计算机图形学课程设计.docx

计算机图形学课程设计报告题目名称： 球体背面剔除消隐算法 专 业 计算机科学与技术班 级 计科15升-1班学 号 1516353004姓 名 指导教师 王玉琨2016 年 06 月 07 日 目 录 设计内容与要求03 总体目标和要求03 内容与要求03 总体设计03 2.1 球的消隐处理基本原理03 2.2 具体设计实现04 详细设计04 3.1调试后正确的程序清单04 功能实现 08 4.1程序运行结果09 4.2 功能实现及分析09 总结 09 参考文献 10球体背面剔除消隐算法 第 1章 设计内容与要求 1.1 总体目标和要求 课程设计的目的：以图形学算法为目标，深入研究。继而策划、设计并实现一个能够表现 计算机图形学算法原理的或完整过程的演示系统，并能从某些方面作出评价和改进意见。通过完成一个完整程序，经历策划、设计、开发、测试、总结和验收各阶段，达到： 1) 巩固和实践计算机图形学课程中的理论和算法； 2) 学习表现计算机图形学算法的技巧； 3) 培养认真学习、积极探索的精神； 4) 具备通过具体的平台实现图形算法的设计、编程与调试的能力； 5) 完成对实验结果分析、总结及撰写技术报告的能力。 总体要求：策划、设计并实现一个能够充分表现图形学算法的演示系统，界面要求美观大 方，能清楚地演示算法执行的每一个步骤。 开发环境：Viusal C+ 6.0 1.2 内容与要求 球体背面剔除消隐算法 内容： （1）掌握背面剔除消隐算法原理； （2）实现矢量点积与叉积运算； （3）透视投影变换 （4）曲面体经纬线划分方法 功能要求： （1）绘制球体线框模型的透视投影图，使用背面剔除算法实现动态消隐； （2）通过右键菜单显示消隐效果，右键菜单有两个选项：未消隐与消隐； （3）使用键盘的上下左右控制键旋转消隐前后的球体； （4）单击左键增加视距，右击缩短视距； 第2章 总体设计 2.1 球的消隐处理基本原理 球体的曲面通常采用一组网格多边形来表示，即把曲面离散成许多小平面片，用平面逼近曲面，一般使用许多四边形来逼近曲面。网格四边形愈多，逼近曲面的精度就愈高，逼近效果就愈好，曲面看起来就越光滑。一般根据实际需要来确定合适的逼近精度即网格多边形数目。当曲面表示为一组网格多边形时，消隐处理的主要工作是确定各网格多边形的可见性，由此可用平面立体的算法对曲面进行消隐处理。球面的参数方程为：x=Rsinacosy=Rsinasin(0a,02)z=Rcosa设两个参数a和对球面进行网格化，当相邻的曲线参数分别为a1、a2、1、2时，构成四边形网格P0P1P2P3，其外法线N表示如下：N=P0P1P1P2对N进行单位化：n=nx，ny，nz=n/|N|若设视方向为S，其平行于y轴：S=0，1，0nS=ny0，网格可见，画出；nS=ny0，网格不可见，不画2.2具体设计实现(1)掌握运行环境VisualC+编程、调试方法，熟练掌握OpenGL的使用，并能将两者相结合完成实验设计；(2)理解球体背面剔除消隐算法的基本原理； (3)利用OpenGL中的函数绘制一个线框球并显示出来。具体方案如下：（a）先通过透视投影变换绘制出小四边形平面片，进行球体线框模型的绘制。（b）完成球体的绘制后，进行设置球体的旋转效果，根据球体背面剔除消隐算法来完成球体的动态消隐。（c）创建右键菜单显示消隐效果，右键菜单有未消隐和消隐两个选项。（d）设置使用键盘的上下左右控制键旋转消隐前后的球体。（e）设置单击鼠标左键增加视距，右击缩短视距。（f）编写主函数，然后编写以上思想的子函数，对整个程序进行基本的代码编写，分模块完成所要求的各个功能，最后进行代码的运行和调试。第3章详细设计 3.1调试后正确的程序清单 #include #include #define NO_XIAOYIN 1 #define XIAOYIN 2 static float a=1.0f,b=0.0f,c=0.0f; GLfloat rtri,r=1.0f; /旋转角度 bool bXiaoyin = true; void init(void) glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f); glShadeModel(GL_SMOOTH);/设为smooth处理方式 glEnable(GL_DEPTH_TEST);/激活深度测试 void display(void) glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); /清除颜色缓存和深度缓存 glLoadIdentity(); glTranslatef(-1.0f,0.0f,-4.0f);/控制球的位置和大小 glRotatef(rtri,a,b,c);/旋转 glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);/控制球的颜色 if(bXiaoyin) glutWireSphere(r, 45, 30 ) /初始化线框球 球体围绕z轴分割45 次,球体沿着z轴分割30次 else glDisable(GL_TEXTURE_2D); glColorMask(0,0,0,0); glEnable(GL_DEPTH_TEST); glDepthFunc(GL_LESS); glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL); glPolygonOffset(1.1f, 4.0f); glEnable (GL_POLYGON_OFFSET_FILL); /auxSolidSphere(1.0); glutSolidSphere (r, 45, 30 ) /实心球 glDisable (GL_POLYGON_OFFSET_FILL); glColorMask(1, 1, 1, 1); glPolygonMode (GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE); /auxSolidSphere(1.0); glutSolidSphere (r, 45, 30 ) glutSwapBuffers(); /交换双缓存 void reshape (int width, int height) /对屏幕窗口的形状进行调整 glViewport(0, 0, width, height); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); gluPerspective(45.0f, (GLfloat)width/(GLfloat)height, 0.1f, 100.0f); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); void processMenuEvents(int option)/此函数处理根据菜单选项来执行的动作 switch (option) case 1: bXiaoyin = true; glutPostRedisplay(); break; case 2: bXiaoyin = false; glutPostRedisplay(); break; void createGLUTMenus()/创建菜单 int menu; menu = glutCreateMenu(processMenuEvents); glutAddMenuEntry(消隐,XIAOYIN);/在菜单中添加选项 glutAddMenuEntry(未消隐,NO_XIAOYIN); glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON); void keyboard(unsigned char key, int x, int y) /键盘控制球体的缩放 switch (key) case o: r+=0.1f; glutPostRedisplay(); break; case i: r-=0.1f; glutPostRedisplay(); break; case x: exit(0); break; default: break; void keyboard1(int key,int x,int y) switch(key) case GLUT_KEY_LEFT:/向左旋转 a=0.0f; b=1.0f; c=0.0f; rtri-=2.0f;/减一个角度 glutPostRedisplay();/重画 break; case GLUT_KEY_RIGHT:/向右旋转 a=0.0f; b=1.0f; c=0.0f; rtri+=2.0f;/加一个角度 glutPostRedisplay(); break; case GLUT_KEY_UP:/向上旋转 a=1.0f; b=0.0f; c=0.0f; rtri-=2.0f; glutPostRedisplay(); break; case GLUT_KEY_DOWN:/向下旋转 a=1.0f; b=0.0f; c=0.0f; rtri+=2.0f; glutPostRedisplay(); break; default: break; void mouse(int button, int state, int x, int y)/用鼠标实现放大缩小 switch (button) case GLUT_LEFT_BUTTON: r+=0.1f; glutPostRedisplay(); break; case GLUT_RIGHT_BUTTON: r-=0.1f; glutPostRedisplay(); break; default: break; int main(int argc, char* argv) glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH); /使用双缓存模式和深度缓存 glutInitWindowSize(800, 500); /窗口大小 glutInitWindowPosition(200,200);/窗口在屏幕的位置 glutCreateWindow(球体消隐); init(); glutDisplayFunc(display); /注册重绘函数 glutReshapeFunc(reshape);/注册改变窗口形状函数 glutKeyboardFunc(keyboard);/注册键盘动作函数 glutSpecialFunc(keyboard1);/注册特殊键盘动作函数 glutIdleFunc(display);/设置空闲时调用的函数 glutMouseFunc(mouse);/注册鼠标动作函数 createGLUTMenus(); glutMainLoop(); /进入主循环等待事件发生 return 0; 第4章功能实现4.1程序运行结果运行结果如下图所示4.2功能实现及分析此次程序设计运用计算机图形学所学到的知识，基本完成了课程设计所要求的功能。以下为本实验能实现的功能：(1)绘制了一个球体线框模型的透视投影图，并使用背面剔除算法实现动态消隐，利用glutWireSphere(r,45,30)函数初始化一个线框球，球体围绕z轴分割45次,沿着z轴分割30次 (2)通过右键菜单显示消隐效果，右键菜单有两个选项：未消隐与消隐，主要利用processMenuEvents（）函数和createGLUTMenus()实现。processMenuEvents（）函数体是一个典型的switch语句。(3)使用键盘的上下左右控制键旋转消隐前后的球体；上键由内向外旋转，下键由外向内旋转，左键向左旋转，右键向右旋转。(4)单击左键增加视距，右击缩短视距，同时利用键盘字母“i”实现球体的缩小，字母“o”控制球体的放大，字母“x”为退出窗口界面。 第5章总结 课程设计是对所学课程的一个综合应用，是对所学课程掌握全面与否的检验。由于对OpenGL算法与VC+编程不是很熟悉，在设计过程中遇到了一些困难。不过通过老师、同学的指导，以及自己查阅相关资料，这些疑惑就全部解决了，因此课程设计才得以顺利完成。本次计算机图形学的课程设计，使我对图形学有了更深一步的认识，深切感受到图形学在如今的广泛应用，学到了许多新知识。OpenGL的图形绘制函数有多种，我通过查询资料一一弄懂各个函数的含义。然后根据消隐知识，掌握球体消隐算法的基本原理和算法思想，进而实现了球体的