杭州电子科技大学《实时三维图形绘制》OpenGL大作业实验报告.docx

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杭州电子科技大学《实时三维图形绘制》OpenGL大作业实验报告

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杭州电子科技大学《实时三维图形绘制》OpenGL大作业实验报告（总28页）

实时三维图形绘制

实验报告

基于粒子系统的雪花场景模拟

一、实验目的

通过一学期对《实时三维图形绘制》的学习，在熟练掌握OpenGL理论的前提下，动手实践，将课本知识转化为实际应用。

二、实验要求

编程实现绘制OpenGL场景并可交互式操作，体现课堂所学内容。

三、实验内容

1、搭建OpenGL程序框架

首先在VS2015中新建项目，在该项目中建立3个主要的类：

GLWindow、Keys和GLApplication，其中GLWindow类负责窗口属性的设置，包括建立、更新、删除窗口等操作。

Keys类负责读取键盘的输入，这样才能实现交互的要求。

GLApplication类负责建立我们的应用程序，包括初始化、更新、绘制图形等操作。

（1）窗口类GLWindow的设计

在新建项目中添加类GLWindow，它包括程序主窗口的属性，以及建立、改变和删除窗口的方法（具体程序见代码）。

/**windows窗口类*/

classGLWindow

{

public:

/**构造函数*/

GLWindow（）;

/**创建windows窗口*/

boolCreate（constchar*window_title,constchar*class_name,boolfullscreen,HINSTANCEh_instance,LPVOIDlpParam）;

/**删除OpenGL窗口*/

voidDestroy（）;

/**改变窗口的显示设置*/

boolChangeScreenSetting（）;

/**当窗口大小改变时，通知OpenGL调整大小*/

voidReshapeGL（）;

/**SwapBuffers（DoubleBuffering）*/

voidSwapBuffers（）{:

SwapBuffers（m_hDC）;}

/**设置窗口左上角的位置*/

voidSetPosX（intx）;

voidSetPosX（unsignedshortx）{SetPosX（（signedshort）x）;}

voidSetPosY（inty）;

voidSetPosY（unsignedshorty）{SetPosY（（signedshort）y）;}

/**返回窗口的大小*/

intGetWidth（）;

intGetHeight（）;

/**设置窗口的大小*/

voidSetWidth（intwidth）;

voidSetHeight（intheight）;

/**返回窗口左上角的位置*/

intGetPosX（）;

intGetPosY（）;

/**设置窗口的颜色位深*/

voidSetHiColor（）{m_BitsPerPixel=16;}

voidSetTrueColor（）{m_BitsPerPixel=32;}

/**重载运算符，可以让GL_Windowm_Window声明后的m_Window作为窗口句柄使用*/

operatorHWND（）{returnm_hWnd;}

private:

HWNDm_hWnd;/**<窗口句柄*/

HDCm_hDC;/**<设备描述表*/

HGLRCm_hRC;/**

intm_WindowPosX;/**<窗口的左上角的X位置*/

intm_WindowPosY;/**<窗口的左上角的Y位置*/

intm_WindowWidth;/**<窗口的宽度*/

intm_WindowHeight;/**<窗口的高度*/

intm_ScreenWidth;/**<全屏的宽度*/

intm_ScreenHeight;/**<全屏的高度*/

intm_BitsPerPixel;/**<颜色位深*/

boolm_IsFullScreen;/**<是否全屏*/

};

（2）键盘类Keys的设计

定义键盘类Keys对我们的按键信息进行记录，用于程序达到交互的目的。

/**定义键盘类*/

classKeys

{

public:

/**构造函数*/

Keys（）{Clear（）;}

/**清空所有的按键信息*/

voidClear（）{ZeroMemory（&m_KeyDown,sizeof（m_KeyDown））;}

/**判断某个键是否按下*/

boolIsPressed（unsignedintkey）{return（key

（m_KeyDown[key]==true）:

false;}

/**设置某个键被按下*/

voidSetPressed（unsignedintkey）{if（key

/**设置某个键被释放*/

voidSetReleased（unsignedintkey）{if（key

private:

staticconstunsignedintMAX_KEYS=256;

boolm_KeyDown[MAX_KEYS];/**<保存256个按键的状态*/

};

（3）应用程序类GLApplication的设计

类GLApplication为我们的应用程序提供统一的接口，当我们实现不同的程序时不用再从头开始，只要实现其对应的接口方法即可。

/**基本的程序类，继承它用来创建OpenGL程序*/

classGLApplication

{

public:

/**创建一个全局的Create函数，这个函数必须被继承类实现*/

staticGLApplication*Create（constchar*class_name）;/**<创建你自己的子类*/

/**虚析构函数*/

virtual~GLApplication（）{};

protected:

/**下面的函数必须被继承类实现，完成基本的OpenGL渲染过程*/

virtualboolInit（）=0;/**

virtualvoidUninit（）=0;/**

virtualvoidUpdate（DWORDmilliseconds）=0;/**<执行OpenGL程序的更新*/

virtualvoidDraw（）=0;/**<绘制OpenGL场景*/

/**通用的函数*/

voidToggleFullscreen（）;/**<切换全屏/窗口模式*/

voidTerminateApplication（）;/**<结束程序*/

voidResizeDraw（boolenable）{m_ResizeDraw=enable;}/**<设置在窗口改变大小的时候，可以绘制*/

Keysm_Keys;/**<按键类*/

/**构造函数*/

GLApplication（constchar*class_name）;

private:

/**程序的主循环*/

friendintWINAPIWinMain（HINSTANCEhInstance,HINSTANCEhPrevInstance,LPSTRlpCmdLine,intnCmdShow）;

intMain（HINSTANCEhInstance,HINSTANCEhPrevInstance,LPSTRlpCmdLine,intnCmdShow）;

/**消息处理回调函数*/

friendLRESULTCALLBACKWindowProc（HWNDhWnd,UINTuMsg,WPARAMwParam,LPARAMlParam）;

LRESULTMessage（HWNDhWnd,UINTuMsg,WPARAMwParam,LPARAMlParam）;

staticconstUINTWM_TOGGLEFULLSCREEN=（WM_USER+1）;/**<自定义消息，在切换窗口模式的时候发送*/

GLWindowm_Window;/**

constchar*m_ClassName;/**<程序名*/

boolm_IsProgramLooping;/**<程序循环标记，如果为false，则退出程序*/

boolm_CreateFullScreen;/**<若为true，则创建全屏模式*/

boolm_IsVisible;/**<窗口是否可见*/

boolm_ResizeDraw;/**<是否在改变大小时，调用了绘制函数*/

DWORDm_LastTickCount;/**<上一次计时器的值*/

};

2、纹理贴图

（1）BMP位图文件的载入

BMP格式是windows采用的常见的图像文件存储格式。

定义位图类CBMPLoader，实现位图文件的载入。

/**位图载入类*/

classCBMPLoader

{

public:

CBMPLoader（）;

~CBMPLoader（）;

boolLoadBitmap（constchar*filename）;/**<装载一个bmp文件*/

voidFreeImage（）;/**<释放图像数据*/

boolLoad（constchar*fileName）;/**<载入位图并创建纹理*/

unsignedintID;/**<生成纹理的ID号*/

intimageWidth;/**<图像宽度*/

intimageHeight;/**<图像高度*/

unsignedchar*image;/**<指向图像数据的指针*/

};

（2）绘制场景并纹理贴图

绘制正方体和球体，并贴图。

/**绘制球体*/

voidSnowDemo:

DrawSphere（）

{

glPushMatrix（）;

glTranslatef,,;

glRotatef（rot,,,;

/**指定纹理*/

glBindTexture（GL_TEXTURE_2D,;

GLUquadricObj*sphere=gluNewQuadric（）;

gluQuadricOrientation（sphere,GLU_OUTSIDE）;

gluQuadricNormals（sphere,GLU_SMOOTH）;

gluQuadricTexture（sphere,GL_TRUE）;

gluSphere（sphere,,50,50）;

gluDeleteQuadric（sphere）;

glPopMatrix（）;

}

/**绘制立方体*/

voidSnowDemo:

DrawBox（）

{

/**设置材质属性*/

GLfloatmat_ambient[]={,,,};

GLfloatmat_diffuse[]={,,,};

glMaterialfv（GL_FRONT,GL_AMBIENT,mat_ambient）;

glMaterialfv（GL_FRONT,GL_DIFFUSE,mat_diffuse）;

glPushMatrix（）;

glTranslatef,,;

glRotatef（rot,,,;

/**绘制六个面*/

D）;

glBegin（GL_QUADS）;

glNormal3f,,;/**<指定法线指向观察者*/

glTexCoord2f,;glVertex3f,,;

glEnd（）;

D）;

glBegin（GL_QUADS）;

glNormal3f,,;/**<指定法线背向观察者*/

glTexCoord2f,;glVertex3f,,;

glEnd（）;

D）;

glBegin（GL_QUADS）;

glNormal3f,,;/**<指定法线向上*/

glTexCoord2f,;glVertex3f,,;

glEnd（）;

D）;

glBegin（GL_QUADS）;

glNormal3f,,;/**<指定法线朝下*/

glTexCoord2f,;glVertex3f,,;

glEnd（）;

D）;

glBegin（GL_QUADS）;

glNormal3f,,;/**<指定法线朝右*/

glTexCoord2f,;glVertex3f,,;

glEnd（）;

D）;

glBegin（GL_QUADS）;

glNormal3f,,;/**<指定法线朝左*/

glTexCoord2f,;glVertex3f,,;

glEnd（）;

glPopMatrix（）;

}

3、位图字体

（1）位图字体类

显示位图字体需要用到OpenGL显示列表和绘制位图字符的相关知识。

定义字体类GLFont.

/**定义字体类*/

classGLFont

{

public:

/**构造函数和析构函数*/

GLFont（）;

~GLFont（）;

oad（""）||!

texture[1].Load（""）||!

texture[2].Load（""）||!

texture[3].Load（""）||!

texture[4].Load（""）||!

texture[5].Load（""））/**<载入位图文件*/

{

MessageBox（NULL,"装载位图文件失败！

","错误",MB_OK）;/**<如果载入失败则弹出对话框*/

returnfalse;

}

if（!

（""））

{

MessageBox（NULL,"装载位图文件失败！

","错误",MB_OK）;

}

/**启用纹理映射*/

glEnable（GL_TEXTURE_2D）;

returntrue;

}

/**初始化OpenGL*/

boolSnowDemo:

Init（）

{

/**用户自定义的初始化过程*/

glClearColor,,,;

glClearDepth;

glDepthFunc（GL_LEQUAL）;

glEnable（GL_DEPTH_TEST）;

glShadeModel（GL_SMOOTH）;

glHint（GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT,GL_NICEST）;

ResizeDraw（true）;

/**载入纹理*/

if（!

LoadTexture（））

MessageBox（NULL,"载入纹理失败!

","错误",MB_OK）;

/**初始化字体*/

if（!

（））

MessageBox（NULL,"初始化字体失败!

","错误",MB_OK）;

/**初始化雪花实例*/

if（!

（400））

{

MessageBox（NULL,"雪花系统初始化失败!

","错误",MB_OK）;

exit（-1）;

}

returntrue;

}

/**用户自定义的卸载函数*/

voidSnowDemo:

Uninit（）

{

}

/**程序更新函数*/

voidSnowDemo:

Update（DWORDmilliseconds）

{

if（VK_ESCAPE）==true）/**<按ESC退出*/

{

TerminateApplication（）;

}

if（VK_SPACE）==true）/**<按空格键开始旋转*/

{

rot+=milliseconds/;

}

cnt1+=milliseconds/;/**<更新计数器值*/

cnt2+=milliseconds/;/**<更新计数器值*/

}

/**绘制球体*/

voidSnowDemo:

DrawSphere（）

{

glPushMatrix（）;

glTranslatef,,;

glRotatef（rot,,,;

/**指定纹理*/

glBindTexture（GL_TEXTURE_2D,;

GLUquadricObj*sphere=gluNewQuadric（）;

gluQuadricOrientation（sphere,GLU_OUTSIDE）;

gluQuadricNormals（sphere,GLU_SMOOTH）;

gluQuadricTexture（sphere,GL_TRUE）;

gluSphere（sphere,,50,50）;

gluDeleteQuadric（sphere）;

glPopMatrix（）;

}

/**绘制立方体*/

voidSnowDemo:

DrawBox（）

{

/**设置材质属性*/

GLfloatmat_ambient[]={,,,};

GLfloatmat_diffuse[]={,,,};

glMaterialfv（GL_FRONT,GL_AMBIENT,mat_ambient）;

glMaterialfv（GL_FRONT,GL_DIFFUSE,mat_diffuse）;

glPushMatrix（）;

glTranslatef,,;

glRotatef（rot,,,;

/**绘制六个面*/

D）;

glBegin（GL_QUADS）;

glNormal3f,,;/**<指定法线指向观察者*/

glTexCoord2f,;glVertex3f,,;

glEnd（）;

D）;

glBegin（GL_QUADS）;

glNormal3f,,;/**<指定法线背向观察者*/

glTexCoord2f,;glVertex3f,,;

glEnd（）;

D）;

glBegin（GL_QUADS）;

glNormal3f,,;/**<指定法线向上*/

glTexCoord2f,;glVertex3f,,;

glEnd（）;

D）;

glBegin（GL_QUADS）;

glNormal3f,,;/**<指定法线朝下*/

glTexCoord2f,;glVertex3f,,;

glTexCoord2f,;gl

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