計算機圖形學第五次試驗報告

1、計算機圖形學實驗報告實驗H一真實感圖形一、實驗教學目標與基本要求初步實現(xiàn)真實感圖形，并實踐圖形的造型與變換等。二、理論基礎運用幾何造型，幾何、投影及透視變換、真實感圖形效果（消隱、紋理、光 照等）有關知識實現(xiàn)。.用給定地形高程數(shù)據(jù)繪制出地形圖；.繪制一（套）房間，參數(shù)自定。三.算法設計與分析真實感圖形繪制過程中，由于投影變換失去了深度信息，往往導致圖形的二 義性。要消除這類二義性，就必須在繪制時消除被遮擋的不可見的線或面， 習慣 上稱之為消除隱藏線和隱藏面，或簡稱為消隱，經過消隱得到的投影圖稱為物體 的真實圖形。消隱處理是計算機繪圖中一個引人注目的問題， 目前已提出多種算法，基本 上可以分為兩

2、大類： 即物體空間方法和圖象空間方法。物體空間方法是通過比 較物體和物體的相對關系來決定可見與不可見的；而圖象空間方法則是根據(jù)在圖象象素點上各投影點之間的關系來確定可見與否的。用這兩類方法就可以消除 凸型模型、凹形模型和多個模型同時存在時的隱藏面。.消隱算法的實現(xiàn).物體空間的消隱算法物體空間法是在三維坐標系中，通過分析物體模型間的幾何關系，如物體的 幾何位置、與觀察點的相對位置等，來進行隱藏面判斷的消隱算法。世界坐標系 是描述物體的原始坐標系，物體的世界坐標描述了物體的基本形狀。 為了更好地 觀察和描述物體，經常需要對其世界坐標進行平移和旋轉， 而得到物體的觀察坐 標。物體的觀察坐標能得到描述

3、物體的更好視角，所以物體空間法通常都是在觀 察坐標系中進行的。觀察坐標系的原點一般即是觀察點。 物體空間法消隱包括兩 個基本步驟，即三維坐標變換和選取適當?shù)碾[藏面判斷算法。選擇合適的觀察坐標系不但可以更好地描述物體，而且可以大大簡化和降低消隱算法的運算。因此，利用物體空間法進行消隱的第一步往往是將物體所處的 坐標系轉換為適當?shù)挠^察坐標系。這需要對物體進行三維旋轉和平移變換。常用的物體空間消隱算法包括平面公式法、徑向預排序法、徑向排序法、隔 離平面法、深度排序法、光線投射法和區(qū)域子分法。其中前三種算法最常用，它們的基礎都是背面消 隱原理。所謂背面消隱原理，即是相對觀察點來說朝向后面的物體表面是不

4、可見 的，應被隱藏。下面只對平面公式法作詳細介紹，其他方法可參看有關文獻。根據(jù)解析幾何原理，通過標準的平面方程可以判斷給定點是在平面的正面還是背面。平面公式法利用此原理來判斷觀察點位于物體表面的哪一面，如位于背面一側，則表面不可見，應被消隱；反之則可見。對物體的任意表面，可將其劃分為若干個平面，在根據(jù)平面上任意三點的坐標可以求得其平面方程。標準的平面方程為：Ax+By+Cz+D=0其中A、B C D為決定平面的常數(shù)。當把一個平面想象成一個凸型多面體 時，設觀察點坐標為（x, y, z）,如果：Ax+By+Cz+D=。則觀察點（x, y, z）是該平面表面上的一個點；Ax+By+Cz+D。則觀察

5、點（x, y, z）在凸型多面體內部（稱該表面是 不可見的或隱藏的）；Ax+By+Cz+D0,則平面不可見，應被隱藏；DIg 二 IagKag I pgKdg(L N) IpgKsg(RV)n.Ib = IabKaIpbKdb(L N)+IpbKsb(R V)n3)繪制真實感圖形下面我們采 OpenGL實現(xiàn)地球繞太陽的公轉和月球繞地球的公轉并自身帶有一 定速率的自轉。在 DrawScene函數(shù)中先畫太陽橢圓線(DrawSunEllipse),在畫太陽 (DrawSun(),其次地球(DrawEarth(),在畫地球橢圓線(DrawEarthEllipse(), 最后畫月亮(DrawMoon()

6、。下面分別介紹各個圖形是怎樣表現(xiàn)出來的。DrawSunEllipse():畫橢圓線是根據(jù)方程x*x/a*a+y*y/b*b=1 ;轉換為三角表達形式：x=a*cos(angle), y=b*sin(angle);使angle角度在0,2*PI中變化是繪點便可得到一個以點組成的橢DrawSun()：畫太陽比較簡單，直接綁定紋理(glBindTexture(),在繪球(gluSphere()即 可。DrawEarth()：想要在繪出地球的運行軌跡，即地球不論怎樣轉都在太陽的橢圓上，即須將進行模型平移(glTranslatef(),將當前的坐標系移到太陽橢圓的位置上來?？紤] 到繪制太陽和其橢圓時是在

7、當前坐標系上進行繪制的，現(xiàn)在平移至太陽橢圓上， 即 只需在 x , z軸上分別平移 x=a*cos ( angle) , z=b*sin ( angle),即 glTranslatef(x,0,z)；在到這個坐標系上來進行繪制；但此時地球并未隨地球而轉 動，想實現(xiàn)這個效果可將模型平移中的 x, z值變化，這里采用程序的多線程性， 這里在Revolution。中while (TRUE)循環(huán)所有的angle角度值。注意因為系統(tǒng) 處理速度較快，若不在x, z中設置相應的暫停函數(shù)，則很難看出效果，這里用 Sleep (20)來暫停。DrawEarthEllipse():繪制地球橢圓時，注意此時的坐標系

8、已在地球的位置上了，除非調用 glLoadIdentity()重置坐標系函數(shù)。同繪制太陽橢圓原理一樣，采用橢圓方程，只 不過這里的橢圓大小是太陽橢圓的7倍，即x= ( a/7.0) *cos (angle), z=(b/7.0)*sin(angle)DrawMoon ()：繪制月球，同樣月球是在地球的軌道上運行，同理，亦要平移 模型坐標系，使 x= (a/7.0) *cos (angle), z= (b/7.0)*sin(angle),同地球公轉一 樣設置在多線程函數(shù)中 Revolution (),調用glTransferf(x, 0, z)定位到地球軌跡 上，并實現(xiàn)月亮的公轉。5視角的變換和

9、視點的平移此程序可通過上、下鍵來進行視點位置的前移或后移；通過左右實現(xiàn)視線方 向的左右變換。通過PgUp鍵實現(xiàn)視線向上翻轉，通過PgDn實現(xiàn)實現(xiàn)向下翻轉： 在說其平移和變換時，先介紹 glLookAt ()函數(shù)，前三個函數(shù)為視點方向，中 間三個為參考點(=視點方向+實現(xiàn)方向)，后后三個參數(shù)為成像正立，一般設置 為 0 , 1 , 0。初始化視 x=0.0f,y=0.0f,z=5.0f;在定義視線位置 lx=0.0f,ly=0.0f,lz=-1.0f ; glLookAt(x,y,z,x+lx,y+ly,z+lz,0,1,0);視點位置平移：在xz平面內，僅需改變x, z值即可；前移：x+=lx

10、* (一定速值)； z+=lz* (一定速值)；同理，后移x-=lx* (一定速值)；z-=lz* (一定速值)； 視線方向改變：當視線向右變換時，此時視角(MoveAngel按一定速率自增)改 變，xz 平面內 lx, lz 值改變，即 lx=sin (MoveAngle) ,lz=-cos(MoveAngle)；同 理視線左邊換時，MoveAngle 按一定速率自減，使lx=sin (MoveAngle) ,lz=-cos(MoveAngle)；PgUp, PgDn的圖像翻轉實現(xiàn)：同理類似與視線的變換，只不過變換的平面不一 樣，PgUp和PgDn的上下翻轉是在yz平面內實現(xiàn)，且在視線上下變換的同時， y點的視點位置亦要隨之改變，這也就是翻轉與視線變換的不同之所在了。四、程序調試及結果的分析本程序運行環(huán)境為 VC下的opengl環(huán)境。實驗效果：按“上、下”鍵可實現(xiàn)視點的前移和后退。按“左、右”鍵可實現(xiàn)視線的左右變換。按“PgUp、PgDn”鍵可實現(xiàn)實現(xiàn)的圖像的翻轉。按“L”鍵可實現(xiàn)光源的啟用或關閉。由于實驗代碼比較長，本實驗暫不將代碼附在實驗報告中。運行結果展示:關閉燈光后:五.實驗心得及建議.通過這次實驗，我對 OPENGL有了進一步的了解，也增添了