Тестирование. 
Моделирование геометрических объектов

В ходе работы была построена трехмерная модель конуса, реализована закраска методом Гуро, фигуру можно посмотреть в любом ракурсу.

Рисунок 5.

Приложение

using System;

using System.Collections.Generic;

using System. ComponentModel;

using System. Data;

using System. Drawing;

using System. Linq;

using System. Text;

using System.Threading.Tasks;

using System.Windows.Forms;

using KGiG;

namespace WindowsFormsApplication4.

{.

public partial class Form1: Form.

{.

public Form1().

{.

InitializeComponent ();

}.

public class Polygon.

{.

public List V = new List ();

public double avrZ;

public Color col;

public Vector3D n;

public bool visible;

public Polygon (Color acol, params Vertex[] Vertexes).

{.

double sum = 0;

foreach (Vertex Vi in Vertexes).

{.

Vi.LP.Add (this);

V.Add (Vi);

sum += Vi.v.z;

}.

avrZ = sum / V. Count;

col = acol;

ComputeNormal ();

}.

public Polygon (Color acol, Vertex[] Vertexes, int Start, int Count, bool Order).

{.

double sum = 0; int si = Start; int fi = Start + Count -1;

if (Order).

for (int i = si; i < fi + 1; i++).

{.

Vertexes[fi — i]. LP. Add (this);

V.Add (Vertexes[fi — i]);

sum += Vertexes[fi — i]. v. z;

}.

else.

for (int i = si; i < fi + 1; i++).

{.

Vertexes[i]. LP. Add (this);

V.Add (Vertexes[i]);

sum += Vertexes[i]. v. z;

}.

avrZ = sum / V. Count;

col = acol;

ComputeNormal ();

}.

public void Paint (Graphics gr, Pen pn, Color acol).

{.

List PS = new List ();

foreach (Vertex Vi in V) PS. Add (Vi.s);

gr.FillPolygon (new SolidBrush (acol), PS. ToArray ());

gr.DrawPolygon (pn, PS. ToArray ());

}.

public void ComputeNormal ().

{.

Vertex a = V[0];

Vertex b = V[1];

Vertex c = V[2];

double nx = a.v.y * (b.v.z — c.v.z) + b.v.y * (c.v.z — a.v.z) + c.v.y * (a.v.z — b.v.z);

double ny = a.v.z * (b.v.x — c.v.x) + b.v.z * (c.v.x — a.v.x) + c.v.z * (a.v.x — b.v.x);

double nz = a.v.x * (b.v.y — c.v.y) + b.v.x * (c.v.y — a.v.y) + c.v.x * (a.v.y — b.v.y);

double d = 1 / Math. Sqrt (nx * nx + ny * ny + nz * nz);

n = new Vector3D (nx * d, ny * d, nz * d);

double nd = -(a.v.x * (b.v.y * c.v.z — c.v.y * b.v.z) +.

b.v.x * (c.v.y * a.v.z — a.v.y * c.v.z) +.

c.v.x * (a.v.y * b.v.z — b.v.y * a.v.z)) * d;

double snz = a.s.X * (b.s.Y — c.s.Y) +.

b.s.X * (c.s.Y — a.s.Y) +.

c.s.X * (a.s.Y — b.s.Y);

visible = snz < 0? true: false;

}.

}.

public class Vertex.

{.

public Vector3D v;

public Vector3D N;

public double I;

public List LP = new List ();

public Point s;

public Vertex (double wx, double wy, double wz).

{.

v.x = wx;

v.y = wy;

v.z = wz;

}.

public void ScreenTrans (int d, int Ro, int xc, int yc).

{.

if ((d ≠ 0) && (v.z + Ro ≠ 0)).

{.

s.X = (int)(d * v. x / (v.z + Ro)) + xc;

s.Y = (int)(d * v. y / (v.z + Ro)) + yc;

}.

}.

public void NormalVertex ().

{.

foreach (Polygon Pi in LP).

{.

N += Pi. n;

}.

N.normalize ();

}.

}.

Bitmap bmp; Graphics g; const int NC = 40;

Vertex[] mv = new Vertex[NC+1]; Polygon[] mp = new Polygon[NC+1]; Quaternion QRot = new Quaternion (new Vector3D (1, 1, 0), Math. PI / 4);

Vector3D VLight = new Vector3D (0, 0, -1); int d = 600;

int Ro = 500;

void DefineCube ().

{.

mv[0] = new Vertex (100, 100, 100);

mv[1] = new Vertex (100, -100, 100);

mv[2] = new Vertex (-100, -100, 100);

mv[3] = new Vertex (-100, 100, 100);

mv[4] = new Vertex (100, 100, -100);

mv[5] = new Vertex (100, -100, -100);

mv[6] = new Vertex (-100, -100, -100);

mv[7] = new Vertex (-100, 100, -100);

mv[8] = new Vertex (0, 1, 0);

}.

void DefineCilinder ().

{.

double R = 70;

double da = 2 * Math. PI / NC;

for (int i = 0; i < NC; i++).

{.

double x = R * Math. Cos (i * da);

double y = R * Math. Sin (i * da);

mv[i] = new Vertex (x, y, -100);

}.

mv[ NC] = new Vertex (0, 0, 100);

for (int i = 0; i < NC; i++).

{.

mp[i] = new Polygon (Color.Blue, mv[i], mv[(i+1)%NC], mv[NC]);

}.

mp[NC] = new Polygon (Color.Red, mv, NC, NC, true);

//mp[NC+1] = new Polygon (Color.Green, mv, NC, NC, false);

}.

void DefineСonus ().

{.

double R = 70;

double da = 2 * Math. PI / NC;

for (int i = 0; i < NC; i++).

{.

double x = R * Math. Cos (i * da);

double y = R * Math. Sin (i * da);

mv[i] = new Vertex (x, y, -100);

mv[i + NC] = new Vertex (x, y, 100);

}.

for (int i = 0; i < NC — 1; i++).

{.

mp[i] = new Polygon (Color.Blue, mv[i], mv[i + 1], mv[i + NC + 1], mv[i + NC]);

}.

mp[NC — 1] = new Polygon (Color.Red, mv[NC — 1], mv[0], mv[NC], mv[NC * 2 — 1]);

mp[NC] = new Polygon (Color.Blue, mv, 0, NC, true);

mp[NC + 1] = new Polygon (Color.Blue, mv, NC, NC, false);

}.

void DefineCubePolygons ().

{.

mp[0] = new Polygon (Color.Blue, mv[3], mv[2], mv[1], mv[0]);

mp[1] = new Polygon (Color.Red, mv[4], mv[5], mv[6], mv[7]);

mp[2] = new Polygon (Color.Green, mv[0], mv[1], mv[5], mv[4]);

mp[3] = new Polygon (Color.Cyan, mv[1], mv[2], mv[6], mv[5]);

mp[4] = new Polygon (Color.Cornsilk, mv[2], mv[3], mv[7], mv[6]);

mp[5] = new Polygon (Color.BurlyWood, mv[3], mv[0], mv[4], mv[7]);

}.

void ViewTrans ().

{.

for (int i = 0; i < mv. Length; i++).

{.

mv[i]. v = KGiG_Methods.RotateVector (mv[i]. v, QRot);

mv[i]. ScreenTrans (d, Ro, pictureBox1. Width / 2, pictureBox1. Height / 2);

}.

QRot = new Quaternion (1, new Vector3D ());

}.

void SortPolygons ().

{.

for (int j = 0; j < mp. Length; j++).

for (int i = 0; i < mp. Length-1; i++).

{.

if (mp[i]. avrZ < mp[i + 1]. avrZ).

{.

Polygon temp = mp[i];

mp[i] = mp[i + 1];

mp[i + 1] = temp;

}.

}.

}.

public Vertex[] CrossBorders (int lineY, Polygon P).

{.

Vertex[] res = null;

Vertex topV = null;

Vertex downV = null;

Vertex topV1 = null;

Vertex downV1 = null;

for (int i = 0; i < P.V.Count; i++).

{.

int j = (i + 1) % P.V.Count;

if (P.V[i]. s. Y ≠ P. V[j]. s. Y).

{.

if (P.V[i]. s. Y < P. V[j]. s. Y).

{.

topV = P. V[i];

downV = P. V[j];

}.

else.

{.

topV = P. V[j];

downV = P. V[i];

}.

if ((lineY >= topV.s.Y) && (lineY < downV.s.Y)).

{.

if (topV1 == null).

{.

topV1 = topV;

downV1 = downV;

}.

else.

{.

res = new Vertex[] { topV1, downV1, topV, downV };

break;

}.

}.

}.

}.

return res;

}.

public void PaintPhong (Bitmap bmp, Polygon P).

{.

int topY = P. V[0]. s. Y;

int downY = P. V[0]. s. Y;

foreach (Vertex Vi in P. V).

{.

Vi.NormalVertex ();

if (Vi.s.Y > downY) downY = Vi.s.Y;

if (Vi.s.Y < topY) topY = Vi.s.Y;

}.

for (int y = topY; y <= downY; y++).

{.

Vertex[] ABCD = CrossBorders (y, P);

if (ABCD ≠ null).

{.

float u = ((float)(y — ABCD[0]. s. Y)) / (ABCD[1]. s. Y — ABCD[0]. s. Y);

int x1 = (int)(u * ABCD[1]. s. X + (1 — u) * ABCD[0]. s. X);

Vector3D NQ = u * ABCD[1]. N + (1 — u) * ABCD[0]. N;

u = ((float)(y — ABCD[2]. s. Y)) / (ABCD[3]. s. Y — ABCD[2]. s. Y);

int x2 = (int)(u * (ABCD[3]. s. X — ABCD[2]. s. X) + ABCD[2]. s. X);

Vector3D NR = u * ABCD[3]. N + (1 — u) * ABCD[2]. N;

if (x1 > x2) { int xt = x1; x1 = x2; x2 = xt; Vector3D NT = NQ; NQ = NR; NR = NT; }.

for (int x = x1; x < x2; x++).

{.

u = ((float)(x — x1)) / (x2 — x1);

Vector3D NP = u * NR + (1 — u) * NQ;

double Ipm = Math. Pow (KGiG_Methods.cosAoB (NP, VLight), 4);

if (Ipm < 0) Ipm = 0;

double Ip = Ipm * 0.8 + 0.4;

int CR = (int)(P.col.R * Ip);

int CG = (int)(P.col.G * Ip);

int CB = (int)(P.col.B * Ip);

if (CR > 255) CR = 255;

if (CG > 255) CG = 255;

if (CB > 255) CB = 255;

Color colP = Color. FromArgb (CR, CG, CB);

bmp.SetPixel (x, y, colP);

}.

}.

}.

}.

public void PaintGuro (Bitmap bmp, Polygon P).

{.

int topY = P. V[0]. s. Y;

int downY = P. V[0]. s. Y;

foreach (Vertex Vi in P. V).

{.

Vi.NormalVertex ();

Vi.I = KGiG_Methods.cosAoB (Vi.N, VLight);

if (Vi.I < 0) Vi. I = 0;

if (Vi.s.Y > downY) downY = Vi.s.Y;

if (Vi.s.Y < topY) topY = Vi.s.Y;

}.

for (int y = topY; y <= downY; y++).

{.

Vertex[] ABCD = CrossBorders (y, P);

if (ABCD ≠ null).

{.

double u = ((double)(y — ABCD[0]. s. Y)) / (ABCD[1]. s. Y — ABCD[0]. s. Y);

int x1 = (int)(u * ABCD[1]. s. X + (1 — u) * ABCD[0]. s. X);

double Iq = u * ABCD[1]. I + (1 — u) * ABCD[0]. I;

u = ((double)(y — ABCD[2]. s. Y)) / (ABCD[3]. s. Y — ABCD[2]. s. Y);

int x2 = (int)(u * (ABCD[3]. s. X — ABCD[2]. s. X) + ABCD[2]. s. X);

double Ir = u * ABCD[3]. I + (1 — u) * ABCD[2]. I;

if (x1 > x2) { int xt = x1; x1 = x2; x2 = xt; double It = Iq; Iq = Ir; Ir = It; }.

for (int x = x1; x < x2; x++).

{.

u = ((double)(x — x1)) / (x2 — x1);

double Ip = u * Ir + (1 — u) * Iq;

Color col = Color. FromArgb ((byte)(P.col.R * Ip),.

• (byte)(P.col.G * Ip),
• (byte)(P.col.B * Ip));

bmp.SetPixel (x, y, col);

}.

}.

}.

}.

void Paint3DObject ().

{.

//SortPolygons ();

for (int i = 0; i < mp. Length; i++).

{.

mp[i]. ComputeNormal ();

if (mp[i]. visible).

{.

//double alfa = Math. Abs (KGiG_Methods.cosAoB (mp[i]. n, VLight));

//Color newCol = Color. FromArgb ((int)(alfa * mp[i]. col. R),.

// (int)(alfa * mp[i]. col. G),.

// (int)(alfa * mp[i]. col. B));

//mp[i]. Paint (g, new Pen (Brushes.Black, 1), newCol);

if (i > NC).

{.

double alfa = Math. Abs (KGiG_Methods.cosAoB (mp[i]. n, VLight));

Color newCol = Color. FromArgb ((int)(alfa * mp[i]. col. R),.

• (int)(alfa * mp[i]. col. G),
• (int)(alfa * mp[i]. col. B));

mp[i]. Paint (g, new Pen (Brushes.Black, 1), newCol);

}.

else.

//PaintGuro (bmp, mp[i]);

PaintPhong (bmp, mp[i]);

}.

}.

}.

void RePaint ().

{.

g.Clear (Form1.DefaultBackColor);

ViewTrans ();

Paint3DObject ();

pictureBox1.Image = bmp;

}.

private void Form1_Shown (object sender, EventArgs e).

{.

bmp = new Bitmap (pictureBox1.Width, pictureBox1. Height);

g = Graphics. FromImage (bmp);

g.SmoothingMode = System.Drawing.Drawing2D.SmoothingMode.HighQuality;

DefineCilinder ();

//DefineCube ();

//DefineCubePolygons ();

RePaint ();

}.

private void Form1_KeyDown (object sender, KeyEventArgs e).

{.

if (e.KeyCode == Keys. Left) QRot = new Quaternion (new Vector3D (0, 1.0, 0), Math. PI / 64);

if (e.KeyCode == Keys. Right) QRot = new Quaternion (new Vector3D (0, 1.0, 0), -Math.PI / 64);

if (e.KeyCode == Keys. Up) QRot = new Quaternion (new Vector3D (1.0, 0, 0), -Math.PI / 64);

if (e.KeyCode == Keys. Down) QRot = new Quaternion (new Vector3D (1.0, 0, 0), Math. PI / 64);

RePaint ();

}.

int x = 0;

int y = 0;

private void pictureBox1_MouseDown (object sender, MouseEventArgs e).

{.

x = e. X;

y = e. Y;

pictureBox1.Cursor = System.Windows.Forms.Cursors.Hand;

}.

private void pictureBox1_MouseMove (object sender, MouseEventArgs e).

{.

if (e.Button == System.Windows.Forms.MouseButtons.Left).

{.

int dx = e. X — x;

int dy = e. Y — y;

QRot = new Quaternion (new Vector3D (dy, -dx, 0), Math. PI / 128);

x = e. X;

y = e. Y;

RePaint ();

}.

if (e.Button == System.Windows.Forms.MouseButtons.Right).

{.

int dx = e. X — x;

QRot = new Quaternion (mv[8]. v, -dx * Math. PI / 256);

x = e. X;

RePaint ();

}.

}.

private void pictureBox1_MouseUp (object sender, MouseEventArgs e).

{.

pictureBox1.Cursor = System.Windows.Forms.Cursors.Default;

}.

}.

}.