c用C语言设计实体光照模型-课程设计报告

1、学号16082202032016-2017学年第2学期实体光照模型课程名称题目：专业：班级：姓名：导教师:课程设计报告用C语言设计实体光照模型网络工程(对口)16 (3)指聂代应豪代美丽成绩计算机学院2017年4月25日计算机学院实体光照模型课程设计报告目录课程设计题目：实体光照模型一需求分析2二总体设计2三详细设计3四源代码11一需求分析如对长方体，建 立一个点光源，采用环境光和点光源漫反射光的光照模型，应用FLAT明暗处理方法，显示平行投影后的长方体光 照效果。二总体设计图形介绍1计算机学院实体光照模型课程设计报告三详细设计1、原理光照模型是真实感图形技术的重要组成部分，它主要研究的是如何

2、根据光 学物理的有关定律，采用计算机来模拟自然界中光照明的物理过程。本文通过对光源特性和物体表面特性、局部光照模型和整体光照模型的具体分析，完 成 对光照模型的系统阐述。关键词：光源特性、局部光照模型、全局光照模型、真实感图形2、详细分支定义三维齐次坐标结构和面的结构；定义顶点表和面表，对长方体绕X轴旋转和绕Y轴旋转。对每一个面计算其外法向量及可见性对每个可见面计算其光线向量，并判断其是否为背光面。计算每个见光面的环境光和点光源的漫反射分量。用该面的光强显示该可见面3、设计介绍(1)旋转变换绕X轴旋转变换的坐标表示 绕Y轴旋转变换的坐标表示(2)平行投影在XOYF面投影后坐标(3)环境光模型物

3、体没有受到光源的直射，但其表面仍有一定亮度，这是由于环境光的作用。表示环境光反射强度表示环境光反射率表示环境光入射强度(4)漫反射光模型漫反射光可认为是在点光源的照射下，光被物体表面吸收后，然后重新反射 出来的光。表示漫反射光强度表示漫反射反射率表示点光源入射强度大小入射光与物体表面法矢量夹角4、定义结构及分析i计算机学院实体光照模型课程设计报告(1)定义三维齐次向量结构体typedef struct Vector3D float x;float y;float z;iint f;/f表示所在的平面的编号VECTOR;(2)定义三维齐次坐标结构typedef struct tagHOMOCOO

4、RD float x;float y;float z;float w;HOMOCOORD;(3)定义面的结构typedef struct tagPLANE int v0, v1, v2, v3;VECTOR n;/外法向量HOMOCOORD center; / 中心点float Id;/漫反射光强计算机学院实体光照模型课程设计报告int flag;/标识符float kd;/漫反射率float ka;/环境光反射率float Ie;/环境光反射光强float I;/光强PLANE;(4)定义点的结构typedef struct tagMYPOINT float x,y;MYPOINT;(5)长

5、方体顶点定义及初始化ptsnew HOMOCOORDptnpts0.x 1; pts0.y 2; pts0.z 1;pts0.w1;pts1.x -1; pts1.y 2; pts1.z 1; pts1.w1;pts2.x -1; pts2.y -2;pts2.z1; pts2.w1;pts3.x 1; pts3.y -2;pts3.z1;pts3.w1;pts4.x 1; pts4.y 2; pts4.z -1;pts4.w1;pts5.x -1; pts5.y 2; pts5.z -1;pts5.w1;1计算机学院实体光照模型课程设计报告-1;pts7.w1;pts6.x -1; pts6

6、.y -2;pts6.z-1;pts6.w1;pts7.x 1; pts7.y -2;pts7.z；(6)面表fn6;facesnewfaces0.v00;faces1.v04;faces2.v05;faces3.v06;faces4.v07;faces5.v07;PLANEfn;faces0.v11;faces1.v15;faces2.v16;faces3.v17;faces4.v14;faces5.v16;faces0.v22;faces1.v21;faces2.v22;faces3.v23;faces4.v20;faces5.v25;faces0.v33;faces1.v30;faces

7、2.v31;faces3.v32;faces4.v33;faces5.v34;(7)定义点光源、1、点光源视线方向、光照方向illuminant.x-100;illuminant.y-100;illuminant.z100;Ia 0.5;Ip 0.5;2、视线方向/环境光入射强度/漫反射入射光强度1VECTOR eye_vec;计算机学院实体光照模型课程设计报告eye_vec.x 0;eye_vec.y 0;eye_vec.z -1;3、定义光照方向light_vec new VECTORfn;VECTOR vector62;fori0; i6; i+vectori0CalculateVect

8、orptsfacesi.v0,pts facesi.v1, i ;1pts facesi.v2, i ;vectori1 CalculateVectorptsfacesi.v0,(8)各面可见性计算和判断1、计算各个面的外法向量faces0.n VecCrossvector00, vector01fori0; i6; i+facesi.n VecCrossvectori0, vectori12、各个面的可见性判定float cos_angle;fori0; i6; i+计算机学院实体光照模型课程设计报告cos_angle-1.0*InnerProductfacesi.n,eye_vec/Get

9、Modulefacesi.n*GetModuleeye_vec;ifcos_angle0facesi.flagVISIABLE;elsefacesi.flagUNVISIABLE;3、计算各个面的中心点fori0; ifn; i+facesi.center.xptsfacesi.v0.x+ptsfacesi.v1.x+ptsfacesi.v2.x+ptsfacesi.v3.x/4.0f ;facesi.center.yptsfacesi.v0.y+ptsfacesi.v1.y+ptsfacesi.v2.y+ptsfacesi.v3.y/4.0f ;facesi.center.zptsfaces

10、i.v0.z+ptsfacesi.v1.z+ptsfacesi.v2.z+ptsfacesi.v3.z/4.0f ;facesi.center.wptsfacesi.v0.w+ptsfacesi.v1.w+ptsfacesi.v2.w+ptsfacesi.v3.w/4.0f1计算机学院实体光照模型课程设计报告4、计算各个面的光照方向fori0; ifn; i+light_veci CalculateVectorilluminant, facesi.center, EOF;5、计算各个面的漫反射光强fori0; ifn; i+facesi.IdIp*facesi.kd*-1*InnerProdu

11、ctfacesi.n,light_veci/GetModulefacesi.n*GetModulelight_veci;6、计算各个面环境光反射光强fori0; ifn; i+facesi.Ie facesi.ka*Ia;7、计算各个面光强（漫反射光强和环境反射光强之和）fori0; ifn; i+facesi.I facesi.Id+facesi.Ie ;/窗口-视区变换实现过程1计算机学院实体光照模型课程设计报告float wxl-5,wxr5,wyb-5,wyt5;int vxl0,vxr800,vyb0,vyt600;(9)窗口 -视区变换int aintvxr-vxl/wxr-wxl

12、;int bintvxl-wxl*a;int cintvyt-vyb/wyt-wyb;int dintvyb-wyb*c;fori0;iptn;i+pts2Di.xa*ptsi.x+b;pts2Di.yc*ptsi.y+d;(10)路径填充CBrushBrush;Brush.CreateSolidBrushRGBfacesj.I*255,facesj.I*255,facesj.I*255+40;pd.SelectObject&Brush;pd.BeginPath;pd.MoveTop0;forint i1;i4;i+1计算机学院实体光照模型课程设计报告pd.LineTopi;pd.Li

13、neTop0;pd.EndPath;pd.FillPath;Brush.DeleteObject;四源代码Draw3DView.h 文件typedef struct Vector3D体 float x;float y;float z;int f;VECTOR;typedef struct tagHOMOCOORD结构/定义三维齐次向量结构/f表示所在的平面的编号/定义三维齐次坐标 float x;float y;float z;float w;i计算机学院实体光照模型课程设计报告HOMOCOORD;；typedef struct tagPLANE int v0, v1, v2, v3;VECT

14、OR n;HOMOCOORD center;float Id;int flag;float kd;float ka;float Ie;float I;PLANE;typedef struct tagMYPOINT/定义面的结构/外法向量/中心点/漫反射光强/漫反射率/环境光反射率/环境光反射光强/光强/定义点的结构，需要浮点数的x,y float x,y;MYPOINT;public:VECTOR CalculateVectorHOMOCOORD start, HOMOCOORD end, int face;/计算一个3维向量的函数，1计算机学院实体光照模型课程设计报告从start点指向end

15、点的属于face面的向量VECTOR VecCrossVECTOR vecl, VECTOR vec2;/计算两个向量叉积，即外法向量float InnerProductVECTORvecl, VECTOR vec2;float GetModuleVECTORvoid RotateYint angle;void RotateXint angle;void DrawMy3DGraphics;virtual CDraw3DView;protected:HOMOCOORD illuminant;float Ip;float Ia;VECTOR *light_vec;HOMOCOORD *pts;/计

16、算两个向量的内积vec; /计算向量的模绕y轴逆时针旋转绕x轴逆时针旋转/绘制长方体/定义光源坐标/定义光源光强/环境光光强/各个面的光照方向指针/三维顶点指针MYPOINT *pts2D;/自定义的二维浮点数结构，表示变换后的二维点PLANE *faces;/长方体的面指针int ptn,fn;/顶点个数与面的个数1Draw3DView.c 文件计算机学院实体光照模型课程设计报告int x_angle0;int y_angle0;void CDraw3DView:DrawMy3DGraphicsint i;/形体定义ptn8;ptsnew HOMOCOORDptn;/设置长方体pts0.x1

17、; pts0.y2;pts0.z1; pts0.w1;pts1.x-1;pts1.y2;pts1.z1;pts1.w1;pts2.x-1;pts2.y-2;pts2.z1; pts2.w1;pts3.x1;pts3.y-2;pts3.z1; pts3.w1;pts4.x1;pts4.y2;pts4.z-1;pts4.w1;pts5.x-1;pts5.y2;pts5.z-1;pts5.w1;pts6.x-1;pts6.y-2;pts6.z-1; pts6.w1;pts7.x1; pts7.y-2;pts7.z-1; pts7.w1;/ 给定义面的指针分配内存；fn6;facesnew PLANE

18、fn;/设置立方体各面faces0.v00;faces0.v11;faces0.v22;faces0.v33;faces1.v04;faces1.v15;faces1.v21;faces1.v30;faces2.v05;faces2.v16;1计算机学院实体光照模型课程设计报告faces2.v22;faces2.v31;faces3.v06;faces3.v17;faces3.v32;faces4.v07;faces4.v14;faces4.v33;faces5.v07;faces5.v16;faces5.v34;pts2Dnew MYPOINTptn;fori0; ifn; i+facesi

19、.ka0.8;facesi.kd0.8;/定义点光源illuminant.x-100;illuminant.y-100;illuminant.z100;Ia 0.5;Ip 0.5;/定义视线方向VECTOR eye_vec;eye_vec.x 0;eye_vec.y 0;eye_vec.z -1;/定义光照方向light_vec new VECTORfn;faces3.v23;faces4.v20;faces5.v25;RotateXx_angle;RotateYy_angle;定义并计算各个面的两条相交的向/旋转调用1计算机学院实体光照模型课程设计报告VECTOR vector62;fori

20、0; i6; i+vectori0CalculateVectorptsfacesi.v0,pts facesi.v1,i ;vectori1CalculateVectorptsfacesi.v0,pts facesi.v2,i ;/计算各个面的外法向量faces0.n VecCrossvector00, vector01;fori0; i6; i+facesi.n VecCrossvectori0, vectori1;/各个面的可见性判定float cos_angle;fori0; i6; i+cos_angle-1.0*InnerProductfacesi.n,eye_vec/GetModu

21、lefacesi.n*GetModuleeye_vec;ifcos_angle0facesi.flagVISIABLE;elsefacesi.flagUNVISIABLE;/计算各个面的中心点fori0; ifn; i+facesi.center.xptsfacesi.v0.x+ptsfacesi.v1.x+ptsfacesi.v2.x+ptsfacesi.v3.1计算机学院实体光照模型课程设计报告x/4.0f ;facesi.center.yptsfacesi.v0.y+ptsfacesi.v1.y+ptsfacesi.v2.y+ptsfacesi.v3.y/4.0f ;facesi.cen

22、ter.zptsfacesi.v0.z+ptsfacesi.v1.z+ptsfacesi.v2.z+ptsfacesi.v3.z/4.0f ;facesi.center.wptsfacesi.v0.w+ptsfacesi.v1.w+ptsfacesi.v2.w+ptsfacesi.v3.w/4.0f;/计算各个面的光照方向fori0; ifn; i+light_veci CalculateVectorilluminant, facesi.center, EOF;/计算各个面的漫反射光强fori0; ifn; i+facesi.IdIp*facesi.kd*-1*InnerProductface

23、si.n,light_veci/GetModulefacesi.n*GetModulelight_veci;/计算各个面环境光反射光强fori0; ifn; i+facesi.Ie facesi.ka*Ia;/计算各个面光强 fori0; ifn; i+1计算机学院实体光照模型课程设计报告facesi.I facesi.Id+facesi.Ie ;/平行投影变换fori0;iptn;i+ptsi.xptsi.x;ptsi.yptsi.y;/窗口-视区变换int aintvxr-vxl/wxr-wxl;int bintvxl-wxl*a;int cintvyt-vyb/wyt-wyb;int d

24、intvyb-wyb*c;fori0;iptn;i+pts2Di.xa*ptsi.x+b;pts2Di.yc*ptsi.y+d;/图形显示CClientDC pdthis;CPoint p4;forint j0; j6; j+iffacesj.flagVISIABLEp0CPointpts2Dfacesj.v0.x,pts2Dfacesj.v0.y;p1CPointpts2Dfacesj.v1.x,pts2Dfacesj.v1.y;p2CPointpts2Dfacesj.v2.x,pts2Dfacesj.v2.y;1计算机学院实体光照模型课程设计报告p3CPointpts2Dfacesj.v3

25、.x,pts2Dfacesj.v3.y;/dc.SelectObjectpOld; /把画笔设置为原来的CBrush Brush;DKGRAY_BRUSH,RGB64,64,64;Brush.CreateSolidBrushRGBfacesj.I*255,facesj.I*255,facesj.I* 255+40;pd.SelectObject&Brush;pd.BeginPath;pd.MoveTop0;forint i1;i4;i+pd.LineTopi;pd.LineTop0;pd.EndPath;pd.FillPath;Brush.DeleteObject;void CDraw

26、3DView二RotateXintangle/ 绕 x 轴逆时针旋转float aangle*PI/180;forint i0;iptn;i+float y,z;yptsi.y; zptsi.z;ptsi.yy*cosa-z*sina;ptsi.zy*sina+z*cosa;void CDraw3DView:RotateYintangle 绕y轴逆时针旋转1计算机学院实体光照模型课程设计报告float bangle*PI/180;forint i0;iptn;i+float x,z;xptsi.x; zptsi.z;ptsi.xx*cosb+z*sinb;ptsi.z-x*sinb+z*cosb;VECTOR CDraw3DView:CalculateVectorHOMOCOORDstart,HOMOCOORD end, int face计算一个3维向量的函数，从start点指向end点的属于face面的向量VECTOR tempVector;tempVector.xend.x-start.x;tempVector.yend.y-start.y