计算机图形学课程设计

《计算机图形学》实验报告题目： 3D真实感场景绘制：郭继杰学号： 2014214168 班级：地信141 学院：理学院指导老师：解山娟日期： 2017年1月1日一、实验目的结合一学期所学计算机图形学知识，基于专业背景，使用OpenGL 绘制简单的3D真实感图形场景。

二、实验要求应用光栅化算法、多边形裁剪计算以及消隐算法在场景绘制中，其中真实感场景绘制包括颜色模型、纹理模型、雾化模型、运动模型以及环境光、漫反射、镜面反射等光照模型设置。

三、实验小组及任务分工四、实验容1.实验前期工作前期工作经过小组成员充分讨论，资料收集，最终确定小组实验模板为以下两幅场景。

目标是实现一艘简单3D帆船模型以及一辆3D小车模型2.程序编译环境：Visual Studio 20123.光照模型建立过程光照模型建立流程图:3.1设置光照模型相应指数3.2打开光源光照模型设计过程有两点注意的是：1、glShadeModel函数用于控制opengl中绘制指定两点间其他点颜色的过渡模式，参数一般为GL_SMOOTH、GL_FLAT，如果两点的颜色相同，使用两个参数效果相同，如果两点颜色不同，GL_SMOOTH会出现过渡效果，GL_FLAT 则只是以指定的某一点的单一色绘制其他所有点。

glShadeModel(GL_FLAT) 着色模式glShadeModel(GL_SMOOTH)着色模式（可以看出GL_SMOOTH模式下颜色更加光滑）2、需要使用光照模型时必须启用，glEnable(GL_LIGHTING)（启用灯源）、glEnable(GL_LIGHT0)（启用光源），否则所有灯光效果都会无效。

效果对比如下图所示。

（未启用灯光）（启用灯光）（未启用灯光）（启用灯光）4.颜色模型建立过程1.设定多边形图形：OpenGL利用glBegin()函数画图形样式，里面的参数表示图形样式，这里以glBegin(GL_QUADS)为例，GL_QUADS表示绘制由四个顶点组成的一组单独的四边形。

2.设定颜色：OpenGL利用glColor3f(a，b，c)函数设置图形颜色，里面的参数表示设定颜色的颜色。

3.坐标设定：OpenGL利用glVertex3f(a,b,c)函数设置图形坐标，里面的参数表示坐标的位置。

以跑道颜色模型为例：（未使用颜色模型）（使用颜色模型）5.雾化模型建立过程雾是生活中比较常见的现象，有了雾化模型，场景会比较逼真。

1.建立过程及参数设定如下：2.其中，设置雾气起始位置与结束位置可以使雾气浓度随运动模型变化。

3.效果对比（未使用雾化）（使用雾化）4.实验存在不足之处，由于本实验的场景绘制不是特别接近真实感，所以雾化模型的效果不是很好。

6．运动模型建立过程1. 本次实验的运动模型主要由键盘按键响应发生。

2. 设定键盘按键响应函数void specialKeyBoard(int key,int x,int y)在主函数入口设定设置当前窗口的特定键的回调函数glutSpecialFunc(specialKeyBoard);glTranslatef(0,0,0.1+delta_v);//表示将当前图形向x轴平移0，向y轴平移0，向z轴平移0.1+delta ,表示物体在这个坐标的时候开始绘制。

glutPostRedisplay();在图像绘制的所有操作之后，要加入 glutPostRedisplay()函数来重绘图像。

实现物体的移动glRotatef(1,0,1,0); //，旋转角度函数，表示小车往（0,1,0）向量方向逆时针旋转1°以上都是控制小车运动的函数，通过键盘响应来触发。

（向前运动）（旋转）7．纹理贴图过程①载入位图图像：AUX_RGBImageRec *LoadBMP(CHAR *Filename) //载入位图图象{FILE *File=NULL; //文件句柄if (!Filename) //确保文件名已提供{return NULL; //如果没提供，返回 NULL }File=fopen(Filename,"r"); //尝试打开文件if (File) //判断文件是否存在？{fclose(File); //关闭句柄return auxDIBImageLoadA(Filename); //载入位图并返回指针}return NULL; //如果载入失败，返回 NULL}②位图转化成纹理：int LoadGLTextures() //载入位图(调用上面的代码)并转换成纹理{int Status= FALSE; //状态指示器AUX_RGBImageRec *TextureImage[2]; //创建纹理的存储空间memset(TextureImage,0,sizeof(void *)*1);//将指针设为 NULL//载入位图，检查有无错误，如果位图没找到则退出if((TextureImage[0]=LoadBMP("Data/wenli.bmp"))&&(TextureImage[1]=LoadBMP("Data/wenli2.bmp "))){Status= TRUE; //将Status设为TRUEglGenTextures(2, &texture[0]); //创建纹理for(int loop=0;loop<2;loop++){glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[loop]);//绑定纹理glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);//设置滤波glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, TextureImage[loop]->sizeX, TextureImage[loop]->sizeY, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, TextureImage[loop]->data);//生成纹理}}for (int loop=0; loop<2; loop++){if (TextureImage[loop]!=NULL) //判断纹理是否存在{if (TextureImage[loop]->data!=NULL) //纹理图像是否存在{free(TextureImage[loop]->data); //释放纹理图像占用存}free(TextureImage[loop]); //释放图像结构}}return Status; //返回 Status}③调用纹理glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0]); //选择纹理glBegin(GL_QUADS); //开始绘制四边形glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 0.0f, 1.5f, 0.0f); // 纹理和四边形的右下glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f( 0.0f, 2.5f, 0.0f); // 纹理和四边形的右上glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f( 0.0f, 2.5f, 1.0f); // 纹理和四边形的左上glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f( 0.0f, 1.5f, 1.0f); // 纹理和四边形的左下glEnd();模型解读（1）创建纹理图像：OpenGL要求纹理的高度和宽度都必须是2的n次方大小，只有满足这个条件，这个纹理图片才是有效的。

一旦获取了像素值，我们就可以将这些数据传给OpenGL，让OpenGL生成一个纹理贴图：①glGenTextures(2, &texture[0])：创建纹理对象②glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[loop])：绑定纹理对象③glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, TextureImage[loop]->sizeX, TextureImage[loop]->sizeY, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, TextureImage[loop]->data)：将Pixels数组中的像素值传给当前绑定的纹理对象，于是便创建了纹理。

glTexImage函数的参数分别是纹理的类型，纹理的等级，每个像素的字节数，纹理图像的宽度和高度，边框大小，像素数据的格式，像素值的数据类型，像素数据。

（2）纹理滤镜：在纹理映射的过程中，如果图元的大小不等于纹理的大小，OpenGL便会对纹理进行缩放以适应图元的尺寸。

我们可以通过设置纹理滤镜来决定OpenGL对某个纹理采用的放大、缩小的算法。

调用glTexParameter来设置纹理滤镜。

如：glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);//设置放大滤镜glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);//设置缩小滤镜（3）纹理坐标：要使用当前的纹理绘制图元，我们必须在绘制每个顶点之前为该顶点指定纹理坐标。

只需调用glTexCoord2d(s:Double;t:Double);函数即可。

其中，s、t是对于2D纹理而言的s、t坐标。

对于任何纹理，无论纹理的真正大小如何，其顶端（左上角）的纹理坐标恒为(0,0),右下角的纹理坐标恒为(1,1)。

也就是说，纹理坐标应是一个介于0到1之间的一个小数。

纹理贴图前后对比效果见图5。

纹理贴图前纹理贴图后五、成果展示本次实验将两个模型进行改造，实现了一辆简单的小车以及一艘简单的帆船。

（小车模型）（帆船模型）六、心得体会计算机图形学本身是一门理论与实践都比较复杂的学科，从最开始二维图形的实现，到最后三维真实感场景的实现，都不是一个简单的过程，好的真实感场景实现需要多个模型的相互融合，在实验设计过程中，难免遇到困难，下面是本次实验总结出来的感受。

1.glEnable( )启动函数，无论是构造什么样的模型，都需要由这个函数来启动，如光照模型需要glEnable(GL_LIGHTING)，纹理贴图需要glEnable(GL_TEXTURE_2D);没有启动函数的作用，效果都是不可能是实现的。