C/C++绘制爱心：从代码实现到数学原理

C/C++绘制爱心：从代码实现到数学原理

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/m0_68111267/article/details/143460502

本文将介绍如何使用C/C++语言绘制一颗红色爱心。通过Windows API在控制台窗口上绘制心形图案，详细讲解了代码实现和数学原理，适合对C/C++编程和Windows API感兴趣的读者。

完整代码

#include <iostream>
#include <cmath>
#include <windows.h> // 用于 Windows API 绘图

// 绘制心形的函数
void drawHeart(HDC hdc, int centerX, int centerY, int size) {
    for (int i = 0; i < 360; i++) {
        double angle = i * 3.14159 / 180;
        int x = static_cast<int>(size * 16 * pow(sin(angle), 3)) + centerX;
        int y = static_cast<int>(-size * (13 * cos(angle) - 5 * cos(2 * angle) - 2 * cos(3 * angle) - cos(4 * angle))) + centerY;
        SetPixel(hdc, x, y, RGB(255, 0, 0)); // 绘制红色像素点
    }
}

int main() {
    int centerX = 400, centerY = 300, size = 15;
    // 获取控制台窗口的句柄并创建绘图设备上下文
    HWND consoleWindow = GetConsoleWindow();
    HDC hdc = GetDC(consoleWindow);
    // 绘制心形
    drawHeart(hdc, centerX, centerY, size);
    // 等待用户按键
    std::cout << "Press any key to exit...";
    std::cin.get();
    // 释放设备上下文
    ReleaseDC(consoleWindow, hdc);
    return 0;
}

代码分析

这段代码是用C++编写的一个小程序，通过Windows API实现了在控制台窗口上绘制一个心形图案。以下是对该代码的详细分析：

代码结构概述

代码的主要部分包括：

• drawHeart函数：核心绘图逻辑，用于计算心形曲线上的点并绘制出来。
• main函数：负责调用绘图函数，完成绘图环境的设置和释放。

代码通过调用Windows API的SetPixel函数在控制台窗口上绘制像素点，将数学曲线转化为可见的心形图案。

引用的头文件

#include <iostream>
#include <cmath>
#include <windows.h>

• <iostream>：提供输入输出功能，如std::cout和std::cin。
• <cmath>：用于数学计算，例如pow（求幂）、sin（正弦）、cos（余弦）。
• <windows.h>：提供Windows API的声明，如图形绘制函数SetPixel、获取窗口句柄的GetConsoleWindow等。

绘制心形的数学原理

在drawHeart函数中，心形的绘制基于参数方程：

1. 心形的参数方程：

• ( x = 16 \sin^3(t) )
• ( y = 13 \cos(t) - 5 \cos(2t) - 2 \cos(3t) - \cos(4t) )

其中，( t )为角度参数，以弧度为单位，范围是从( 0 )到( 2\pi )。

2. 调整和比例：

• 为了适应窗口坐标系的绘制，这里进行了如下变换：
• ( x )：加上中心点横坐标centerX，将心形移动到窗口中心。
• ( y )：加上中心点纵坐标centerY，并取负值实现正确的坐标翻转（屏幕坐标系中y轴向下，而数学坐标系中y轴向上）。

3. 绘制像素点：

• 使用SetPixel函数将每个计算出的坐标点绘制成红色像素。

代码片段如下：

double angle = i * 3.14159 / 180; // 角度转弧度
int x = static_cast<int>(size * 16 * pow(sin(angle), 3)) + centerX;
int y = static_cast<int>(-size * (13 * cos(angle) - 5 * cos(2 * angle) - 2 * cos(3 * angle) - cos(4 * angle))) + centerY;
SetPixel(hdc, x, y, RGB(255, 0, 0));

Windows API 的使用

1. 获取控制台窗口句柄

HWND consoleWindow = GetConsoleWindow();

• GetConsoleWindow：获取当前控制台窗口的句柄（一个唯一标识窗口的值）。

2. 创建绘图设备上下文

HDC hdc = GetDC(consoleWindow);

• GetDC：从指定的窗口句柄中获取设备上下文（HDC），用于绘图操作。

3. 绘制像素点

SetPixel(hdc, x, y, RGB(255, 0, 0));

• SetPixel：在指定位置(x, y)上绘制一个指定颜色的像素点。
• 第一个参数：设备上下文。
• 第二、三个参数：像素点的横纵坐标。
• 第四个参数：像素点的颜色（RGB值）。

4. 释放设备上下文

ReleaseDC(consoleWindow, hdc);

• 绘图完成后释放设备上下文，避免资源泄漏。

函数设计

1. drawHeart函数

• 参数：

• hdc：绘图设备上下文。

• centerX和centerY：心形中心的坐标。

• size：心形的缩放系数。

• 功能：

• 遍历360个角度（以1度为步长），计算每个角度对应的心形曲线上点的坐标。

• 使用SetPixel绘制这些点。

2. main函数

• 设置绘图环境：
• 定义心形中心点和缩放大小。
• 获取控制台窗口句柄和设备上下文。
• 调用drawHeart绘制心形。
• 等待用户输入按键后结束程序。

代码的优点

1. 逻辑清晰：

• 函数化设计，绘图逻辑封装在drawHeart中，易于维护和扩展。

2. 实现简单：

• 使用基本的数学公式和Windows API函数完成绘图任务，代码简洁明了。

3. 交互性好：

• 使用控制台等待用户按键，方便查看绘制结果。

总结

这段代码通过数学和编程的结合，将心形参数方程转换为图形化的结果，充分展示了数学在计算机图形学中的应用。代码逻辑清晰，适合用作学习Windows API图形编程的入门示例。但由于其绘图环境的限制以及跨平台问题，仍有进一步优化和扩展的空间。