西電計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 學(xué) 院： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名 使用OpenGL操作三維物體金字塔1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖褂肙penGL進(jìn)行三維圖形的繪制并能夠?qū)嵭衅揭?、旋轉(zhuǎn)和縮放和在光照等條件下的三維觀察。2、 實(shí)驗(yàn)概要設(shè)計(jì) 本次實(shí)驗(yàn)利用VS2010 Win32平臺(tái)和開(kāi)源圖形庫(kù)OpenGL完成了對(duì)一個(gè)金字塔的繪制和以不同方式實(shí)現(xiàn)觀察的操作，該模擬設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)基本的圖形操作功能。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，了解了圖形學(xué)里使用OpenGL的一些基于操作，了解直線、矩形的繪制操作、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)和縮操作、不同方式投影的OpenGL實(shí)現(xiàn)，不同觀察方式的OpenGL實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)包括模式選擇模塊、圖形繪制模塊、鍵盤(pán)鼠標(biāo)控制模塊。模

2、式選擇模塊實(shí)在win32控制臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，主要實(shí)現(xiàn)了選擇不同投影方式（透視投影或者正面投影），以及不同的觀察模式（變換物體，或者變換觀察點(diǎn)位置）。圖形繪制模塊，該模塊根據(jù)模式的選擇繪制圖形，渲染場(chǎng)景。主要實(shí)現(xiàn)空心矩形的繪制、投影、光照、對(duì)變換操作的響應(yīng)等。鍵盤(pán)鼠標(biāo)控制模塊，該模塊主要實(shí)現(xiàn)通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊來(lái)控制移動(dòng)，A，D控制縮放，方向鍵盤(pán)控制旋轉(zhuǎn)。（控制觀察點(diǎn)模式下“”控制觀察點(diǎn)與物體的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)縮放，“,A,D”控制觀察者的360度觀察，“S,W,”控制觀點(diǎn)的俯瞰或者仰視）3、 實(shí)驗(yàn)環(huán)境 Windows 10，Visual Studio 20154、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與完成情況1. 創(chuàng)建OpenGL開(kāi)發(fā)環(huán)境

3、2. 配置編譯環(huán)境3. OpenGL的初始化4. 繪制三維立體圖形5. 實(shí)現(xiàn)圖形的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放操作6. 調(diào)試程序5、 實(shí)驗(yàn)過(guò)程和步驟1、 三維圖形的繪制源代碼和實(shí)驗(yàn)效果 glBegin(GL_TRIANGLES); / 開(kāi)始繪制金字塔的各個(gè)面 glColor3ub(217,167,22); glNormal3f(0.0,2.0,4.0);/面的法向量 glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);/ 三角形的上頂點(diǎn)(前側(cè)面) glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 1.0f);/ 三角形的左下頂點(diǎn)(前側(cè)面) glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 1.0f);

4、/ 三角形的右下頂點(diǎn)(前側(cè)面) glNormal3f(4.0,2.0,0.0); glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);/ 三角形的上頂點(diǎn)(右側(cè)面) glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 1.0f); / 三角形的左下頂點(diǎn)(右側(cè)面) glVertex3f( 1.0f,-1.0f, -1.0f);/ 三角形的右下頂點(diǎn)(右側(cè)面) glNormal3f(0.0,2.0,-4.0); glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);/ 三角形的上頂點(diǎn)(后側(cè)面) glVertex3f( 1.0f,-1.0f, -1.0f); / 三角形的左下頂點(diǎn)(后側(cè)面) g

5、lVertex3f(-1.0f,-1.0f, -1.0f);/ 三角形的右下頂點(diǎn)(后側(cè)面) glNormal3f(-4.0,2.0,0.0); glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f); / 三角形的上頂點(diǎn)(左側(cè)面) glVertex3f(-1.0f,-1.0f,-1.0f); / 三角形的左下頂點(diǎn)(左側(cè)面) glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 1.0f); / 三角形的右下頂點(diǎn)(左側(cè)面) glEnd(); 圖1-1 彩色三維金字塔2、 三維金子塔的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放（1） 點(diǎn)的平移矩陣平移變換是把點(diǎn)沿著給定的方向移動(dòng)固定的距離，而在三維空間中，一般通過(guò)平移矩陣是實(shí)

6、現(xiàn)。p'=TP而平移變換矩陣：T=100010001xyaz0001 圖1-2 金字塔分別向左和向右平移（2） 點(diǎn)的縮放矩陣不動(dòng)點(diǎn)的縮放可以沿著三個(gè)坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行彼此獨(dú)立的縮放。同時(shí)，這三個(gè)方向的縮放矩陣可以表示為： p'=SP而平移變換矩陣：S=x000y000z0000 0 01 圖1-3 金字塔的放大和縮?。?） 點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣不動(dòng)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)相對(duì)而言很復(fù)雜，首先討論不動(dòng)點(diǎn)為原點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)，這樣旋轉(zhuǎn)就有三個(gè)自由度，分別獨(dú)立于三個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)。這樣，就有三個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣： 繞z坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的變換矩陣Rz=cos-sinsincos00000 00 01001 其中，繞x坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的變換矩

7、陣 Rx=100cos00-sin00 sin00 cos001 其中，繞y坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的變換矩陣Ry= cos001 sin000-sin000 cos001 因此，任何不動(dòng)點(diǎn)在原點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣都可以表示為 R=RzRyRx 圖1-4 金字塔沿x和y坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn) 圖1-5 金字塔繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)（4） 光照效果在本次實(shí)驗(yàn)中，讓金字塔暴露在普通的點(diǎn)光源之下，從而出現(xiàn)陰影效果。在這里，在屏幕右上方和左下方分別定義一個(gè)點(diǎn)光源。源代碼：glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,light_Position0);glLightfv(GL_LIGHT0,GL_AMBIENT,light_amb

8、ient0);glLightfv(GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE,light_diffuse0);glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPECULAR,light_specular0);glLightfv(GL_LIGHT1,GL_POSITION,light_Position1);glLightfv(GL_LIGHT1,GL_AMBIENT,light_ambient1);glLightfv(GL_LIGHT1,GL_DIFFUSE,light_diffuse1);glLightfv(GL_LIGHT1,GL_SPECULAR,light_specular1);在光照下，

9、金字塔的效果如圖： 圖1-6 在粉紅色光源下的金字塔 圖1-7 旋轉(zhuǎn)后的光照效果（5） 投影/ 產(chǎn)生透視投影 gluPerspective(60.0f, fAspect, 1.0, 400.0);/ 產(chǎn)生平面投影if (w <= h) glOrtho (-nRange, nRange, -nRange*h/w, nRange*h/w, -nRange*2.0f, nRange*2.0f); else glOrtho (-nRange*w/h, nRange*w/h, -nRange, nRange, -nRange*2.0f, nRange*2.0f)透視投影效果如下： 圖5-8 透視投

10、影6、 出現(xiàn)的問(wèn)題1. OpenGL的glut庫(kù)安裝錯(cuò)誤2. 編譯無(wú)法通過(guò)3. 提示OpenGL 函數(shù)參數(shù)錯(cuò)誤4. 圖形渲染的效果不能構(gòu)成立體圖形5. 無(wú)法顯示平移效果6. 光照時(shí)的法向量求解錯(cuò)誤7、 對(duì)問(wèn)題的解決辦法1. 對(duì)于問(wèn)題2發(fā)現(xiàn)是編譯頭出錯(cuò)，通過(guò)調(diào)節(jié)不是用編譯頭即可2. 通過(guò)不斷的查找安裝教程，發(fā)現(xiàn)安裝路徑錯(cuò)誤，更改過(guò)后就安裝正確3. 發(fā)現(xiàn)是字符集出錯(cuò)，不應(yīng)該使用unicode 字符集，更換為多字節(jié)的字符集程序正常。4. 坐標(biāo)設(shè)置出錯(cuò)，5. 平移的操作應(yīng)該在 GlBegin（）之前完成。6. 將不共面的三個(gè)點(diǎn)構(gòu)成兩個(gè)向量，再對(duì)這兩個(gè)向量求解叉積即可，不過(guò)得注意它的方向。8、 實(shí)驗(yàn)思考 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)有了初步的認(rèn)識(shí)，對(duì)OpenGL編程進(jìn)行了初步了解。通過(guò)對(duì)三維立體圖形的繪