计算机图形学课程设计

《计算机图形学》课程设计报告题目名称：球体背面剔除消隐算法专业计算机科学与技术班级计科15升-1班学号 1516353004姓名指导教师王玉琨2016 年 06 月 07 日目录设计内容与要求 (03)总体目标和要求 (03)内容与要求 (03)总体设计 (03)2.1 球的消隐处理基本原理 (03)2.2 具体设计实现 (04)详细设计 (04)3.1调试后正确的程序清单 (04)功能实现 (08)4.1程序运行结果 (09)4.2 功能实现及分析 (09)总结 (09)参考文献 (10)球体背面剔除消隐算法第 1章设计内容与要求1.1 总体目标和要求课程设计的目的：以图形学算法为目标，深入研究。

继而策划、设计并实现一个能够表现计算机图形学算法原理的或完整过程的演示系统，并能从某些方面作出评价和改进意见。

通过完成一个完整程序，经历策划、设计、开发、测试、总结和验收各阶段，达到：1) 巩固和实践计算机图形学课程中的理论和算法；2) 学习表现计算机图形学算法的技巧；3) 培养认真学习、积极探索的精神；4) 具备通过具体的平台实现图形算法的设计、编程与调试的能力；5) 完成对实验结果分析、总结及撰写技术报告的能力。

总体要求：策划、设计并实现一个能够充分表现图形学算法的演示系统，界面要求美观大方，能清楚地演示算法执行的每一个步骤。

开发环境：Viusal C++ 6.01.2 内容与要求球体背面剔除消隐算法内容：（1）掌握背面剔除消隐算法原理；（2）实现矢量点积与叉积运算；（3）透视投影变换（4）曲面体经纬线划分方法功能要求：（1）绘制球体线框模型的透视投影图，使用背面剔除算法实现动态消隐；（2）通过右键菜单显示消隐效果，右键菜单有两个选项：未消隐与消隐；（3）使用键盘的上下左右控制键旋转消隐前后的球体；（4）单击左键增加视距，右击缩短视距；第2章总体设计2.1 球的消隐处理基本原理球体的曲面通常采用一组网格多边形来表示，即把曲面离散成许多小平面片，用平面逼近曲面，一般使用许多四边形来逼近曲面。

网格四边形愈多，逼近曲面的精度就愈高，逼近效果就愈好，曲面看起来就越光滑。

一般根据实际需要来确定合适的逼近精度即网格多边形数目。

当曲面表示为一组网格多边形时，消隐处理的主要工作是确定各网格多边形的可见性，由此可用平面立体的算法对曲面进行消隐处理。

球面的参数方程为：x=R·sina·cosβy=R· sina· sinβ (0≤a≤π, 0≤β≤2π)z=R· cosa设两个参数a和β对球面进行网格化，当相邻的曲线参数分别为a1、a2、β1、β2时，构成四边形网格P0P1P2P3，其外法线N表示如下：N= P0P1×P1P2对N进行单位化：n={nx，ny，nz}= n/|N|若设视方向为S，其平行于y轴： S={0，1，0}① n·S= ny≥0，网格可见，画出；② n·S= ny<0，网格不可见，不画2.2 具体设计实现(1) 掌握运行环境Visual C++编程、调试方法，熟练掌握OpenGL的使用，并能将两者相结合完成实验设计；(2) 理解球体背面剔除消隐算法的基本原理；(3) 利用OpenGL中的函数绘制一个线框球并显示出来。

具体方案如下：（a）先通过透视投影变换绘制出小四边形平面片，进行球体线框模型的绘制。

（b）完成球体的绘制后，进行设置球体的旋转效果，根据球体背面剔除消隐算法来完成球体的动态消隐。

（c）创建右键菜单显示消隐效果，右键菜单有未消隐和消隐两个选项。

（d）设置使用键盘的上下左右控制键旋转消隐前后的球体。

（e）设置单击鼠标左键增加视距，右击缩短视距。

（f）编写主函数，然后编写以上思想的子函数，对整个程序进行基本的代码编写，分模块完成所要求的各个功能，最后进行代码的运行和调试。

第3章详细设计3.1调试后正确的程序清单#include <GL/glut.h>#include <stdlib.h>#define NO_XIAOYIN 1#define XIAOYIN 2static float a=1.0f,b=0.0f,c=0.0f;GLfloat rtri,r=1.0f; //旋转角度bool bXiaoyin = true;void init(void) {glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);glShadeModel(GL_SMOOTH);//设为smooth处理方式glEnable(GL_DEPTH_TEST);//激活深度测试}void display(void){glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);//清除颜色缓存和深度缓存glLoadIdentity();glTranslatef(-1.0f,0.0f,-4.0f);//控制球的位置和大小glRotatef(rtri,a,b,c);//旋转glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);//控制球的颜色if(bXiaoyin)glutWireSphere(r, 45, 30 ) //初始化线框球球体围绕z轴分割45 次,球体沿着z轴分割30次else{glDisable(GL_TEXTURE_2D);glColorMask(0,0,0,0);glEnable(GL_DEPTH_TEST);glDepthFunc(GL_LESS);glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);glPolygonOffset(1.1f, 4.0f);glEnable (GL_POLYGON_OFFSET_FILL);//auxSolidSphere(1.0);glutSolidSphere (r, 45, 30 ) //实心球glDisable (GL_POLYGON_OFFSET_FILL);glColorMask(1, 1, 1, 1);glPolygonMode (GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);//auxSolidSphere(1.0);glutSolidSphere (r, 45, 30 )}glutSwapBuffers(); //交换双缓存}void reshape (int width, int height) //对屏幕窗口的形状进行调整{glViewport(0, 0, width, height);glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();gluPerspective(45.0f, (GLfloat)width/(GLfloat)height, 0.1f, 100.0f);glMatrixMode(GL_MODELVIEW);glLoadIdentity();}void processMenuEvents(int option)//此函数处理根据菜单选项来执行的动作{switch (option) {case 1:bXiaoyin = true;glutPostRedisplay();break;case 2:bXiaoyin = false;glutPostRedisplay();break;}}void createGLUTMenus()//创建菜单{int menu;menu = glutCreateMenu(processMenuEvents);glutAddMenuEntry("消隐",XIAOYIN);//在菜单中添加选项glutAddMenuEntry("未消隐",NO_XIAOYIN);glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON);}void keyboard(unsigned char key, int x, int y) ////键盘控制球体的缩放{switch (key){case 'o':r+=0.1f;glutPostRedisplay();break;case 'i':r-=0.1f;glutPostRedisplay();break;case 'x':exit(0);break;default:break;}}void keyboard1(int key,int x,int y){switch(key){case GLUT_KEY_LEFT://向左旋转a=0.0f;b=1.0f;c=0.0f;rtri-=2.0f;//减一个角度glutPostRedisplay();//重画break; case GLUT_KEY_RIGHT://向右旋转a=0.0f;b=1.0f;c=0.0f;rtri+=2.0f;//加一个角度glutPostRedisplay();break;case GLUT_KEY_UP://向上旋转a=1.0f;b=0.0f;c=0.0f;rtri-=2.0f;glutPostRedisplay();break;case GLUT_KEY_DOWN://向下旋转a=1.0f;b=0.0f;c=0.0f;rtri+=2.0f;glutPostRedisplay();break;default:break;}}void mouse(int button, int state, int x, int y)//用鼠标实现放大缩小{switch (button){case GLUT_LEFT_BUTTON:r+=0.1f;glutPostRedisplay();break;case GLUT_RIGHT_BUTTON:r-=0.1f;glutPostRedisplay();break;default:break;}}int main(int argc, char** argv){glutInit(&argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);//使用双缓存模式和深度缓存glutInitWindowSize(800, 500); //窗口大小glutInitWindowPosition(200,200);//窗口在屏幕的位置glutCreateWindow("球体消隐");init();glutDisplayFunc(display); //注册重绘函数glutReshapeFunc(reshape);//注册改变窗口形状函数glutKeyboardFunc(keyboard);//注册键盘动作函数glutSpecialFunc(keyboard1);//注册特殊键盘动作函数glutIdleFunc(display);//设置空闲时调用的函数glutMouseFunc(mouse);//注册鼠标动作函数createGLUTMenus();glutMainLoop(); //进入主循环等待事件发生return 0; }第4章功能实现4.1程序运行结果运行结果如下图所示4.2 功能实现及分析此次程序设计运用计算机图形学所学到的知识，基本完成了课程设计所要求的功能。