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使用C++绘制函数图形

2023-07-13 12:58:02 深夜i -- --

C++ 绘制函数图形

C++语言在计算机编程中有着广泛的应用，尤其是在图形计算方面。C++语言可以通过各种库或框架实现各种交互式图形，可以绘制不同的函数图形。这里将介绍使用C++语言绘制函数图形的方法。

C++语言图形绘制库和框架有很多，当然最基本的是使用C++自带的graphics.h来绘制。graphics.h是一个较为古老的库，随着技术的不断发展，现在有更多更先进的库可以选择，如OpenGL等。

关于更高级的图形库，OpenGL是一种开放的图形编程接口，并且支持跨平台。在底层运行时，OpenGL可以操作显卡进行图像渲染，其优势在于具有较好的性能。当然，OpenGL对于初学者来说可能会比较困难，所以我们一般使用一些能够封装底层实现的高级图形库来操作OpenGL，如FreeGLUT等。

下面我们将介绍如何使用C++语言中一个相对简单易懂的图形库SFML来绘制函数图形。首先，SFML是一款跨平台多媒体库，提供了窗口和图形等各种元素的调用接口。在SFML中，我们通过窗口绘制图形，setEnabled()函数可以设置窗口是否可见。具体的代码很简单：


sf::RenderWindow window(sf::VideoMode(WIDTH, HEIGHT), "Title");
window.setFramerateLimit(60); // fps
while (window.isOpen()) {
 sf::Event event;
 while (window.pollEvent(event)) {
  // 检测关闭窗口事件
  if (event.type == sf::Event::Closed) window.close();
 }
 window.clear(sf::Color::White);
 // 进行绘制操作
 // ...
 window.display();
}

在窗口绘制的过程中，我们可以使用SFML提供的各种图形函数来绘制基本图形，如线段、矩形等等。另外，我们会用到SFML的文本渲染能力。代码样例：


sf::RenderWindow window(sf::VideoMode(WIDTH, HEIGHT), "Title");
window.setFramerateLimit(60); // fps
// 引入字体
sf::Font font;
if (!font.loadFromFile("arial.ttf"))
 return -1;
while (window.isOpen()) {
 sf::Event event;
 while (window.pollEvent(event)) {
  // 检测关闭窗口事件
  if (event.type == sf::Event::Closed) window.close();
 }
 window.clear(sf::Color::White);
 // 进行绘制操作
 sf::Text text;
 text.setFont(font);
 text.setString("Hello World!");
 text.setCharacterSize(24);
 text.setFillColor(sf::Color::Red);
 text.setPosition(WIDTH / 2 - text.getGlobalBounds().width / 2, HEIGHT / 2 - text.getGlobalBounds().height / 2);
 window.draw(text);
 window.display();
}

绘制函数图形其实就是将数学函数转化为像素点来绘制，这里我们使用折线来绘制函数图形。具体的步骤如下：

1. 定义plot函数，输入为数学函数f (double -> double)，输出为plot的线段形态(std::vector )。

2. 在主函数中，将plot返回来的线段向量画出。

代码样例：


const int WINDOW_WIDTH = 800, WINDOW_HEIGHT = 600;
const double step = 0.01;
double func(double x) {   
 //输入你想要绘制的函数
 return sin(x);
}
std::vector<sf::Vertex> plot(double (*f)(double), sf::Color color) {   
 std::vector<sf::Vertex> lines;
 for (double x = 0.0; x <= 2 * M_PI; x += step) {
        sf::Vertex line;
        line.position = sf::Vector2f(x / 2 * M_PI * WINDOW_WIDTH, (0.5 - f(x) / 2.0) * WINDOW_HEIGHT);
        line.color = color;
        lines.push_back(line);
    }
    return lines;
}
int main()
{
    sf::RenderWindow window(sf::VideoMode(WINDOW_WIDTH, WINDOW_HEIGHT), "Function graph");
    while (window.isOpen())
    {
        sf::Event event;
        while (window.pollEvent(event))
        {
            if (event.type == sf::Event::Closed)
                window.close();
        }
        window.clear(sf::Color::White);
        //绘制函数
        auto line = plot(func, sf::Color::Blue);
        window.draw(line.data(), line.size(), sf::LineStrip);
        window.display();
    }
    return 0;
}

通过以上代码，我们便可以简单快速地绘制函数图形了。绘制函数图形还有很多细节和技巧，但总的来说，这是一个良好的入门样例。C++语言的图形绘制也有很多难度和技巧，需要有耐心和持续的学习探索，才能达到优秀的效果。

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