计算机图形学课程设计

计算机图形学课程设计报告

《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

计算机图形学课程设计报告

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 金城 郭继杰 沈黎达 任务分工 纹理贴图，颜色模型，雾化模型 运动模型，光照模型 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：Visual Studio 2012

计算机图形学课程设计报告

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。

计算机图形学课程设计报告

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）

计算机图形学课程设计报告

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：

计算机图形学课程设计报告

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,int y)

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);

计算机图形学课程设计报告

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 { }

File=fopen(Filename,\); //尝试打开文件 if (File) //判断文件是否存在？ { }

returnNULL; //如果载入失败，返回 NULL

fclose(File); //关闭句柄

returnauxDIBImageLoadA(Filename); //载入位图并返回指针 returnNULL; //如果没提供，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 {

int Status= FALSE; //状态指示器

计算机图形学课程设计报告

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(\))&&(TextureImage[1]=LoadBMP(\\))) {

Status= TRUE; //将Status设为TRUE glGenTextures(2, &texture[0]); //创建纹理

for(int loop=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 (int loop=0; loop<2; loop++) { }

return Status;//返回 Status

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]); //释放图像结构

free(TextureImage[loop]->data); //释放纹理图像占用内存

}

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

计算机图形学课程设计报告

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。

计算机图形学课程设计报告

（小车模型）

（帆船模型）

六、 心得体会

计算机图形学课程设计报告

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient); //打开环境光 glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse); //打开漫反射光 glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular); //镜面反射光

glShadeModel(GL_SMOOTH); //明使用哪种着色技术，可以取值GL_FLAT和GL_SMOOTH。默认取值是GL_SMOOTH。

glEnable(GL_LIGHTING); //启用灯源

glEnable(GL_LIGHT0); //启用光源，必须启用，否则光照模型无效

glClearColor(1.0, 1.0,1.0,1.0); //glClear利用glClearColor函数设置好的当前清除颜色设置窗口颜色 glMatrixMode (GL_PROJECTION); glLoadIdentity ();

glOrtho(-10.0, 10.0, -10.0, 10.0, -10.0, 10.0);

glMatrixMode (GL_MODELVIEW); glLoadIdentity ();

glMatrixMode (GL_MODELVIEW); glGetFloatv(GL_MODELVIEW_MATRIX, M); glMatrixMode (GL_MODELVIEW); }

int main(intargc, char** argv) {

intbody_menu,wheel_menu,main_menu;

//cout<<\操作规则：（上下左右键控制汽车运动方向,a/k控制加速减速）\ glutInit(&argc,argv); glEnable(GL_TEXTURE_2D);

glEnable(GL_DEPTH_TEST); //启用深度测试。

glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH); glutInitWindowSize(500,500); glutInitWindowPosition(150,150); glutCreateWindow(\); init();

glColorMaterial(GL_FRONT,GL_DIFFUSE); glEnable(GL_COLOR_MATERIAL); glutSpecialFunc(specialKeyBoard); glutReshapeFunc(myReshape); glutDisplayFunc(mydisplay);

body_menu=glutCreateMenu(color_car_body_menu); glutAddMenuEntry(\,1); glutAddMenuEntry(\,2); glutAddMenuEntry(\,3);

计算机图形学课程设计报告

glutAddMenuEntry(\,4); glutAddMenuEntry(\,5);

wheel_menu=glutCreateMenu(color_car_wheel_menu); glutAddMenuEntry(\,1); glutAddMenuEntry(\,2); glutAddMenuEntry(\,3); glutAddMenuEntry(\,4); glutAddMenuEntry(\,5);

main_menu=glutCreateMenu(menu);

glutAddSubMenu(\,body_menu); glutAddSubMenu(\,wheel_menu);

glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON); }

glutMainLoop();//程序运行函数，glutMainLoop()。 return 0;

glutAddMenuEntry(\,3);

2. 帆船模型

#include #include #include #include #include #include

#pragmacomment(lib, \) #pragmacomment(lib, \) #pragmacomment(lib, \)

staticint shoulder1 = 0; staticint shoulder2 = 0; staticint hand=0; staticint turn1=0; staticint tag=0;

staticint turn=0 ; //转弯 staticfloat forward=0;//前进

计算机图形学课程设计报告

staticfloat elbow = 0 ,z=0; int w; int h;

int font=(int)GLUT_BITMAP_8_BY_13; char s[30];

intframe,timeOwn,timebase=0;

staticGLfloatxRot = 0.0f; staticGLfloatyRot = 0.0f; //是否停止转动

boolIsStop = false; //光照使用光源

GLfloatlightPos[] = { 1.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f };

GLfloat specular[] = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, -1.0f};//反射光 GLfloatspecref[] = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f };//

GLfloatambientLight[] = { 0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f};//环绕光 GLfloatspotDir[] = { 0.0f, 0.0f, -1.0f }; GLbooleanbEdgeFlag = true;

GLfloatfogcolor[]={0.5f,0.7f,0.5f,1.0f};

voidshowText(void);

voidresetPerspectiveProjection() ; voidsetOrthographicProjection() ; void Something();

voidrenderBitmapString(float x, float y, void *font,char *string); //设置背景

voidSetupRC(void) {

glEnable(GL_CULL_FACE); glEnable(GL_LIGHTING);

glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, ambientLight); glLightfv(GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE,ambientLight); glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPECULAR,specular); glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,lightPos);

glLightf(GL_LIGHT0,GL_SPOT_CUTOFF,30.0f); glLightf(GL_LIGHT0,GL_SPOT_EXPONENT,20.0f); glEnable(GL_LIGHT0);

glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);

glColorMaterial(GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE);

glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR,specref); glMateriali(GL_FRONT, GL_SHININESS,8);

计算机图形学课程设计报告

glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f ); }

GLuint texture[2]; // 存储一个纹理 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,\); // 尝试打开文件 if (File) // 文件存在么? {

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 {

int Status=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(\))&&(TextureImage[1]=LoadBMP(\\))) {

Status=TRUE; // 将 Status 设为 TRUE glGenTextures(2, &texture[0]); // 创建纹理

for(int loop=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,

模式

TextureImage[loop]->sizeY, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, TextureImage[loop]->data);//生成纹理

}

计算机图形学课程设计报告

} }

voidDrawCube(void) // 从这里开始进行所有的绘制 {

glLoadIdentity(); // 重置当前的模型观察矩阵 glRotatef(xRot,1.0f,0.0f,0.0f); // 绕X轴旋转 glRotatef(yRot,0.0f,1.0f,0.0f); // 绕Y轴旋转 glTranslatef(0.0f,0.0f,-10.0f); // 移入屏幕 5 个单位 glColor3f(1.0,1.0,0.0); glPushMatrix();

glTranslatef (forward,0.0,z);

glRotatef ((GLfloat) turn, 0.0, 1.0, 0.0);

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0]); // 选择纹理 glBegin(GL_QUADS); // 右面

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();

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[1]); // 选择纹理 glBegin(GL_QUADS); // 左面

glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-0.0f, 1.5f, 0.0f); // 纹理和四边形的左下 glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-0.0f, 1.5f, 1.0f); // 纹理和四边形的右下 glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-0.0f, 2.5f, 1.0f); // 纹理和四边形的右上

for (int loop=0; loop<2; loop++) { }

if (TextureImage[loop]!=NULL) { }

if (TextureImage[loop]->data!=NULL) { }

free(TextureImage[loop]);

free(TextureImage[loop]->data);

return Status; // 返回 Status

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wlb5.html