图形学场景设计

1、计算机图形学课程设计报告题目 自然场景设计院（系、部）专业班级学号姓名成绩1设计目的与要求1.1设计题目自然场景设计1.2设计目的以小组合作的方式绘制一个自然场景，给绘制的实体添加纹理光照效果，进一步巩固所学知识，提高团队合作能力1 3设计要求(1) 采用真实感图形学技术设计一个自然场景(2) 模拟出水、云、山体等至少三种景物(3) 实现场景的漫游(4) 对设计出的图像进行光照处理(5) 将图片的纹理贴附到物体表面2总体设计2.1功能简介创建一个900*600的windows窗口，在窗口中显示冰箱、电灯、茶壶三个实体，根据电灯位 置在地面上绘制个实体的投影；为茶壶添加纹理；利用键盘的方向键控制

2、冰箱旋转，实现场 景漫游2. 2功能模块图2. 3软件各模块功能介绍2. 3.1冰箱和茶壶的绘制由四边形拼接出冰箱，通过平移旋转函数放置到指定位置，同时实现茶壶的绘制，在茶壶上添加纹理效果，通过平移旋转变换放置到冰箱上面2. 3. 2顶灯的绘制绘制出一个带灯罩的电灯，并且将光源放置在灯泡的位置2. 3. 3设置光照设置光照的各种参数，为场景添加光照效果，让实体具有立体效果2. 3.4纹理图片生成用数组存储一幅自己设计的纹理图片，方便实体添加纹理效果时的调用2. 3. 5影子生成根据需求为场景中的实体添加阴影效果，使得场景效果更加逼真2. 3. 6法向量设置为场景设置法向量，确保实体在不同的角度

3、都能被看到3详细设计及关键代码3. 1光照模块详细设计3.1.1光照设置功能设置光照的各种参数，为场景添加光照效果，让实体具有立体效果3.1.2光照设置设计1设置光照的初值包括：环境光照强度、漫反射光照强度、镜面反射光照强度、光源位置2在实体绘制函数中开启光照效果3.1.3具体代码实现glfloatambient light = 0. 3f, 0. 3f,1. 3f,1.of;glfloatdiffuselight= 0. 7f, 0. 7f,0. 7f,1.of;glfloat specular = 1. of, 1. of, 1. of, 1. of ;glfloatlightpos =

4、346. of, 400. of,-20. of,0.of ;glfloatspecref = 1. of,1. of, 1. of,1. of;void light (void)/光照函数glfloat points3 3 = -30. of, -149. of, -400. of , -30. of, -149. of, -420. of , 40. of, -149. of, -420. of ;glenable(gl depth test);glmatrixmode(gl projection);glfrontface(gl_ccw);/ counter clock-wise poly

5、gons face outglenable(gl cull face);g1materia1fv(gl_front_axd_back, gl_ambient, ambientlight); glmaterialfv(gl_front_axd_back, gl_dtffuse, diffuselight); glmaterialfv(gl ekont and. back, gl specular, specular): glmaterialf(gl_front_and_back, gl_shininess, 75); gllightfv(gl lighto,gl ambient, ambient

6、light);gllightfv (gl_light0, gl_diffuse, mffuselight); gllightfv(gl_ltghto, gl_specular, specular); gllightfv(gl 丄ighto, gl position, lightpos);glenable(gl_lighto);glenable(gl color material);glcolormaterial(gl_froxt, gl_ambient_axd_diffuse); glmaterialfv(gl_front, gl_specular, specref);glmateriali(

7、gl front, gl shininess, 128): glclearcolor(0. 4f, 0. 3f, 0. 6f, 1. of);gldepthfunc(gl less);glenable(gl_auto_normal);glenable(gl_normaltze); glfrontface(gl_ cw);3.1.4光照设置限制条件光源位置设置必须在预先设置好的空间中3.2纹理模块设置3.2.1纹理设置模块功能用数组存储一幅自己设计的纹理图片，通过设置对应坐标在指定的实体上添加纹理效果3. 2. 2纹理添加模块设计1>.利用三维数组存储纹理图片中每个点的颜色值，在给实体添加

8、纹理时调用纹理图片生成函数，将三维数组中存储的纹理图案添加到实体上2>.从文件中读取一张图片，按照需要将纹理图片添加到对应的实体上3. 2. 3纹理添加模块数据结构描述1>.所用数据结构为一个三维数组，用于存储纹理图片的每点颜色值2>.文件存储纹理图片3. 2. 4纹理添加模块具体实现代码1>.纹理图片自己绘制void get_mandeldrot_iinage(void)/生成纹理图片double min_a, max_a, min_b, max_b, stcp_a, stcp_b, a, b;int n=64,x, y, k, t;/n=180 for a juli

9、a setfloat scale二255. 0/n, width二300, height=400;for (x二0; x<width; x+)/b=min_b;for ( y=0; y<height; y+)k二(x/80+2)%2;t=(y/50+2)%2;if(t=o&&k=o)mandelbrot imagexy0=255;mandelbrot_imagexy1=255; mandelbrot_imagexy2=0;elsemandelbrot_imagexy0=255;mandelbrot_imagexyl=0; mandelbrot imagexy2=25

10、5;给实体添加纹理glpushattrib(gl_all_attrib_bits);glgentextures(l, &texture):glbindtexture(gl_texture_2d, texture);gltexparameteri(gl_textlre_2d, gl_texture_mag_filter, gl_nearest); gltexparameteri (gl textire 21), gl texture min filter, gl nearest);gltcxenvi(gl_textcre_env, gl_texture_env_mode, gl_repl

11、ace);get mandeldrot image();glteximage2d(gl_texture_2d, 0, gl_rgb, 300, 400, 0, gl_rgb, gl_unsigned_byte, hkindelbrot_image);glenable(gl texture 2d);glmatrixmodc(gl_textire);glmatrixmode(gl modelview);glcolor3f(1.0, 1.0, 0. 00);/glrotatef(90, l.of, 0. of, 0. of):gltranslated (0. of, 118. of, 一40. of

12、);glutsolidtcapot (15) ;/绘制茶壶 glpopattribo ;2>.纹理图片由文件读入aux kgbimagerec *loadbmp(char *eilename)/ 载入位图图象file *尺订e=null;文件句柄if (!filename)return null;file=fopen(filename, "abc");if (mie)fclose(f订e);return auxdlblmagcloacla(filcname);return null;int loaclgltcxturcs ()int status二false;aux_

13、rgbiinagerec *textur*etmagel;memset (textureimage, 0, sizeof (void *)*1);if (textureimage0 =loaclbmp(''menu, bmp")status二true;glgentextures(1, &texture0);glbindtexture(gl_texture_2d, texture0);/生成纹理glteximage2d(gl_texture_2d, 0, 3, textureimage0->sizex,textureimage0->sizey, 0,

14、 gl rgb, gl unsigned byte,textureimage0->data);gltexparaineteri(gl_textire_2d, gl_texture_min_f1lter, gl_linear) ; / 线形滤波 gltexparameteri(gl_texture_2d, gl_texture_mag_ftlter, gljjnear) ; / 线形滤波 if (texturclmageoj)if (texturelmageoj->data)free (textureimage0->data);free (texturelmage0);retu

15、rn status;/ 返回 status3. 2. 5纹理添加模块限制条件纹理图片添加时应注意比例3. 3法向量设置模块3. 3.1法向量设置模块功能为场景设置法向量，确保实体在不同的角度都能被看到3.3.2法向量设置模块设计首先用两个点算出一个向显，用同样的方法计算出另外一个向晁，对求的的两个向量做笛卡尔积求出平面的法向量3. 3.2法向量设置模块数据结构利用数组存储每个点的坐标值3.3.4法向量设置模块具体实现代码void calcnormal(float v33, float out3)float vl 31,丫2；staticconstintx =0：staticconstinty

16、=1;staticconstintz 二2;/ calculatetwo vectors from the three pointsvlx = v0 x - vlx;vly = v0y 一 vly;vlz = v0z 一 vlz;v2xj = vlx 一 vx;v2y = vly - v2y;v2z = vl z - vz;/ take the cross product of the two vectors to get/ the normal vector which wi11 be stored in outout x=vl y*v2z-vlz*v2y;outy=vl z*v2 x-vl

17、 x*v2z;outz=vlx*v2y-vly*v2x;/ normalize thevector(shortenlength to on巳)reducetounit (out);3. 4影子生成模块详细设计3.4.1影子生成模块功能根据需求为场景中的实体添加阴影效果，使得场景效果更加逼真3. 4. 2影子生成模块设计将所需要添加阴影效果的实体与投影面做求交运算，得到一个边界，将这个区域填充为黑色实现阴影效果3. 4. 3影子生成模块具体实现代码void drawjet(bool bshadow)float normal3;/ storeage for calculated surface n

18、onnal/ nose cone 111/1/i/ set material color, note we only have to set to black/ for the shadow onceif (!bshadow)glcolor3ub (0, 255, 200);else设置填充颜色为黑色 glcolor3ub(0, 0, 0);实体各点坐标3. 5顶灯绘制模块3. 5.1顶灯绘制模块功能绘制出一个带灯罩的电灯，并且将光源放置在灯泡的位置3. 5. 2顶灯绘制模块设计灯泡的绘制调用opengl库函数glutsol idsphere ()绘制一个球并为其添加颜色2>.灯罩绘制和

19、电线绘制调用opengi库函数glbegin(gl_quads)绘制一个独立填充四边形为其设置颜色，通过平移变换放置到合适位置，电线绘制与灯罩绘制方法类似3. 5. 3顶灯绘制模块具体实现代码void draw lampo/绘制电灯glcolor3f(. of, .of, .of);gl begin(gl_quads); 电线glvcrtcx3f(345, 500, -200);glvertex3f(347,500,-200);glvertex3f(347, 380,-200);glvertex3f(345, 380,-200);glendo ;glcolor3f(. of, 1. of,.

20、of);灯罩/glbegin(gl triangles);glbegin(gl_quads);glvertex3f(347,380,-200);glvertex3f(367, 360,-200);glvertex3f(325, 360,-200);glvertex3f(345,380,-200);glendo ;glcolor3f(2. of, 2. of,. of);灯泡gltranslated (346. of, 362. of, -200. of);glscalcf(0. 4, 0. 4, 0. 4);glutsolidsphere(25. of, 10, 10);3. 5. 4顶灯绘制

21、模块限制条件绘制j实体时应该注意绘制的先后顺序，最先绘制的实体将遮挡后面绘制的实体3. 6冰箱和茶壶绘制模块3. 6.1冰箱茶壶绘制模块功能由四边形拼接出冰箱，通过平移旋转函数放置到指定位置，同时实现茶壶的绘制，在茶壶上 添加纹理效果，通过平移旋转变换放置到冰箱上面3. 6. 2冰箱茶壶绘制模块设计1>.冰箱绘制调用opengl库函数g i beg i n (gl.quads)根据设计要求绘制独立填充四边形，由多个四边 形 组合成冰箱2>.茶壶绘制调用opengl库函数glutsol idteapot ()；绘制一个茶壶，通过平移旋转变换放置到指定位3. 6. 3冰箱茶壶绘制模块具

22、体实现代码绘制冰箱void draw_refrigerator () /绘制冰箱glpushmatrix 0;glcolor3f( 0. of, l.of, 0. of); gltranslated (210. of, 230. of, -40. of); glscalef (0. 6, 0. 6, 0. 6);glrotatef (yrot, 0. of, 1. of, 0. of); glutsolidteapot (12);/绘制茶壶 glpopmatrixo ;glpushmatrix ();glcolor3f (. of,. of,. of); glbcgin(gl_lines);g

23、lvertex3f(210. of, 230. of, -40. of); glvertex3f(165, 200,-50);glvertex3f(210. of, 230. of, -40. of); glvertex3f(215, 200, -50);glvcrtcx3f(210. of, 230. of, -40. of); glvertex3f(190,210, -90);glvertex3f(210. of, 230. of, -40. of); glvertex3f(240,210, -90);glend();glcolor3f(. of,. of,. of); glbegin(gl_quads);glvertex3f(165, 100, -50); glvertex3f(165, 102,-50); glvertex3f(215, 102, -50); glvertex3f(215, 100,-50);glendo ;glcolor3f(. of, .of, .of);glbegin(gl quads);glvertex3f(165, 130, -50);glvertex3f(165, 132, -50);glvertex