计算机图形学课程设计.docx
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计算机图形学课程设计
《计算机图形学》实验报告
题目:
3D真实感场景绘制
姓名:
郭继杰
学号:
2014214168
班级:
地信141
学院:
理学院
指导老师:
解山娟
日期:
2017年1月1日
一、实验目的
结合一学期所学计算机图形学知识,基于专业背景,使用OpenGL绘制简单的3D真实感图形场景。
二、实验要求
应用光栅化算法、多边形裁剪计算以及消隐算法在场景绘制中,其中真实感场景绘制包括颜色模型、纹理模型、雾化模型、运动模型以及环境光、漫反射、镜面反射等光照模型设置。
三、实验小组及任务分工
小组成员
任务分工
金城
纹理贴图,颜色模型,雾化模型
郭继杰
运动模型,光照模型
沈黎达
材料收集,代码整合
四、实验内容
1.实验前期工作
前期工作经过小组成员充分讨论,资料收集,最终确定小组实验模板为以下两幅场景。
目标是实现一艘简单3D帆船模型以及一辆3D小车模型
2.程序编译环境:
VisualStudio2012
3.光照模型建立过程
光照模型建立流程图:
3.1设置光照模型相应指数
3.2打开光源
光照模型设计过程有两点注意的是:
1、glShadeModel函数用于控制opengl中绘制指定两点间其他点颜色的过渡模式,参数一般为GL_SMOOTH、GL_FLAT,如果两点的颜色相同,使用两个参数效果相同,如果两点颜色不同,GL_SMOOTH会出现过渡效果,GL_FLAT则只是以指定的某一点的单一色绘制其他所有点。
glShadeModel(GL_FLAT)着色模式glShadeModel(GL_SMOOTH)着色模式
(可以看出GL_SMOOTH模式下颜色更加光滑)
2、需要使用光照模型时必须启用,glEnable(GL_LIGHTING)(启用灯源)、glEnable(GL_LIGHT0)(启用光源),否则所有灯光效果都会无效。
效果对比如下图所示。
(未启用灯光)(启用灯光)
(未启用灯光)(启用灯光)
4.颜色模型建立过程
1.设定多边形图形:
OpenGL利用glBegin()函数画图形样式,里面的参数表示图形样式,这里以glBegin(GL_QUADS)为例,GL_QUADS表示绘制由四个顶点组成的一组单独的四边形。
2.设定颜色:
OpenGL利用glColor3f(a,b,c)函数设置图形颜色,里面的参数表示设定颜色的颜色。
3.坐标设定:
OpenGL利用glVertex3f(a,b,c)函数设置图形坐标,里面的参数表示坐标的位置。
以跑道颜色模型为例:
(未使用颜色模型)
(使用颜色模型)
5.雾化模型建立过程
雾是生活中比较常见的现象,有了雾化模型,场景会比较逼真。
1.建立过程及参数设定如下:
2.其中,设置雾气起始位置与结束位置可以使雾气浓度随运动模型变化。
3.效果对比
(未使用雾化)(使用雾化)
4.实验存在不足之处,由于本实验的场景绘制不是特别接近真实感,所以雾化模型的效果不是很好。
6.运动模型建立过程
1.本次实验的运动模型主要由键盘按键响应发生。
2.设定键盘按键响应函数
voidspecialKeyBoard(intkey,intx,inty)
在主函数入口设定设置当前窗口的特定键的回调函数
glutSpecialFunc(specialKeyBoard);
glTranslatef(0,0,0.1+delta_v);//表示将当前图形向x轴平移0,向y轴平移0,向z轴平移0.1+delta,表示物体在这个坐标的时候开始绘制。
glutPostRedisplay();在图像绘制的所有操作之后,
要加入glutPostRedisplay()函数来重绘图像。
实现物体的移动
glRotatef(1,0,1,0);//,旋转角度函数,表示小车往(0,1,0)向量方向逆时针旋转1°
以上都是控制小车运动的函数,通过键盘响应来触发。
(向前运动)(旋转)
7.纹理贴图过程
①载入位图图像:
AUX_RGBImageRec*LoadBMP(CHAR*Filename)//载入位图图象
{
FILE*File=NULL;//文件句柄
if(!
Filename)//确保文件名已提供
{
returnNULL;//如果没提供,返回NULL
}
File=fopen(Filename,"r");//尝试打开文件
if(File)//判断文件是否存在?
{
fclose(File);//关闭句柄
returnauxDIBImageLoadA(Filename);//载入位图并返回指针
}
returnNULL;//如果载入失败,返回NULL
}
②位图转化成纹理:
intLoadGLTextures()//载入位图(调用上面的代码)并转换成纹理
{
intStatus=FALSE;//状态指示器
AUX_RGBImageRec*TextureImage[2];//创建纹理的存储空间
memset(TextureImage,0,sizeof(void*)*1);//将指针设为NULL
//载入位图,检查有无错误,如果位图没找到则退出
if((TextureImage[0]=LoadBMP("Data/wenli.bmp"))&&(TextureImage[1]=LoadBMP("Data/wenli2.bmp")))
{
Status=TRUE;//将Status设为TRUE
glGenTextures(2,&texture[0]);//创建纹理
for(intloop=0;loop<2;loop++)
{
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[loop]);//绑定纹理
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);//设置滤波
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D,0,3,TextureImage[loop]->sizeX,TextureImage[loop]->sizeY,0,GL_RGB,GL_UNSIGNED_BYTE,TextureImage[loop]->data);//生成纹理
}
}
for(intloop=0;loop<2;loop++)
{
if(TextureImage[loop]!
=NULL)//判断纹理是否存在
{
if(TextureImage[loop]->data!
=NULL)//纹理图像是否存在
{
free(TextureImage[loop]->data);//释放纹理图像占用内存
}
free(TextureImage[loop]);//释放图像结构
}
}
returnStatus;//返回Status
}
③调用纹理
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[0]);//选择纹理
glBegin(GL_QUADS);//开始绘制四边形
glTexCoord2f(1.0f,0.0f);glVertex3f(0.0f,1.5f,0.0f);//纹理和四边形的右下
glTexCoord2f(1.0f,1.0f);glVertex3f(0.0f,2.5f,0.0f);//纹理和四边形的右上
glTexCoord2f(0.0f,1.0f);glVertex3f(0.0f,2.5f,1.0f);//纹理和四边形的左上
glTexCoord2f(0.0f,0.0f);glVertex3f(0.0f,1.5f,1.0f);//纹理和四边形的左下
glEnd();
模型解读
(1)创建纹理图像:
OpenGL要求纹理的高度和宽度都必须是2的n次方大小,只有满足这个条件,这个纹理图片才是有效的。
一旦获取了像素值,我们就可以将这些数据传给OpenGL,让OpenGL生成一个纹理贴图:
①glGenTextures(2,&texture[0]):
创建纹理对象
②glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[loop]):
绑定纹理对象
③glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D,0,3,TextureImage[loop]->sizeX,TextureImage[loop]->sizeY,0,GL_RGB,GL_UNSIGNED_BYTE,TextureImage[loop]->data):
将Pixels数组中的像素值传给当前绑定的纹理对象,于是便创建了纹理。
glTexImage函数的参数分别是纹理的类型,纹理的等级,每个像素的字节数,纹理图像的宽度和高度,边框大小,像素数据的格式,像素值的数据类型,像素数据。
(2)纹理滤镜:
在纹理映射的过程中,如果图元的大小不等于纹理的大小,OpenGL便会对纹理进行缩放以适应图元的尺寸。
我们可以通过设置纹理滤镜来决定OpenGL对某个纹理采用的放大、缩小的算法。
调用glTexParameter来设置纹理滤镜。
如:
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);//设置放大滤镜
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);//设置缩小滤镜
(3)纹理坐标:
要使用当前的纹理绘制图元,我们必须在绘制每个顶点之前为该顶点指定纹理坐标。
只需调用glTexCoord2d(s:
Double;t:
Double);函数即可。
其中,s、t是对于2D纹理而言的s、t坐标。
对于任何纹理,无论纹理的真正大小如何,其顶端(左上角)的纹理坐标恒为(0,0),右下角的纹理坐标恒为(1,1)。
也就是说,纹理坐标应是一个介于0到1之间的一个小数。
纹理贴图前后对比效果见图5。
纹理贴图前纹理贴图后
五、成果展示
本次实验将两个模型进行改造,实现了一辆简单的小车以及一艘简单的帆船。
(小车模型)
(帆船模型)
六、心得体会
计算机图形学本身是一门理论与实践都比较复杂的学科,从最开始二维图形的实现,到最后三维真实感场景的实现,都不是一个简单的过程,好的真实感场景实现需要多个模型的相互融合,在实验设计过程中,难免遇到困难,下面是本次实验总结出来的感受。
1.glEnable()启动函数,无论是构造什么样的模型,都需要由这个函数来启动,如光照模型需要glEnable(GL_LIGHTING),纹理贴图需要glEnable
(GL_TEXTURE_2D);没有启动函数的作用,效果都是不可能是实现的。
2.glPushMatrix()和glPopMatrix()函数的使用,这两个函数在OpenGL中是模型视图矩阵堆栈,分别是压栈和出栈函数,防止坐标不稳定移动。
确定每个模型都绘制在预期的位置。
以本次实验中小车模型画车轮为例:
这个函数中使用了堆栈的函数,为了使轮胎往预期的方向移动,否则,轮胎移动的效果会变成规则的向不同地方跳动,显的不切合实际。
3.最后,个人感觉OpenGL场景的实现最重要的是函数的调用以及流程控制运用。
函数的重要性不言而喻。
如果可以充分吸收模型中各类函数的用法,实现一个场景就不会那么困难,流程控制就是应该想好模型设计的顺序问题,顺序问题一旦解决,运用到程序中,思路清晰就会便于成功。
七、源代码实例
1.小车模型:
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#pragmacomment(lib,"opengl32.lib")
#pragmacomment(lib,"glu32.lib")
#pragmacomment(lib,"glaux.lib")
floatdelta_v=0.0;
floatr=1.0,g=1.0,b=0.0;
floatr1=0.0,g1=0.0,b1=0.0;
floatP[16];
floatM[16];
staticGLfloatxRot=0.0f;
staticGLfloatyRot=0.0f;
staticfloatelbow=0,z=0;
//光线及材质的定义
GLfloatglobal_ambient[]={0.1,0.1,0.1,0.1};//总体环境光设置
GLfloatlight_ambient[]={0.0,0.0,0.0,1.0};//环境光,通常定义在光源中
GLfloatlight_diffuse[]={1.0,1.0,1.0,1.0};//漫反射光(DiffuseLight)
GLfloatlight_specular[]={1.0,1.0,1.0,1.0};//和镜面反射光(SpecularLight)。
GLfloatlight_position[]={20.0,20.0,20.0,0.0};//光源位置
GLfloatmat_specular1[]={1.0,1.0,1.0,1.0};//镜面反射光材质材质
GLfloatmat_diffuse1[]={1.0,1.0,1.0,1.0};//漫反射光材质
GLfloatmat_ambient1[]={1.0,1.0,1.0,1.0};//环境光材质
GLfloatmat_shininess1={10.0};//镜面反射指数
GLfloatvertices[][3]={{-0.7,0,1},{0.7,0,1},{0.7,0,-1},{-0.7,0,-1},{-0.5,1,0.8},{0.5,1,0.8},{0.5,1,-0.8},{-0.5,1,-0.8}};
GLfloatfogcolor[]={0.5f,0.7f,0.5f,1.0f};
GLuinttexture[2];//存储2个纹理
AUX_RGBImageRec*LoadBMP(CHAR*Filename)//载入位图图象
{
FILE*File=NULL;//文件句柄
if(!
Filename)//确保文件名已提供
{
returnNULL;//如果没提供,返回NULL
}
File=fopen(Filename,"r");//尝试打开文件
if(File)//判断文件是否存在?
{
fclose(File);//关闭句柄
returnauxDIBImageLoadA(Filename);//载入位图并返回指针
}
returnNULL;//如果载入失败,返回NULL
}
intLoadGLTextures()//载入位图(调用上面的代码)并转换成纹理
{
intStatus=FALSE;//状态指示器
AUX_RGBImageRec*TextureImage[2];//创建纹理的存储空间
memset(TextureImage,0,sizeof(void*)*1);//将指针设为NULL
//载入位图,检查有无错误,如果位图没找到则退出
if((TextureImage[0]=LoadBMP("Data/wenli.bmp"))&&(TextureImage[1]=LoadBMP("Data/wenli2.bmp")))
{
Status=TRUE;//将Status设为TRUE
glGenTextures(2,&texture[0]);//创建纹理
for(intloop=0;loop<2;loop++)
{
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[loop]);//绑定纹理
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);//设置滤波模式
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D,0,3,TextureImage[loop]->sizeX,TextureImage[loop]->sizeY,0,GL_RGB,GL_UNSIGNED_BYTE,TextureImage[loop]->data);//生成纹理
}
}
for(intloop=0;loop<2;loop++)
{
if(TextureImage[loop]!
=NULL)//判断纹理是否存在
{
if(TextureImage[loop]->data!
=NULL)//纹理图像是否存在
{
free(TextureImage[loop]->data);//释放纹理图像占用内存
}
free(TextureImage[loop]);//释放图像结构
}
}
returnStatus;//返回Status
}
voidmenu(intid)//设置一个右键菜单功能
{
switch(id)
{
case
(1):
exit(0);
break;
}
glutPostRedisplay();
}
voidcolor_car_body_menu(intid)//车身颜色变化菜单
{
switch(id)
{
case
(1):
r=1.0;g=0.0;b=0.0;
break;
case
(2):
r=0.0;g=1.0;b=0.0;
break;
case(3):
r=0.0;g=0.0;b=1.0;
break;
case(4):
r=0.9;g=0.1;b=0.6;
break;
case(5):
r=0.7;g=0.5;b=0.1;
break;
case(6):
r=1.0;g=0.0;b=0.0;
break;
}
glutPostRedisplay();
}
voidcolor_car_wheel_menu(intid)//车轮颜色变化菜单
{
switch(id)
{
case
(1):
r1=0.0;g1=0.5;b1=1.0;
break;
case
(2):
r1=0.7;g1=0.8;b1=0.4;
break;
case(3):
r1=0.7;g1=0.0;b1=0.0;
break;
case(4):
r1=0.9;g1=0.1;b1=0.6;
break;
case(5):
r1=0.7;g1=0.5;b1=0.1;
break;
case(6):
r1=0.7;g1=1.0;b1=0.6;
break;
}
glutPostRedisplay();
}
//定义跑道
voidrunway()
{
glBegin(GL_QUADS);// GL_QUADS:
绘制由四个顶点组成的一组单独的四边形。
//顶点4n-3、4n-2、4n-1和4n定义了第n个四边形。
总共绘制N/4个四边形
glColor3f(0.0f,0.8f,0.0f);//设定跑到颜色
glVertex3f(-3.0f,-0.3f,100.0f);//设定跑道坐标
glColor3f(0.0f,0.8f,0.0f);
glVertex3f(-0.8f,-0.3f,100.0f);
glColor3f(0.0f,0.8f,0.0f);
glVertex3f(-0.8f,-0.3f,-100.0f);
glColor3f(0.0f,0.8f,0.0f);
glVertex3f(-3.0f,-0.3f,-100.0f);
glEnd();
glBegin(GL_QUADS);
glColor3f(0.0f,0.8f,0.0f);
glVertex3f(0.8f,-0.3f,100.0f);
glColor3f(0.0f,0.8f,0.0f);
glVertex3f(3.0f,-0.3f,100.0f);
glColor3f(0.0f,0.8f,0.0f);
glVertex3f(3.0f,-0.3f,-100.0f);
glColor3f(0.0f,0.8f,0.0f);
glVertex3f(0.8f,-0.3f,-100.0f);
glEnd();
glBegin(GL_QUADS);//跑道样式
glColor3f(0.9f,1.0f,0.9f);//跑道颜色
glVertex3f(-0.8f,-0.3f,100.0f);//跑道坐标
glColor3f(0.9f,1.0f,0.9f);
glVertex3f(0.8f,-0.3f,100.0f);
glColor3f(0.9f,1.0f,0.9f);
glVertex3f(0.8f,-0.3f,-100.0f);
glColor3f(0.9f,1.0f,0.9f);
glVertex3f(-0.8f,-0.3f,-100.0f);
glEnd();
}
//画车身
voidquad(inta,intb,intc,intd)
{
glBegin(GL_QUADS);//GL_QUADS:
绘制由四个顶点组成的一组单独的四边形。
顶点4n-3、4n-2、4n-1和4n定义了第n个四边形。
总共绘制N/4个四边形
glVertex3fv(vertices[a]);
glVertex3fv(vertices[b]);
glVertex3fv(vertices[c]);
glVertex3fv(vertices[d]);
glEnd();
}
voidcar_body()
{
glColor3f(1.0,0.0,0.0);//颜色模型函数
glColor3f(r,g,b);//设定初始颜色
glNormal3f(0.0f,-1.0f,0.0f);//buttom,设置当前法线数组,指定新的当前法线的x,y,z坐标。
各个定点的法向量不同,所以在确定顶点之前确定法向量。