图像处理与图形绘制应用

图像处理和图形绘制应用是信息类专业重要的方向课程。我们选取有代表性的教学实践案例，汇编整理形成本书。图像处理实践篇包含五个实践案例：MFC图像处理框架、Qt图像处理框架、基于SVM的图像分类、自定义图像分类、图像处理中的插值算法，从实践角度，手把手指导学生一步步地实现完整的图像工程案例；图形绘制应用篇包含四个应用案例：“不倒翁”“贪吃蛇”“3D动画”“功夫足球”，遵循“做中学”的理念，由浅入深、逐步引入，使学生在动手操作的过程中学习图形绘制技术。

获国防科技进步二等奖、国家民委文明职工、四川省青年科技奖、西南民族大学优秀骨干教师等荣誉

目录
前言
上篇：图像处理实践
第1章 图像处理预备知识 3
1.1 图像处理基本操作 3
1.1.1 图像灰度化 3
1.1.2 图像平滑 3
1.1.3 背景消除 4
1.1.4 图像二值化 5
1.2 数学形态学
1.2.1 基本定义 8
1.2.2 形态学运算 8
1.3 一些图像特征的定义
1.3.1 区域描述 10
1.3.2 形状描述 12
1.4 插值算法
1.4.1 插值基本原理 13
1.4.2 拉格朗日插值函数 13
1.4.3 牛顿插值函数 15
1.4.4 分段线性插值 17
1.4.5 双线性插值 17
1.5 图像分类简介
1.5.1 支持向量机 18
1.5.2 SVM求解原理 21
1.5.3 SVM多分类方法 27
本章小结 29
第2章 图像处理开发平台及工具 30
2.1 MFC简介 30
2.1.1 MFC消息映射 30
2.1.2 MFC控件 32
2.2 Qt简介 34
2.2.1 Qt的信号和槽函数 34
2.2.2 Qt常用控件 35
2.3 OpenCV简介 36
2.3.1 关于OpenCV 36
2.3.2 常用OpenCV函数 37
2.4 开发环境 42
本章小结 42
第3章 实践案例1(MFC图像处理框架) 43
3.1 案例背景 43
3.1.1 题目要求 43
3.1.2 所需材料 43
3.2 整体步骤 44
3.3 处理报告 45
3.4 编写图像读入与保存代码 46
3.5 绘制图像 53
3.6 直方图对话框 UI 设计 54
3.6.1 设计直方图对话框 54
3.6.2 添加直方图按钮到菜单 57
3.6.3 创建直方图类 58
3.6.4 获取直方图数据 73
3.6.5 绘制直方图 78
3.6.6 导出直方图数据 79
3.7 优化 79
3.8 结果展示 80
3.8.1 应用程序主窗口 80
3.8.2 打开并绘制图像 80
3.8.3 显示直方图 81
3.8.4 输出直方图数据 82
3.8.5 另存为其他格式图像 82
3.9 反思与改进 83
本章小结 83
第4章 实践案例2(Qt图像处理框架) 85
4.1 案例背景 85
4.2 整体步骤 85
4.3 菜单设计 85
4.3.1 Open槽函数及动作关联 86
4.3.2 实现Open事件动作逻辑 86
4.4 创建图片显示子窗口 88
4.4.1 创建图片显示窗口类 88
4.4.2 设计图片显示子窗口 88
4.4.3 修改子窗口构造函数 89
4.4.4 添加图片并显示 89
4.5 创建直方图显示子窗口 89
4.5.1 创建直方图对话框窗口类 89
4.5.2 设计直方图对话框 90
4.5.3 直方图槽函数及动作关联 90
4.5.4 获取直方图通道数据 91
4.6 绘制直方图 92
4.6.1 绘制直方图坐标系 92
4.6.2 设置各通道画笔颜色 93
4.6.3 设置区间标注线 94
4.7 处理交互事件 94
4.7.1 处理radio button事件 94
4.7.2 处理spinBox事件 95
4.7.3 处理鼠标事件 96
4.8 结果展示 98
4.9 反思与改进 99
4.9.1 图像灰度化方法比较 99
4.9.2 Qt多窗口联动 101
4.9.3 Qt自定义信号和槽函数 101
4.9.4 Qt自定义控件 102
本章小结 103
第5章 实践案例3（基于SVM的图像分类） 104
5.1 案例背景 104
5.1.1 题目要求 104
5.1.2 所需材料 104
5.2 整体步骤 105
5.3 SVM图像分类 105
5.3.1 读取图像数据集 105
5.3.2 图像预处理 107
5.3.3 提取图像特征 108
5.3.4 设置SVM模型参数 109
5.4 实验结果 110
5.4.1 特征选择及误差分析 110
5.4.2 SVM模型训练结果 111
5.4.3 图片test1测试结果 112
5.4.4 图片test2测试结果 113
5.4.5 反思与改进 114
本章小结 117
第6章 实践案例4（自定义图像分类） 118
6.1 案例背景 118
6.1.1 题目要求 118
6.1.2 解决方案流程图 118
6.2 图像预处理 118
6.2.1 二值化 119
6.2.2 优化二值图 119
6.3 目标获取 120
6.3.1 目标确定 120
6.3.2 目标位置 123
6.4 特征提取（特征结构） 123
6.4.1 最小外接矩形 124
6.4.2 是否中空 124
6.4.3 矩形度、圆形度、偏心率 125
6.5 图像中的目标获取与保存 125
6.5.1 扫描模式 125
6.5.2 目标压栈 126
6.6 分类器 127
6.6.1 特征区分 127
6.6.2 特征分类 128
6.6.3 文件读写 129
6.7 训练器 131
6.7.1 训练图像的读入 131
6.7.2 多线程计算 132
6.7.3 数据分析 133
6.7.4 数据文件 138
6.8 显示输出 140
6.8.1 随机色彩 140
6.8.2 反色 141
6.9 运行程序 142
6.9.1 主函数 142
6.9.2 运行结果 143
6.10 反思与改进 145
6.10.1 验证训练模型 145
6.10.2 噪声测试 149
本章小结 150
第7章 实践案例 5 (图像处理中的插值算法) 151
7.1 案例背景 151
7.1.1 题目要求 151
7.1.2 分析与思路 152
7.1.3 编程语言与编译器 152
7.2 实验主要过程 152
7.2.1 题目1 152
7.2.2 题目2 154
7.2.3 题目3 155
本章小结 157
下篇：图形绘制应用
第8章 3D图形绘制揭秘 161
8.1 3D物体的表示 161
8.2 相机坐标系 162
8.3 投影观察体 163
8.4 OpenGL线框绘制 164
8.5 光照效果 166
8.5.1 灯光设置 166
8.5.2 环境光设置 167
8.5.3 漫反射光设置 167
8.5.4 镜面反射光设置 168
8.5.5 光照计算 168
8.5.6 OpenGL光照效果绘制 169
8.6 世界坐标与局部坐标 172
8.6.1 3D 场景与世界坐标 172
8.6.2 物体的局部坐标 172
8.6.3 几何变换与局部坐标系 173
8.6.4 世界坐标与局部坐标的计算 174
8.7 3D 场景搭建 176
8.7.1 单位立方体绘制 177
8.7.2 桌面组合体绘制 178
8.8 纹理贴图 181
8.8.1 映射空间 181
8.8.2 纹理映射 183
8.8.3 纹理过滤 184
8.8.4 纹理贴图 186
8.8.5 纹理图片载入 190
8.8.6 纹理坐标分配 196
8.8.7 纹理坐标自动生成 197
8.8.8 镜面反射 201
本章小结 206
第9章 Unity的安装与准备 207
9.1 Unity的准备 207
9.2 Unity工程的创建与操作界面 210
本章小结 211
第10章 应用案例"不倒翁" 212
10.1 Unity场景搭建 212
10.1.1 创建地板 212
10.1.2 创建墙壁 213
10.2 材质球设置 214
10.3 复制与调整 216
10.4 创建“不倒翁” 216
10.5 调整Game视图 217
10.6 刚体与碰撞 217
本章小结 220
第11章 应用案例“贪吃蛇” 221
11.1 制作3D蛇 221
11.1.1 制作蛇头部 221
11.1.2 制作蛇身部 221
11.2 脚本编写 222
11.2.1 简单脚本编写 223
11.2.2 几个重要函数 224
11.3 物体消失 224
11.4 预制体制作 226
11.5 游戏计分 227
本章小结 230
第12章 应用案例“3D动画” 231
12.1 立方体3D动画 231
12.1.1 动画场景创建 231
12.1.2 Animation窗口 231
12.1.3 创建动画及控制器文件 232
12.1.4 关键帧录制 233
12.2 3D人形角色动画 233
12.2.1 机器人场景创建 233
12.2.2 配置动画模型 234
12.2.3 创建机器人的动画及控制器文件 236
12.2.4 创建动画 236
12.2.5 动画状态切换 238
本章小结 239
第13章 应用案例“功夫足球” 240
13.1 足球场景创建 240
13.1.1 赛场场景 240
13.1.2 进攻球员创建 240
13.1.3 赛场场景创建 241
13.2 球员左右移动 242
13.3 机器人的动画创建 243
13.4 进球判定 244
13.5 游戏登录场景 245
13.5.1 创建登录界面画布 245
13.5.2 添加画布背景图片 245
13.5.3 创建游戏标题 246
13.6 游戏加载场景 247
13.7 游戏等级选择场景 248
13.8 信息提示面板 249
13.9 时间与音乐播放器 249
13.9.1 时间与音乐播放场景创建 249
13.9.2 创建音乐设置脚本 250
13.10 游戏场景的运行与控制 253
13.10.1 游戏场景的运行顺序 253
13.10.2 游戏登录脚本 253
13.10.3 游戏加载脚本 255
13.10.4 游戏难度选择脚本 256
13.10.5 创建游戏的主控脚本 258
13.11 游戏发布 264
13.11.1 场景设置 264
13.11.2 发布到PC平台 265
本章小结 266
参考文献 267
附录1 RemoveSmallRegion()函数 269
附录2 WinGDI位图绘制函数 272
附录3 题目1～题目3源代码 273