可以 对信号进行分段处理,并将其压缩成较少的数据量,从而节省存储空 间和传输成本。 5. 科赫曲线在计算机图形学中的应用 科赫曲线也被广泛应用于计算机图形学中。由于其规则的构造方式和 良好的自相似性,科赫曲线可以用来生成具有自然纹理和形状的图案。科赫曲线的无限长度特性也使得它在计算机图形学中有着独特的用途,可以填充各种图案和形状。 总结: 科赫曲线作为一种特殊的分形曲线,在数学、信息理论和计算机图形 学等领域都有着广泛的应用。其自相似性和无限长度特性使得它成为 了研究对象和解决方法。科赫曲线的构造方式也给人们带来了美的享 受和艺术的灵感。随着人们对分形曲线的研究深入,科赫曲线的应用 领域将会更加广泛,为人们带来更多的惊喜和启发。科赫曲线的研究 始于20世纪初,而如今,它已成为数学、物理、信息技术以及美学等多个领域的重要工具。在许多方面,科赫曲线与自然界中的许多形态 和规律都有着惊人的相似之处,这也使得科赫曲线受到越来越广泛的 关注和研究。

最简单的分型函数

最简单的分型函数 最简单的分型函数通常指的是几何分形学中的分形函数中最简单 的一种,它可以用来描述分形图形的生成过程,具有极高的自相似性 和不连续性。下面就让我们来分步骤阐述一下这个分型函数。 步骤一:了解什么是分型函数 分型函数是一种将自己变成自己的函数,它通过反复套用自己来 生成复杂的几何图形。在分型函数中,每个点都可以通过重复应用函 数来生成更多的点,这种过程可以无限地进行下去,直到生成一个完 整的分形。 步骤二:介绍最简单的分型函数 最简单的分型函数通常被称为Koch曲线,它由瑞士数学家海因 里希·冯·科赫在20世纪初推出。Koch曲线可以用一个简单的递归规则来定义:首先画一条线段,然后将其分成三等分,删除中间那一段,用两条线段来代替它,然后在每条新的线段上做同样的操作。重复这 个过程,直到图形足够复杂为止。 步骤三:绘制Koch曲线 我们可以使用计算机软件来绘制Koch曲线,比如Python中的turtle库。首先定义一个函数,使用recursive(递归)来重复绘制 图形,代码如下: import turtle def koch(t, order, size): if order == 0: t.forward(size) else: for angle in [60, -120, 60, 0]: koch(t, order-1, size/3) t.left(angle) 接着,我们需要调用koch函数来绘制Koch曲线,代码如下:

def main(): t = turtle.Turtle() myWin = turtle.Screen() t.penup() t.backward(300) t.pendown() t.pensize(2) koch(t, 4, 600) myWin.exitonclick() main() 这段代码将绘制一个大小为600的Koch曲线,重复4次,结果 如下: 步骤四:理解Koch曲线的特点 Koch曲线具有很强的自相似性和不连续性,它的整个形状都可以由曲线的一部分重复变换得到。此外,Koch曲线的长度是无限的,因 为每次都将曲线的长度扩大4/3,而且它的面积是有限的,因为每次都将曲线的宽度缩小1/3。 总结: 最简单的分型函数——Koch曲线,虽然看起来很简单,但其背后却隐藏着自相似性和不连续性等很深刻的几何特性。通过学习Koch曲线,我们可以更好地理解几何分形学的基本概念和方法,同时也能够 深入了解分形图形的生成过程,以及它们在现代科学与工程中的应用。

科赫雪花python代码

科赫雪花 科赫雪花是一种数学图形,由瑞典数学家Helge von Koch于1904年提出。它是一个自相似的曲线,通过迭代的方式生成。科赫雪花具有美丽而复杂的几何形状,被广泛应用于数学教育和计算机图形学中。 生成科赫雪花的算法 生成科赫雪花的算法相对简单,可以通过递归实现。下面是一个使用Python编写的生成科赫雪花的代码示例: import turtle def koch_curve(t, length, depth): if depth == 0: t.forward(length) else: koch_curve(t, length/3, depth-1) t.left(60) koch_curve(t, length/3, depth-1) t.right(120) koch_curve(t, length/3, depth-1) t.left(60) koch_curve(t, length/3, depth-1) def koch_snowflake(t, length, depth): for _ in range(3): koch_curve(t, length, depth) t.right(120) def main(): # 创建画布和画笔 window = turtle.Screen() window.bgcolor("white") pen = turtle.Turtle() # 设置画笔颜色和速度 pen.color("blue") pen.speed(0) # 调用函数绘制科赫雪花

koch_snowflake(pen, 300, 4) # 隐藏画笔 pen.hideturtle() # 关闭画布 window.exitonclick() if __name__ == "__main__": main() 算法解析 上述代码使用了Python的turtle库来绘制图形。首先,我们定义了两个函数:koch_curve和koch_snowflake。 koch_curve函数用于绘制科赫曲线的一段,接受三个参数:画笔对象t、线段长度length和递归深度depth。当递归深度为0时,直接向前画出指定长度的线段;否则,通过递归调用自身四次,每次缩小线段长度为原来的1/3,并且在每次递归后旋转60度或120度。 koch_snowflake函数用于绘制完整的科赫雪花,接受三个参数:画笔对象t、边长length和递归深度depth。在该函数中,我们通过循环调用三次koch_curve函数,并且在每次绘制完成后右转120度。 最后,在主函数中,我们创建了一个窗口和一个画笔对象,并设置了画笔颜色和速度。然后,调用了koch_snowflake(pen, 300, 4)来绘制科赫雪花。绘制完成后,隐藏画笔并等待用户点击窗口关闭。 运行结果 运行上述代码,我们可以得到一个美丽的科赫雪花图形。图形的大小和复杂程度取决于传递给koch_snowflake函数的参数。调整参数可以生成不同大小和层级的科赫雪花。 应用领域 科赫雪花作为一种有趣的数学曲线,具有广泛的应用领域:

计算机图形学上机作业

计算机图形学(选作以下任意1—11题) 1 用中点Bresenham 算法设计直线、圆、椭圆的算法,实现任意斜率的直线、圆、椭圆的绘制; 2 使用有效边表算法填充多边形。多边形的7个顶点分别为:P 0(500,400), P 1(350,600), P 2(250,350), P 3(350,50), P 4(500,250), P 5(700,50), P 6(800,450)。 3 使用四邻接点填充算法填充上述多边形。 4 在屏幕中心显示矩形窗口,使用Cohen-Sutherland 直线段裁剪算法实现任意直线的裁剪 5 在屏幕中心显示矩形窗口,使用中点分割直线裁剪算法实现任意直线的裁剪 6 在屏幕中心显示矩形窗口,使用梁友栋-Barsky 直线段裁剪算法实现任意直线的裁剪 7使用斜等侧投影绘制图1所示多面体的投影图及其三视图,要求使用矩阵变换方法编程实现。 图1 图2 8 已知17个型值点:P 1(-360,0),P 2(-315,-71),P 3(-270,-100),P 4(-225,-71),P 5(-180,0),P 6(-135,71),P 7(-90,100),P 8(-45,71),P 9(0,0),P 10(45,-71),P 11(90,-100),P 12(135,-71),P 13(180,0),P 14(225,71),P 15(270,100),P 16(315,71),P 17(360,0)。边界条件为:自由端。编程绘制通过给定型值点的三次参数样条曲线和正弦曲线,试比较二者之间差异。 9 根据三次Bezier 曲线的基函数,编程绘制如图2所示三次Bezier 曲线。 10. 给定9个控制点:P0(150,350),P 1(250,250),P 2(350,350),P 3(428,167),P 4(525,440),P 5(650,250),P 6(682,40),P 7(850,450),P 8(950,350)。绘制三次B 样条曲线。 11. 在Koch 曲线的基础上,调整α角,分别以α+0°、α+60°和α-120°绘制三条Koch 曲线构成封闭图形,形成图3所示的Koch 雪花,请编程实现。 图3 n=8的Koch 雪花

数学实验--matlab-Koch雪花

《数学实验》报告3 分形实例 电气二班陆展辉201430222325(51) 问题描述 1.对一个等边三角形,每条边按照Koch曲线的方式进行迭代,产生的分形图称为Koch 雪花。编制程序绘制出它的图形,并计算Koch雪花的面积,以及它的分形维数。 2、对一条横向线段,先将其等分成4段,然后再将第二段向上移,将第三段向下移,再将第四段的相邻端点连接起来,迭代一次后变成图3-21.继续迭代得到的分形图,称为Minkowski香肠。编制程序绘制出它的图形,并计算它的分形维数。 图3-21 Minkowski香肠一次迭代 问题分析与实验过程 实验过程: 1.仿照Koch曲线代码对三角形的每条边进行Koch曲线化,函数的输入参数有三角形的边长R和迭代次数k,输出Koch 雪花图形以及雪花所围面积S. (1)代码如下: function xuehua(k) % k为迭代次数

for j=0:2 %依次对3条边进行Koch曲线运算 if j==0; p=[0,0;10,0]; elseif j==1; p=[5,-5*sqrt(3);0,0]; else j==2; p=[10,0;5,-5*sqrt(3)]; end n=1; %存放线段的数量,初始值为1 A=[cos(pi/3),-sin(pi/3);sin(pi/3),cos(pi/3)]; %用于计算新的结点for s=1:k j=0; % j为行数 for i=1:n q1=p(i,:); %目前线段的起点坐标 q2=p(i+1,:); %目前线段的终点坐标 d=(q2-q1)/3; j=j+1;r(j,:)=q1; %原起点存入r j=j+1;r(j,:)=q1+d; %新1点存入r j=j+1;r(j,:)=q1+d+d*A'; %新2点存入r j=j+1;r(j,:)=q1+2*d; %新3点存入r end n=4*n; %全部线段迭代一次后,线段数量乘4 clear p %清空p ,注意:最后一个终点q2不在r中 p=[r;q2]; %一条边的全部结点 clear r end plot(p(:,1),p(:,2)) %连接各个结点 hold on; axis equal end 不同k对应不同的图像如下:

计算机图形学课程教学大纲

计算机图形学课程教学大纲 课程名称:计算机图形学 英文名称:Computer Graphics 课程编号:x4141901 学时数:32 其中实践学时数:12课外学时数:0 学分数:2.0 适用专业:测绘工程 一、课程简介 《计算机图形学》是测绘工程专业一门重要的专业选修课,课程内容包括直线和圆弧的生成算法、光栅图形的区域填充算法、曲线和曲面的生成算法、二维和三维的几何变换方法、裁剪算法、几何造型、线面消隐等相关知识。为后续测绘工程专业课的学习以及科学研究提供图形学方面的基本知识和基本理论。 通过《计算机图形学》专业选修课程的学习,可以使学生了解图形学的经典方法和最新成果,培养学生通过计算机编程实现简单光栅算法及真实感绘制算法的能力。 二、课程目标与毕业要求关系表 三、课程教学内容、基本要求、重点和难点 (一) 绪论 了解计算机图形学课程的目的、意义及主要内容。了解计算机图形学发展历史。了解计算机图形学应用领域。理解计算机图形学与图象处理的关系;掌握下列概念:图像、图形、计算机辅助设计与制造、可视化、图形显示和图形绘制。了解计算机图形系统的基本组成。了解各种显示器的工作原理;重点掌握光栅显示器的显示原理。了解图形系统的输入输出设备重点:计算机图形学在测绘领域的应用

(二)二维图形基础 掌握光栅图形学生成直线的算法:包括生成直线的DDA算法和Bresenham算法。掌握Bresenham算法生成圆弧的算法原理;了解正负法生成圆弧的算法原理。掌握多边形填充的基本概念;掌握逐点判断法、扫描线算法等多边形扫描转换算法的原理;了解边缘填充算法、栅栏填充算法等多边形扫描转换算法的原理;理解区域以及区域连通性的概念;掌握种子填充的递归算法及扫描线算法;了解光栅图形的走样及反走样的概念。 重点:直线、圆弧、多边形填充及扫描绘制算法 难点:反走样、消隐等算法的原理 (三)自由曲线和曲面 了解工程实践中的曲线曲面及其数学描述;了解曲线曲面的表示要求及其参数表示形式;掌握插值和逼近样条的概念;掌握连续性条件以及样条的描述方法。掌握Bezier曲线的性质、定义、生成以及Bezier曲面绘制(闭卷考核提供原始公式)。掌握B样条曲线的性质、定义、生成以及B样条曲面绘制 重点:参数曲线、曲面 难点:Bezier曲线与曲面算法 (四)真实感图形学 掌握颜色视觉、简单光照明模型、局部光照明模型;了解光透射模型;了解整体光照明模型。掌握纹理及纹理映射。 重点:简单光照模型、局部光照模型、整体光照模型、纹理映射 难点:光透射模型 (五)图形裁剪 了解世界坐标系、规范化坐标系、设备坐标系概念;掌握窗口到视口的变换公式。掌握Sutherland-Cohen、liang-Barsky等线裁剪算法的原理;了解采用中点分割法进行的线裁剪。掌握Sutherlan-Hodgman多边形裁剪算法、理解双边裁剪算法的原理。了解三维编码裁剪算法的原理。 重点:Sutherland-Cohen、liang-Barsky等线裁剪算法的原理 难点:Sutherlan-Hodgman多边形裁剪算法 (六)几何造型 熟悉三维几何造型、实体等的相关概念;掌握正则集合运算方法,了解其在CAD系统中的应用;了解特征表示法、空间分割表示法、推移表示法等实体的表示方法。了解消隐的必要性以及消隐的分类;理解线消隐的原理;掌握画家算法的原理和方法;了解Z缓冲器算法的原理和方法。 重点:维几何造型、实体 难点:画家算法的原理和方法。 (七)分形几何初步 了解分形几何的发展历史,研究对象,应用;掌握分形相似维数的计算方法。掌握Koch曲

图形学

教师教案( 2008 —2009 学年第2 学期) 课程名称:计算机图形学实验授课学时:16 授课班级:27级 任课教师:晏华 教师职称: 教师所在学院: 电子科技大学

实验一基本对象绘制 讲授时数:0.5学时 一、实验类型 基本型实验 二、实验目的 熟悉计算机图形三维绘制流程,并利用opengl实现基本模型绘制 三、实验要求 画出计算机图形绘制固定管线流程,并明白每个阶段的内容。 设置OpenGL编程环境。 OpenGL程序中基本窗口和视口设置。 OpenGL程序中基本投影设置。 OpenGL程序中双缓存切换。 OpenGL基本程序框架,包括消息响应设置。 四、实验内容 (1)计算机图形绘制固定管线流程 绘制基本的计算机图形绘制固定管线流程图。 分析每个阶段所实现的内容。 对比课本上所讲述的计算机图元生成/观察与裁剪/矩阵变换知识。 (2)基本框架程序 了解系统绘制程序框架,设置窗口初始化。 设置窗口大小改变消息响应函数。 设置主循环绘制函数。 设置每帧处理内容。 通过简单修改代码实现画点,取不同点位置,不同点颜色,对比结果。 通过简单修改代码实现画线,取不同坐标位置,不同颜色,观察结果,并分析线生成算法的实现过程。 通过简单修改代码实现画三角形等,结合课堂上所讲述的填充算法进行分析。 设置基本的键盘响应函数,系统按ESC键之后退出。 (3)OpenGL环境设置 工程相关属性设置,程序框架的熟悉。 采用VC中的控制台程序建立工程,工程属性中增加链接库:

opengl32.lib glu32.lib glut32.lib。 程序初始化部分设置绘制窗口属性,理解GL_RGBA,GL_DOUBLEBUFFER等属性意义。 程序设置鼠标/键盘响应函数。 (4)OpenGL程序调试与执行 头文件设置glut.h。 编译程序,并运行观察结果,修改不同的绘制函数观察比较结果。 五、开设方式 个人实验。 六、学时数 4学时。 七、参考资料 [1] VC++编程指南,https://www.360docs.net/doc/5119333629.html,/downinfo/1714.html [2] OpenGL Programming Guide https://www.360docs.net/doc/5119333629.html,.fer.hr/~unreal/theredbook/ or https://www.360docs.net/doc/5119333629.html,/reference/opengl-redbook-1.1/ 八、实验后记

雪花曲线中的科克数学问题

雪花曲线中的科克数学问题 Did you work hard today, April 6th, 2022

雪花曲线中的科克数学问题 i 将正三角形1的每边三等分,并以中间的那一条线段为以底边向形外作等边三 角形,然后去掉底边,得到图2; ii 将图2的每边三等分,重复上述的作图方法,得到图3; iii 再按上述方法无限多次继续作下去,所得的曲线称为科克雪花曲线koch snowflake ····· 1 2 3 4 5 设图1中的等边三角形的边长为1,并分别将图1、2、3···中的图形依次记作1M 、2M 、3M 、···; (1) 求n M 中的边长n N ; (2) 求n M 中每条边的长度n T ; (3) 求n M 的周长n L ; (4) 求n M 所围成的面积n S ; (5) 求周长和面积的极限; 解:从科克雪花曲线的生成过程不难发现: (1) 因为每个圆形中的一条线段在后一个圆形中变成四条线段,所以n N 的递 推公式为 1143 {n n N N N -==,()2n ≥, 其通项公式为 134n n N -=⋅

(2) 因为圆形中的每条线段长度在后一个圆形中变为原长的13 ,所以n T 的递推公式为11131, {(2) n n T T T n -==≥; 其通项公式为 113n n T -⎛⎫= ⎪⎝⎭ ; (3) 因为n n n L N T =⋅,所以n L 的通项公式为 1433n n L -⎛⎫ =⋅ ⎪⎝⎭; (4) 为了便于表述,将图形1中的正三角形的面积记作1A 则1A =; 当由1n M -生成n M 时,在1n M -的每一条边上多了一个面积为21n T A 的 小等边三角形,这些小等边三角形的面积之和为211n n N T A -,其中 1A 的面积为 于是得到科克雪花曲线面积的递推公式: ··· ()2221122311n n A N T N T N T -=++++. 把111113,1,,34,23n n n n N T T N n --⎛⎫====⋅≥ ⎪⎝⎭ 代入上式,经简化得 容易验证:12,43 A A ==等; (5) 由周长n L 和面积n A 的表达式可知 1433n n L -⎛⎫=⋅ ⎪⎝⎭; 当n 无限增大时,也随之无限增大;

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