基于opengl的3d旋转魔方的实现终期报告加源码Word格式文档下载.docx
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基于OpenGL的3D旋转魔方实现
1．课程设计介绍
1.1目的
当今计算机技术流行，引领了各行各业。
而程序是计算机的灵魂，因此编程能力对当今的学生而言至关重要。
虽然我们在前期已经学习了C语言，但是还只对程序有一些简单的认识，说实话，是很浅显的认识。
通过本软件课程设计的学习，可以从整体上对软件工程和项目有全面的认识。
通过此次课程设计，可以锻炼编程能力，激发对编程的兴趣，同时也能培养良好的编程习惯。
这对于个人今后的学习，今后的工作乃至今后的生活都会产生重要的影响。
对于国家而言，极大的推动了计算机普及教育，提高了大学生的计算机使用水平，具有重大的意义。
1.2内容
（1）通过此次项目掌握软件开发模式，模块化结构分析以及程序设计流程
（2）学会使用VC++6.0进行编程
（3）掌握有关程序设计的思想，数据结构的知识，掌握C语言算法，掌握OpenGL编程知识如贴图与键盘控制
（4）掌握win32编程知识，了解windows程序内部运行机制
（5）初步培养需求分析、软件测试、调试的能力
（6）在2X2魔方的基础上，尝试编写3X3的魔方，并实现其旋转
1.3取得的成果
在理解Magic2D例子程序的基础上，借助了Win32平台进行了一系列调试和学习。
在此次项目中，学习了VisualC++6.0软件开发环境，熟练掌握了Win32Application开发流程。
同时也学习了OpenGL的基本知识，掌握了一些OpenGL的重要技术与重要函数的使用，编写了一些简单的OpenGL程序。
参考Magic2D例子流程，我对原程序进行了比较大的修改，并换上了自己的图片，实现了一个立方体贴六张不同的图片，并编写出了自己的2X2魔方程序。
根据相似度分析，成功的编写出了3X3旋转魔方，并自己设计了算法，实现了各个层面的转动，转动效果很完美。
同时，为了增加程序的娱乐效果，我加入了歌曲最炫民族风，虽然很简单，不过感觉非常实用且有趣。
2．程序分析
2.1程序原理
（1）OpenGL
OpenGL是一个开放的三维图形软件包，它独立于窗口系统和操作系统，以它为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植；
OpenGL可以与VisualC++紧密接口，便于实现机械手的有关计算和图形算法，可保证算法的正确性和可靠性；
OpenGL使用简便，效率高。
本设计是在VisualC++6.0开发环境下，使用OpenGL（OpenGraphicsLibrary）函数库，绘制魔方并实现魔方的绘制、随机旋转、贴图以及键盘控制等功能。
采用基本图形的绘图函数及定位函数，添加相应纹理来实现魔方模型的绘制。
通过读取载入BMP文件，应用纹理贴图技术来完成对魔方旋转面的处理。
（2）模型的旋转
首先对立方体进行建模。
一个立方体由8个点组成，8个点组成6个面片，对立方体的几何操作本质上就是对这6个平面的操作（绘制、纹理、旋转和平移等）。
点的索引号确定后，每个面片也就确定了，如{0,1,2,3}四个点构成Z向正投影面。
立方体在空间的旋转，归根到底是其顶点的旋转，如空间点（x,y,z）绕Z轴旋转a对应的旋转矩阵：
cosasina
-sinacosa
一个立方体pCube绕Z轴旋转a后对应的坐标变化为：
for（inti=0;
i<
8;
i++）
{
floatx,y;
x=pCube->
CubePoint[i].p[0];
y=pCube->
CubePoint[i].p[1];
pCube->
CubePoint[i].p[0]=x*cosa-y*sina;
CubePoint[i].p[1]=x*sina+y*cosa;
}
其它轴的旋转类似。
由于魔方体层面的旋转是90°
，在某个层面内一个子立方体Ci会被另外一个Cj完全替换，因此旋转后必须同步更新魔方体Cube各层面内包含的子立方的索引号。
为了简化算法，只需查找旋转后Cube[i]在Static_Cube中对应的小立方编号j与i的位置匹配。
2.2程序的流程
通过分析，整个程序大致可以分为6个子功能模块
（1）Win32应用程序框架
WinMain主函数是所有Win32程序的入口点。
在WinMain函数里实现Window是窗体的建立和消息循环，在消息循环中实现键盘、鼠标输入事件处理响应，具体内容可参考VC程序参考手册。
在本课程程序中，不仅要创建Window窗体，而且构建OpenGL设备绘图环境。
Window窗体创建步骤：
●窗体类注册：
RegisterClass
●设置显示分辨率：
ChangeDisplaySettings
●设置窗体大小：
AdjustWindowRectEx
●创建窗体：
CreateWindowEx
OpenGL绘图环境搭建：
●获取设备绘图环境（DC，DeviceContext）：
hDC=GetDC（hWnd）
●选择绘图环境像素格式：
ChoosePixelFormat（hDC,&
pfd），其中pfd为像素格式描述符，如果设置不对，OpenGL绘图失败，看不到正确的显示结果。
●设置绘图环境像素格式：
SetPixelFormat（hDC,PixelFormat,&
pfd）
●获取OpenGL绘图环境：
hRC=wglCreateContext（hDC）
●设置OpenGL绘图环境：
wglMakeCurrent（hDC,hRC）
（2）空间建模得到3阶魔方
显然，要建立3X3的魔方必须首先建立单个魔方的模型，然后通过对单个立方体进行平移从而得到3X3的魔方。
平移单个立方体通过reset_model（）函数中的语句实现
for（i=0;
{
Cube[0].CubePoint[i].p[0]=CubePoint[i].p[0]-2.0f;
Cube[0].CubePoint[i].p[1]=CubePoint[i].p[1]-2.0f;
Cube[0].CubePoint[i].p[2]=CubePoint[i].p[2]+2.0f;
上述代码只得到了编号为0的立方体，其他编号的立方体同理可以得到
构成2X2的魔方需要8个立方体，构建3X3的魔方则需要27个立方体。
根据2阶魔方的一些方法，类比到3阶魔方。
则首先对魔方的立方体进行编号，然后通过编号得到魔方各层所包含立方体的编号。
其中编号为
BYTEZP[9]={0,1,2,3,4,5,6,7,8};
//z轴方向正向一层
BYTEZZ[9]={9,10,11,12,13,14,15,16,17};
//z轴方向中间一层
BYTEZM[9]={18,19,20,21,22,23,24,25,26};
//z轴方向负向一层
BYTEYM[9]={0,1,2,11,10,9,18,19,20};
//y轴方向负向一层
BYTEYZ[9]={3,4,5,14,13,12,21,22,23};
//y轴方向中间一层
BYTEYP[9]={6,7,8,17,16,15,24,25,26};
//y轴方向正向一层
BYTEXM[9]={2,3,8,17,12,11,20,21,26};
//x轴方向正向一层
BYTEXZ[9]={1,4,7,16,13,10,19,22,25};
/x轴方向中间一层
BYTEXP[9]={0,5,6,15,14,9,18,23,24};
//x轴方向负向一层
（3）OpenGL纹理贴图
以下是纹理贴图的流程，其中实现了一个立方体贴六张图片
（4）同步更新索引
在整个程序中，同步更新索引所涉及到的算法可以算是最核心的了。
当然，你也可以让每层每个周期转动360度，这样就不需要动态更新索引了，因为每次转动前后，立方体的相对坐标位置并没有改变。
但是这样得到的旋转效果并不好，因为这并没有考虑到魔方旋转的所有情况，每次旋转后魔方都没有被打乱。
由于涉及到动态刷新索引，于是按照常理定义一个静态的魔方与动态的魔方进行比较。
类似动态魔方的编号可以得到静态魔方的编号。
constBYTESZP[9]={0,1,2,3,4,5,6,7,8};
constBYTESZZ[9]={9,10,11,12,13,14,15,16,17};
constBYTESZM[9]={18,19,20,21,22,23,24,25,26};
constBYTESYM[9]={0,1,2,11,10,9,18,19,20};
constBYTESYZ[9]={3,4,5,14,13,12,21,22,23};
constBYTESYP[9]={6,7,8,17,16,15,24,25,26};
constBYTESXM[9]={2,3,8,17,12,11,20,21,26};
constBYTESXZ[9]={1,4,7,16,13,10,19,22,25};
//x轴方向中间一层
constBYTESXP[9]={0,5,6,15,14,9,18,23,24};
然后编写一个函数intis_equal（stCube*pc1,stCube*pc2）判断两个立方体是否重合，这个函数的算法就是比较立方体所有顶点的坐标是否相同。
最后一步编写函数voidUpdate_Cube_index（），由于魔方转动情况总体上有九种情况，则该函数必须编写九块功能类似的代码，现在只列出X轴负向一层刷新索引的算法。
inti,j,k=0;
k=0;
for（i=0;
9;
{
for（j=0;
j<
27;
j++）
if（is_equal（&
Cube[j],&
Static_Cube[SZM[i]]））
{
ZM[k++]=j;
}
}
（5）魔方的旋转以及键盘控制对魔方的平移
魔方层面的旋转已经在前面介绍，
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