OpenGL曲线曲面的绘制与3D模型的装载与显示.docx
《OpenGL曲线曲面的绘制与3D模型的装载与显示.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《OpenGL曲线曲面的绘制与3D模型的装载与显示.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
OpenGL曲线曲面的绘制与3D模型的装载与显示
实验7OpenGL曲线、曲面的绘制与3D模型的装载与显示
实验目的：
1）理解Bezier曲线、曲面绘制的基本原理；理解OpenGL中一维、二维插值求值器的用法。
2）掌握OpenGL中曲线、曲面绘图的方法，对比不同参数下的绘图效果差异；
实验要求：
1）教师领读代码；
2）学生上机实验；
3）针对代码1，分别或同时去掉开关1和开关2的代码注释，查看并记录实验效果；用公式说明Bezier曲线、曲面的绘制计算过程；
4）针对代码2，分别或同时去掉各开关，观察并记录显示效果差异；用公式说明Bezier曲面插值点的计算过程；说明线框模型与曲面模型的区别；
5）针对代码3：
实验和观察材质参数、光照参数、坐标参数对实验效果的影响；
6）理解均匀与非均匀样条有理曲线或曲面的差异；
7）针对代码4：
掌握非均匀有理B样条曲面（NURBS曲面）的曲面绘制方法；
8）阅读
9）OpenGL如何装载并显示3DMAX导出的3D模型实验及代码，课外自行完成。
代码1：
用四个控制点绘制一条三次Bezier曲线：
//Demo:
用四个控制顶点来画一条三次Bezier曲线
#include
#include
#include
//4个控制点的3D坐标——z坐标全为0
GLfloatctrlpoints[4][3]={
{-4,-4,0},{-2,4,0},{2,-4,0},{4,4,0}
};
voidinit（void）
{
//背景色
glClearColor（0.0,0.0,0.0,1.0）;
//将控制点坐标映射为曲线坐标
//参数：
GL_MAP1_VERTEX_3，3维点坐标
//参数2和3：
控制参数t或u的取值范围[0,1]
//参数4：
曲线内插值点间的步长3——3维坐标
//参数5：
曲线间的补偿为顶点数4个——总步长为12
//参数6：
控制点二维数组首元素地址
//note:
若是在这里设置了相关参数，后续对ctrlpoints内容更改曲线不变
glMap1f（GL_MAP1_VERTEX_3,0.0,1.0,3,4,&ctrlpoints[0][0]）;
//打开开关——允许3维坐标控制点到参数点转换开关
glEnable（GL_MAP1_VERTEX_3）;
glShadeModel（GL_FLAT）;
//代码开关2：
去掉本注释，可启用反走样
/*
glEnable（GL_BLEND）;
glEnable（GL_LINE_SMOOTH）;//允许直线反走样
glHint（GL_LINE_SMOOTH_HINT,GL_FASTEST）;//Antialiasthelines
glBlendFunc（GL_SRC_ALPHA,GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA）;
*/
}
voiddisplay（void）
{
inti;
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）;
glColor3f（1.0,1.0,1.0）;
//代码开关1：
去掉本注释，查看动态的曲线绘图效果：
动态更新控制点坐标
/*
for（intt=0;t<4;t++）{
for（intj=0;j<3;j++）
ctrlpoints[t][j]=（rand（）%1024/1024.0-0.5）*10;
}
//动态映射
glMap1f（GL_MAP1_VERTEX_3,0.0,1.0,3,4,&ctrlpoints[0][0]）;
*/
glLoadIdentity（）;
glColor3f（1.0,0.0,0.0）;
//绘制连续线段
glBegin（GL_LINE_STRIP）;
//参数t或u取值为i/30，共计31个点
for（i=0;i<=30;i++）
glEvalCoord1f（（GLfloat）i/30.0）;//根据4个控制点坐标的参数化插值
glEnd（）;
/*显示控制点*/
glPointSize（5.0）;
glBegin（GL_POINTS）;
for（i=0;i<4;i++）
glVertex3fv（&ctrlpoints[i][0]）;
glEnd（）;
glTranslatef（-0.1f,0.1f,0.0f）;
glColor3f（0.0,1.0,0.0）;
//glLineWidth（2.0）;
//绘制连续线段——线段数越多，曲线越光滑
glBegin（GL_LINE_STRIP）;
//设置参数t或u取值为i/60，共计61个点
//实验：
若让t从-2变化到+2，可看到什么效果
for（i=0;i<=60;i++）
glEvalCoord1f（（GLfloat）i/60.0）;//根据4个控制点坐标的参数化插值
glEnd（）;
glTranslatef（-0.1f,0.1f,0.0f）;
glColor3f（1.0,1.0,1.0）;
//绘制连续线段
glBegin（GL_LINE_STRIP）;
//设置参数t或u取值为i/60，共计61个点
//实验：
若让t从-2变化到+2，可看到什么效果
for（i=0;i<=100;i++）
glEvalCoord1f（（GLfloat）i/100.0）;
glEnd（）;
glutSwapBuffers（）;
}
//3D空间中绘制2D效果，采用正交投影
voidreshape（GLsizeiw,GLsizeih）
{
glViewport（0,0,w,h）;
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;
glLoadIdentity（）;
if（w<=h）
glOrtho（-5.0,5.0,-5.0*（GLfloat）h/（GLfloat）w,5.0*（GLfloat）h/（GLfloat）w,-5.0,5.0）;
else
glOrtho（-5.0*（GLfloat）w/（GLfloat）h,5.0*（GLfloat）w/（GLfloat）h,-5.0,5.0,-5.0,5.0）;
glMatrixMode（GL_MODELVIEW）;
glLoadIdentity（）;
}
voidkeyboard（unsignedcharkey,intx,inty）
{//请参考＂变换示例参考＂一文，考虑添加键盘命令，交互式来控制金字塔的旋转
switch（key）
{
case'x':
case'X':
case27:
//ESC键
exit（0）;
break;
default:
break;
}
}
intmain（intargc,char**argv）
{
srand（（unsignedint）time（0））;
glutInit（&argc,argv）;
glutInitDisplayMode（GLUT_DOUBLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH）;//使用双缓存模式和深度缓存
glutInitWindowSize（800,800）;
glutInitWindowPosition（0,0）;
glutCreateWindow（"2DBezier曲线"）;
init（）;
glutDisplayFunc（display）;
glutReshapeFunc（reshape）;
glutKeyboardFunc（keyboard）;
glutIdleFunc（display）;//设置空闲时调用的函数
glutMainLoop（）;
return0;
}
效果图：
动态曲线绘制效果图：
关闭代码开关1，打开代码开关2，查看直线反走样效果：
对比分析反走样前后曲线绘制效果差异。
代码2：
用4*4个控制点绘制一个三次Bezier曲面线框模型
//Demo:
用4*4个控制顶点来画一个三次Bezier曲面线框模型
#include
#include
#include
/*控制点的坐标*/
GLfloatctrlpoints[4][4][3]={
{{-1.5,-1.5,2.0},
{-0.5,-1.5,2.0},
{0.5,-1.5,-1.0},
{1.5,-1.5,2.0}
},
{{-1.5,-0.5,1.0},
{-0.5,1.5,2.0},
{0.5,0.5,1.0},
{1.5,-0.5,-1.0}},
{{-1.5,0.5,2.0},
{-0.5,0.5,1.0},
{0.5,0.5,3.0},
{1.5,-1.5,1.5}},
{{-1.5,1.5,-2.0},
{-0.5,1.5,-2.0},
{0.5,0.5,1.0},
{1.5,1.5,-1.0}}};
voidinit（void）
{
//背景色
glClearColor（0.0,0.0,0.0,1.0）;
//将控制点坐标映射为曲面坐标
//参数：
GL_MAP1_VERTEX_3，3维点坐标
//参数2和3：
控制参数u的取值范围[0,1]
//参数4：
x方向元素间的步长为3个GLfloat
//参数5：
x方向曲线间的步长为4个控制点——曲线由4个控制点确定
//参数6-7：
控制参数v的取值范围[0,1]
//参数8：
y方向元素间的步长为12个GLfloat元素
//参数9：
y方向每条曲线的控制点数量为4
//note:
若是在这里设置了相关参数，后续对ctrlpoints内容更改曲线不变
glMap2f（GL_MAP2_VERTEX_3,0,1,3,4,0,1,12,4,&ctrlpoints[0][0][0]）;
//允许二维映射
glEnable（GL_MAP2_VERTEX_3）;
//二维映射：
x、y方向U和V的参数[0,1]，且中间插值数量为各20个
glMapGrid2f（20,0.0,1.0,20,0.0,1.0）;
//允许深度测试
glEnable（GL_DEPTH_TEST）;
//代码开关2：
启用反走样
glEnable（GL_BLEND）;
glEnable（GL_LINE_SMOOTH）;
glHint（GL_LINE_SMOOTH_HINT,GL_FASTEST）;//Antialiasthelines
glBlendFunc（GL_SRC_ALPHA,GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA）;
}
voiddisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT）;
glColor3f（0.0,1.0,0.0）;
glPushMatrix（）;
//代码开关1：
去掉注释查看效果；更改旋转角度参数，查看效果
//glRotatef（0.1,1.0,1.0,1.0）;
inti,j;
//生成2D网格坐标，以从控制点参数插值确定网格点所对应的点集所对应的坐标
for（j=0;j<=8;j++）{
glBegin（GL_LINE_STRIP）;
for（i=0;i<=30;i++）
glEvalCoord2f（（GLfloat）i/30.0,（GLfloat）j/8.0）;//固定y坐标时x方向的网格坐标
glEnd（）;
glBegin（GL_LINE_STRIP）;
for（i=0;i<=30;i++）
glEvalCoord2f（（GLfloat）j/8.0,（GLfloat）i/30.0）;//固定x坐标时y方向的网格坐标
glEnd（）;
}
//查看网格所确定的插值点（u,v）的位置
glColor3f（1,0,0）;
glBegin（GL_POINTS）;
for（j=0;j<=8;j++）{
for（i=0;i<=30;i++）
glVertex3f（（GLfloat）i/30.0,（GLfloat）j/8.0,0）;
for（i=0;i<=30;i++）
glVertex3f（（GLfloat）j/8.0,（GLfloat）i/30.0,0）;
}
glEnd（）;
glPopMatrix（）;
glutSwapBuffers（）;
}
voidreshape（GLsizeiw,GLsizeih）
{
glViewport（0,0,w,h）;
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;
glLoadIdentity（）;
if（w<=h）
glOrtho（-5.0,5.0,-5.0*（GLfloat）h/（GLfloat）w,5.0*（GLfloat）h/（GLfloat）w,-5.0,5.0）;
else
glOrtho（-5.0*（GLfloat）w/（GLfloat）h,5.0*（GLfloat）w/（GLfloat）h,-5.0,5.0,-5.0,5.0）;
glMatrixMode（GL_MODELVIEW）;
glLoadIdentity（）;
}
voidkeyboard（unsignedcharkey,intx,inty）
{//请参考＂变换示例参考＂一文，考虑添加键盘命令，交互式来控制金字塔的旋转
switch（key）
{
case'x':
case'X':
case27:
//ESC键
exit（0）;
break;
default:
break;
}
}
intmain（intargc,char**argv）
{
srand（（unsignedint）time（0））;
glutInit（&argc,argv）;
glutInitDisplayMode（GLUT_DOUBLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH）;//使用双缓存模式和深度缓存
glutInitWindowSize（800,800）;
glutInitWindowPosition（0,0）;
glutCreateWindow（"Bezier曲面线框模型"）;
init（）;
glutDisplayFunc（display）;
glutReshapeFunc（reshape）;
glutKeyboardFunc（keyboard）;
glutIdleFunc（display）;//设置空闲时调用的函数
glutMainLoop（）;
return0;
}
效果：
未打开注释开关1时的效果：
打开注释开关1时的效果：
代码3：
用4*4个控制点绘制一个三次Bezier曲面并添加光照效果
//curve.cpp:
Definestheentrypointfortheconsoleapplication.
//
#include"stdafx.h"
//Demo:
用4*4个控制顶点来画一个三次Bezier曲面
#include
#include
#include
/*控制点的坐标*/
GLfloatctrlpoints[4][4][3]={
{{-1.5,-1.5,2.0},
{-0.5,-1.5,2.0},
{0.5,-1.5,-1.0},
{1.5,-1.5,2.0}},
{{-1.5,-0.5,1.0},
{-0.5,1.5,2.0},
{0.5,0.5,1.0},
{1.5,-0.5,-1.0}},
{{-1.5,0.5,2.0},
{-0.5,0.5,1.0},
{0.5,0.5,3.0},
{1.5,-1.5,1.5}},
{{-1.5,1.5,-2.0},
{-0.5,1.5,-2.0},
{0.5,0.5,1.0},
{1.5,1.5,-1.0}}};
voidinit（void）
{
//背景色
glClearColor（0.0,0.0,0.0,1.0）;
//将控制点坐标映射为曲面坐标
//参数：
GL_MAP1_VERTEX_3，3维点坐标
//参数2和3：
控制参数u的取值范围[0,1]
//参数4：
x方向元素间的步长为3个GLfloat
//参数5：
x方向曲线间的步长为4个控制点——曲线由4个控制点确定
//参数6-7：
控制参数v的取值范围[0,1]
//参数8：
y方向元素间的步长为12个GLfloat元素
//参数9：
y方向每条曲线的控制点数量为4
//note:
若是在这里设置了相关参数，后续对ctrlpoints内容更改曲线不变
glMap2f（GL_MAP2_VERTEX_3,0,1,3,4,0,1,12,4,&ctrlpoints[0][0][0]）;
//允许二维映射
glEnable（GL_MAP2_VERTEX_3）;
//二维映射：
x、y方向U和V的参数[0,1]，且中间插值数量为各20个
glMapGrid2f（20,0.0,1.0,20,0.0,1.0）;
//允许深度测试
glDepthFunc（GL_LESS）;
glEnable（GL_DEPTH_TEST）;
//代码开关4：
取消下面两行代码，查看曲面显示效果差异
//打开自动法矢量开关
//glEnable（GL_AUTO_NORMAL）;
//允许正则化法矢量
//glEnable（GL_NORMALIZE）;
//代码开关3：
设置材质与光源
GLfloatambient[]={0.4,0.6,0.2,1.0};
GLfloatposition[]={0.0,1.0,3.0,1.0};
GLfloatmat_diffuse[]={0.2,0.4,0.8,1.0};
GLfloatmat_specular[]={1.0,1.0,1.0,1.0};
GLfloatmat_shininess[]={80.0};
glEnable（GL_LIGHTING）;
glEnable（GL_LIGHT0）;
glLightfv（GL_LIGHT0,GL_AMBIENT,ambient）;
glLightfv（GL_LIGHT0,GL_POSITION,position）;
glMaterialfv（GL_FRONT,GL_DIFFUSE,mat_diffuse）;
glMaterialfv（GL_FRONT,GL_SPECULAR,mat_specular）;
glMaterialfv（GL_FRONT,GL_SHININESS,mat_shininess）;
}
voiddisplay（void）
{
glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT）;
glColor3f（0.0,1.0,0.0）;
//如果不希望旋转，则启用push和pop矩阵命令，并注释掉glRotatef行
//glPushMatrix（）;
//代码开关1：
去掉注释查看效果；更改旋转角度参数，查看效果
glRotatef（1.0,1.0,1.0,1.0）;
glEvalMesh2（GL_FILL,0,20,0,20）;
//glPopMatrix（）;
glutSwapBuffers（）;
}
voidreshape（GLsizeiw,GLsizeih）
{
glViewport（0,0,w,h）;
glMatrixMode（GL_PROJECTION）;
glLoadIdentity（）;
if（w<=h）
glOrtho（-5.0,5.0,-5.0*（GLfloat）h/（GLfloat）w,5.0*（GLfloat）h/（GLfloat）w,-5.0,5.0）;
else
glOrtho（-5.0*（GLfloat）w/（GLfloat）h,5.0*（GLfloat）w/（GLfloat）h,-5.0,5.0,-5.0,5.0）;
glMatrixMode（GL_MODELVIEW）;
glLoadIdentity（）;
}
voidkeyboard（unsignedcharkey,intx,inty）
{//请参考＂变换示例参考＂一文，考虑添加键盘命令，交互式来控制金字塔的旋转
switch（key）
{
case'x':
case'X':
case27:
//ESC键
exit（0）;
break;
default:
break;
}
}
intmain（intargc,char**argv）
{
srand（（unsignedint）time（0））;
glutInit（&argc,argv）;
glutInitDisplayMode（GLUT_DOUBLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH）;//使用双缓存模式和深度缓存
glutInitWindowSize（800,800）;
glutInitWindowPosition（0,0）;
glutCreateWindow（"Bezier曲面"）;
init（）;
glutDisplayFunc（display）;
glutReshapeFunc（reshape）;
glutKeyboardFunc（keyboard）;
glu
升级会员 