球體背面剔除消隱算法課程設(shè)計報告

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一．設(shè)計內(nèi)容與要求…………………………………………2</p><p>　　1.1 總體目標(biāo)和要求……………………………………2</p><p>　　1.2 內(nèi)容與要求…………………………………………2</p><p>　　二．總體設(shè)計………………………

2、…………………………2</p><p>　　2.1 球的消隱處理基本原理……………………………2</p><p>　　2.2 具體設(shè)計實現(xiàn)………………………………………3</p><p>　　三．詳細(xì)設(shè)計…………………………………………………3</p><p>　　3.1 程序流程圖…………………………………………3</p>&

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

4、…………………… 11</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………… 11</p><p>　　球體背面剔除消隱算法</p><p>　　第1章 設(shè)計內(nèi)容與要求</p><p><b>　　總體目標(biāo)和要求</b></p><p>　　課程設(shè)計的目的：以圖形學(xué)算法為目標(biāo)，深入研究

5、。繼而策劃、設(shè)計并實現(xiàn)一個能夠表現(xiàn)計算機(jī)圖形學(xué)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(jìn)意見。通過完成一個完整程序，經(jīng)歷策劃、設(shè)計、開發(fā)、測試、總結(jié)和驗收各階段，達(dá)到：</p><p>　　鞏固和實踐計算機(jī)圖形學(xué)課程中的理論和算法；</p><p>　　學(xué)習(xí)表現(xiàn)計算機(jī)圖形學(xué)算法的技巧；</p><p>　　培養(yǎng)認(rèn)真學(xué)習(xí)、積極探索的精神；</p

6、><p>　　具備通過具體的平臺實現(xiàn)圖形算法的設(shè)計、編程與調(diào)試的能力；</p><p>　　完成對實驗結(jié)果分析、總結(jié)及撰寫技術(shù)報告的能力。</p><p>　　總體要求：策劃、設(shè)計并實現(xiàn)一個能夠充分表現(xiàn)圖形學(xué)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。</p><p>　　開發(fā)環(huán)境：Viusal C++ 6.0</p

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

8、;<b>　?。?）透視投影變換</b></p><p>　　（4）曲面體經(jīng)緯線劃分方法</p><p><b>　　功能要求：</b></p><p>　?。?）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；</p><p>　　（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；</p><p>　?。?）使用鍵盤的上下左右控制鍵旋轉(zhuǎn)消隱前后的球體；</p><p>　?。?）單擊左鍵增加視距，右擊縮短視距；</p><p><b>　　第2章 總體設(shè)計</b></p><p>　　2.1 球的消隱處理基本原理</p><p>　　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(dāng)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(jìn)行消隱處理。</p><p><b>　　球面的參數(shù)方程為：</b>&l

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

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

13、，畫出；</p><p>　?、?n·S= ny<0，網(wǎng)格不可見，不畫 </p><p>　　2.2 具體設(shè)計實現(xiàn)</p><p>　　(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(jié)合完成實驗設(shè)計；</p><p>　　(2) 理解球體背面剔除消隱算法的基本原理；</p

14、><p>　　(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：</p><p>　?。╝）先通過透視投影變換繪制出小四邊形平面片，進(jìn)行球體線框模型的繪制。</p><p>　?。╞）完成球體的繪制后，進(jìn)行設(shè)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。</p><p>　?。╟）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。</p><p>　　（d）設(shè)置使用鍵盤的上下左右控制鍵旋轉(zhuǎn)消隱前后的球體。</p><p>　　（e）設(shè)置單擊鼠標(biāo)左鍵增加視距，右擊縮短視距。</p><p>　?。╢）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(jìn)行基本的代碼編寫，分模塊完成所要求的各個功能，最后進(jìn)行代碼的運行和調(diào)試。</p><p>

16、<b>　　第3章 詳細(xì)設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1 程序流程圖</b></p><p><b>　　程序主流程圖</b></p><p>　　3.2調(diào)試后正確的程序清單</p><p>　　#include <GL/glut.h></p&

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

27、;<b>　　{</b></p><p>　　glViewport(0, 0, width, height); </p><p>　　glMatrixMode(GL_PROJECTION);</p><p>　　glLoadIdentity();</p><p>　　gluPerspective(45.0f, (GLfl

28、oat)width/(GLfloat)height, 0.1f, 100.0f);</p><p>　　glMatrixMode(GL_MODELVIEW);</p><p>　　glLoadIdentity();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　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</p><p><b>　　{</b></p><p>　　switch (option) {</p><p><b>　　case 1:</b></p><p>　　bXiaoyin = true;</p><p&

30、gt;　　glutPostRedisplay();</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 2:</b></p><p>　　bXiaoyin = false;</p><p>　　glutPostRedisplay();</p><

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

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

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

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

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

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

37、k;</b></p><p><b>　　default:</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　v

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

48、ak;</b></p><p><b>　　default:</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　

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

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

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

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

53、>　　glutMainLoop(); //進(jìn)入主循環(huán)等待事件發(fā)生</p><p><b>　　return 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　功能實現(xiàn)</b></p><p><b>　　4.1程序運行結(jié)果<

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

55、實驗?zāi)軐崿F(xiàn)的功能：</p><p>　　(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</p><p>　　(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。</p><p>　　(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)。</p><p>　　(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。</p><p><b>　　第5章 總結(jié)</b></p><p>　　課程設(shè)計是對所學(xué)課程的一個綜合應(yīng)用，是對所學(xué)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(shè)計過程中遇到了一些困難。不過通過老師、同學(xué)的指導(dǎo)，以及自己查閱相關(guān)資料，這些疑惑就全部解決了，因此課程設(shè)計才得以順利完成。</p><p>　　

58、本次計算機(jī)圖形學(xué)的課程設(shè)計，使我對圖形學(xué)有了更深一步的認(rèn)識，深切感受到圖形學(xué)在如今的廣泛應(yīng)用，學(xué)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(jìn)而實現(xiàn)了球體的動態(tài)消隱。</p><p>　　在程序設(shè)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(xué)的幫助下輕易的完成。認(rèn)識到自己的不足，在以后的學(xué)習(xí)中我會努力改正。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、計算機(jī)圖形學(xué) 徐文鵬 機(jī)械工業(yè)出版社 2009.02</p><p>　　2、計算機(jī)圖形學(xué)實踐教程 孔令德 清華大學(xué)出版社 2008.05 </p>