球體背面剔除消隱算法課程設計報告

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文檔簡介

1、　　目錄　　一．設計內(nèi)容與要求…………………………………………2　　1.1 總體目標和要求……………………………………2　　1.2 內(nèi)容與要求…………………………………………2　　二．總體設計………………………

2、…………………………2　　2.1 球的消隱處理基本原理……………………………2　　2.2 具體設計實現(xiàn)………………………………………3　　三．詳細設計…………………………………………………3　　3.1 程序流程圖…………………………………………3&

3、lt;p>　　3.2調(diào)試后正確的程序清單…………………………… 5　　功能實現(xiàn)……………………………………………… 10　　4.1程序運行結果………………………………………10　　4.2 功能實現(xiàn)及分析……………………………………10　　總結………………………………

4、…………………… 11　　參考文獻……………………………………………… 11　　球體背面剔除消隱算法　　第1章設計內(nèi)容與要求　　總體目標和要求　　課程設計的目的：以圖形學算法為目標，深入研究

5、。繼而策劃、設計并實現(xiàn)一個能夠表現(xiàn)計算機圖形學算法原理的或完整過程的演示系統(tǒng)，并能從某些方面作出評價和改進意見。通過完成一個完整程序，經(jīng)歷策劃、設計、開發(fā)、測試、總結和驗收各階段，達到：　　鞏固和實踐計算機圖形學課程中的理論和算法；　　學習表現(xiàn)計算機圖形學算法的技巧；　　培養(yǎng)認真學習、積極探索的精神；</p

6、>　　具備通過具體的平臺實現(xiàn)圖形算法的設計、編程與調(diào)試的能力；　　完成對實驗結果分析、總結及撰寫技術報告的能力。　　總體要求：策劃、設計并實現(xiàn)一個能夠充分表現(xiàn)圖形學算法的演示系統(tǒng)，界面要求美觀大方，能清楚地演示算法執(zhí)行的每一個步驟。　　開發(fā)環(huán)境：Viusal C++ 6.0</p

7、>　　1.2 內(nèi)容與要求　　球體背面剔除消隱算法　　內(nèi)容：　?。?）掌握背面剔除消隱算法原理；　?。?）實現(xiàn)矢量點積與叉積運算；

8、;　?。?）透視投影變換　?。?）曲面體經(jīng)緯線劃分方法　　功能要求：　?。?）繪制球體線框模型的透視投影圖，使用背面剔除算法實現(xiàn)動態(tài)消隱；　　（2）通過右鍵菜單顯示消隱效果，右鍵菜單有兩個選項：未

9、消隱與消隱；　?。?）使用鍵盤的上下左右控制鍵旋轉(zhuǎn)消隱前后的球體；　　（4）單擊左鍵增加視距，右擊縮短視距；　　第2章總體設計　　2.1 球的消隱處理基本原理　　球體的曲面通常采用一組網(wǎng)格

10、多邊形來表示，即把曲面離散成許多小平面片，用平面逼近曲面，一般使用許多四邊形來逼近曲面。網(wǎng)格四邊形愈多，逼近曲面的精度就愈高，逼近效果就愈好，曲面看起來就越光滑。一般根據(jù)實際需要來確定合適的逼近精度即網(wǎng)格多邊形數(shù)目。當曲面表示為一組網(wǎng)格多邊形時，消隱處理的主要工作是確定各網(wǎng)格多邊形的可見性，由此可用平面立體的算法對曲面進行消隱處理。　　球面的參數(shù)方程為：&l

11、t;/p>　　x=R· sina·cosβ　　y=R· sina· sinβ (0≤a≤π, 0≤β≤2π)　　z=R· cosa　　設兩個參數(shù)a和β對球面進行網(wǎng)格化，當相鄰的曲線參數(shù)分別為a

12、1、a2、β1、β2時，構成四邊形網(wǎng)格P0P1P2P3，其外法線N表示如下：　　N= P0P1×P1P2　　對N進行單位化：n={nx，ny，nz}= n/|N|　　若設視方向為S，其平行于y軸： S={0，1，0}　?、?n·S= ny≥0，網(wǎng)格可見

13、，畫出；　?、?n·S= ny<0，網(wǎng)格不可見，不畫 　　2.2 具體設計實現(xiàn)　　(1) 掌握運行環(huán)境Visual C++編程、調(diào)試方法，熟練掌握OpenGL的使用，并能將兩者相結合完成實驗設計；　　(2) 理解球體背面剔除消隱算法的基本原理；</p

14、>　　(3) 利用OpenGL中的函數(shù)繪制一個線框球并顯示出來。具體方案如下：　?。╝）先通過透視投影變換繪制出小四邊形平面片，進行球體線框模型的繪制。　?。╞）完成球體的繪制后，進行設置球體的旋轉(zhuǎn)效果，根據(jù)球體背面剔除消隱算法來完成球體的動態(tài)消隱。　?。╟）創(chuàng)建右鍵菜單顯示消隱效果，

15、右鍵菜單有未消隱和消隱兩個選項。　?。╠）設置使用鍵盤的上下左右控制鍵旋轉(zhuǎn)消隱前后的球體。　?。╡）設置單擊鼠標左鍵增加視距，右擊縮短視距。　?。╢）編寫主函數(shù)，然后編寫以上思想的子函數(shù)，對整個程序進行基本的代碼編寫，分模塊完成所要求的各個功能，最后進行代碼的運行和調(diào)試。

16、　　第3章詳細設計　　3.1 程序流程圖　　程序主流程圖　　3.2調(diào)試后正確的程序清單　　#include <GL/glut.h></p&

17、gt;　　#include <stdlib.h>　　#define NO_XIAOYIN 1　　#define XIAOYIN 2　　static float a=1.0f,b=0.0f,c=0.0f;　　GLfloat rtri,r

18、=1.0f; //旋轉(zhuǎn)角度　　bool bXiaoyin = true;　　void init(void) 　　{　　glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);

19、;　　glShadeModel(GL_SMOOTH);//設為smooth處理方式　　glEnable(GL_DEPTH_TEST);//激活深度測試　　}　　void display(void)　　{</b&

20、gt;　　glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); 　　//清除顏色緩存和深度緩存　　glLoadIdentity();　　glTranslatef(-1.0f,0.0f,-4.0f);//控制球的位置和

21、大小　　glRotatef(rtri,a,b,c);//旋轉(zhuǎn)　　glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);//控制球的顏色　　if(bXiaoyin)　　glutWireSphere(r, 45, 30 ) ; //初始化線框球球體圍繞z軸分割45&l

22、t;/p>　　次,球體沿著z軸分割30次　　else 　　{　　glDisable(GL_TEXTURE_2D);　　glColorMask(0,0,0,0);<

23、/p>　　glEnable(GL_DEPTH_TEST);　　glDepthFunc(GL_LESS);　　glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);　　glPolygonOffset(1.1f, 4.0f);<p

24、>　　glEnable (GL_POLYGON_OFFSET_FILL); 　　//auxSolidSphere(1.0);　　glutSolidSphere (r, 45, 30 ) ;//實心球　　glDisable (GL_POLYGON_OFFSET_FILL);&

25、lt;p>　　glColorMask(1, 1, 1, 1);　　glPolygonMode (GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE); 　　//auxSolidSphere(1.0);　　glutSolidSphere (r, 45, 30 ) ; &

26、lt;p>　　}　　glutSwapBuffers(); //交換雙緩存　　}　　void reshape (int width, int height) //對屏幕窗口的形狀進行調(diào)整

27、;　　{　　glViewport(0, 0, width, height); 　　glMatrixMode(GL_PROJECTION);　　glLoadIdentity();　　gluPerspective(45.0f, (GLfl

28、oat)width/(GLfloat)height, 0.1f, 100.0f);　　glMatrixMode(GL_MODELVIEW);　　glLoadIdentity();　　}　　void processMenuEvents(

29、int option)//此函數(shù)處理根據(jù)菜單選項來執(zhí)行的動作　　{　　switch (option) {　　case 1:　　bXiaoyin = true;<p&

30、gt;　　glutPostRedisplay();　　break;　　case 2:　　bXiaoyin = false;　　glutPostRedisplay();<

31、;p>　　break;　　}　　}　　void createGLUTMenus()//創(chuàng)建菜單　　{</p

32、>　　int menu;　　menu = glutCreateMenu(processMenuEvents);　　glutAddMenuEntry("消隱",XIAOYIN);//在菜單中添加選項　　glutAddMenuEnt

33、ry("未消隱",NO_XIAOYIN);　　glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON);　　}　　void keyboard(unsigned char key, int x, int y) ////鍵盤控制球體的縮放</p

34、>　　{　　switch (key)　　{　　case 'o':　　r+=0.1f;</b

35、>　　glutPostRedisplay();　　break;　　case 'i':　　r-=0.1f;<

36、p>　　glutPostRedisplay();　　break;　　case 'x':　　exit(0);　　brea

37、k;　　default:　　break;　　}　　}　　v

38、oid keyboard1(int key,int x,int y)　　{　　switch(key)　　{　　case GLUT_KEY_LEFT://向左旋轉(zhuǎn)<p&

39、gt;　　a=0.0f;　　b=1.0f;　　c=0.0f;　　rtri-=2.0f;//減一個角度　　glutPostRedisplay();//重畫<

40、;/p>　　break;　　case GLUT_KEY_RIGHT://向右旋轉(zhuǎn)　　a=0.0f;　　b=1.0f;<b&g

41、t;　　c=0.0f;　　rtri+=2.0f;//加一個角度　　glutPostRedisplay();　　break;　　case GLUT_KEY_UP://向上旋轉(zhuǎn)

42、　　a=1.0f;　　b=0.0f;　　c=0.0f;　　rtri-=2.0f;　　glutPostRedisplay();<p

43、>　　break;　　case GLUT_KEY_DOWN://向下旋轉(zhuǎn)　　a=1.0f;　　b=0.0f;　　c=0.0f;<

44、/b>　　rtri+=2.0f;　　glutPostRedisplay();　　break;　　default:　　break;&

45、lt;/b>　　}　　}　　void mouse(int button, int state, int x, int y)//用鼠標實現(xiàn)放大縮小　　{&

46、lt;/p>　　switch (button)　　{　　case GLUT_LEFT_BUTTON:　　r+=0.1f;　　glutPostRedisplay();&l

47、t;/p>　　break;　　case GLUT_RIGHT_BUTTON:　　r-=0.1f;　　glutPostRedisplay();　　bre

48、ak;　　default:　　break;　　}　　}

49、int main(int argc, char** argv)　　{　　glutInit(&argc, argv);　　glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);<p

50、>　　//使用雙緩存模式和深度緩存　　glutInitWindowSize(800, 500); //窗口大小　　glutInitWindowPosition(200,200);//窗口在屏幕的位置　　glutCreateWindow("球體消隱");<p&

51、gt;　　init();　　glutDisplayFunc(display); //注冊重繪函數(shù)　　glutReshapeFunc(reshape);//注冊改變窗口形狀函數(shù) 　　glutKeyboardFunc(keyboard);//注冊鍵盤動作函數(shù)

52、　　glutSpecialFunc(keyboard1);//注冊特殊鍵盤動作函數(shù)　　glutIdleFunc(display);//設置空閑時調(diào)用的函數(shù)　　glutMouseFunc(mouse);//注冊鼠標動作函數(shù)　　createGLUTMenus();<p

53、>　　glutMainLoop(); //進入主循環(huán)等待事件發(fā)生　　return 0;　　}　　功能實現(xiàn)　　4.1程序運行結果<

54、/b>　　運行結果如下圖所示　　消隱前消隱后　　4.2 功能實現(xiàn)及分析　　此次程序設計運用計算機圖形學所學到的知識，基本完成了課程設計所要求的功能。以下為本

55、實驗能實現(xiàn)的功能：　　(1) 繪制了一個球體線框模型的透視投影圖，并使用背面剔除算法實現(xiàn)動態(tài)消隱，利用 glutWireSphere(r, 45, 30 ) ;函數(shù)初始化一個線框球，球體圍繞z軸分割45次,沿著z軸分割30 次　　(2) 通過右鍵菜單顯示消隱效果，右鍵菜單有兩個選項：未消隱與消隱，主要利用processMenuEvents（）函數(shù)和c

56、reateGLUTMenus()實現(xiàn)。processMenuEvents（）函數(shù)體是一個典型的switch語句。　　(3) 使用鍵盤的上下左右控制鍵旋轉(zhuǎn)消隱前后的球體；上鍵由內(nèi)向外旋轉(zhuǎn)，下鍵由外向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，左鍵向左旋轉(zhuǎn)，右鍵向右旋轉(zhuǎn)。　　(4) 單擊左鍵增加視距，右擊縮短視距，同時利用鍵盤字母“i”實現(xiàn)球體的縮小，字母“o”控制球體的放大，字母“x”為退出

57、窗口界面。　　第5章總結　　課程設計是對所學課程的一個綜合應用，是對所學課程掌握全面與否的檢驗。由于對OpenGL算法與VC++編程不是很熟悉，在設計過程中遇到了一些困難。不過通過老師、同學的指導，以及自己查閱相關資料，這些疑惑就全部解決了，因此課程設計才得以順利完成。

58、本次計算機圖形學的課程設計，使我對圖形學有了更深一步的認識，深切感受到圖形學在如今的廣泛應用，學到了許多新知識。OpenGL的圖形繪制函數(shù)有多種，我通過查詢資料一一弄懂各個函數(shù)的含義。然后根據(jù)消隱知識，掌握球體消隱算法的基本原理和算法思想，進而實現(xiàn)了球體的動態(tài)消隱。　　在程序設計過程中也存在不足，由于自身編程經(jīng)驗的缺乏，開始時遇到了一些困難。比如用程序?qū)崿F(xiàn)上下左右鍵盤對球體的控制，查了很多資料還

59、是沒找到，最后在同學的幫助下輕易的完成。認識到自己的不足，在以后的學習中我會努力改正。　　參考文獻　　1、計算機圖形學徐文鵬機械工業(yè)出版社 2009.02　　2、計算機圖形學實踐教程孔令德清華大學出版社 2008.05

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