计算机图形学实验报告2

计算机图形学实验报告

实验二、三维网格模型光顺

一、实验目的与基本要求：

（1）掌握Obj文件的读入；

（2）利用给定的数据结构类，建立读入网格模型数据结构；

（3）利用OpenGL类库，对三维模型进行绘制；

（4）利用OpenGL类库，增加采用鼠标交互方式对三维模型进行旋转、放缩、平移等操作；

（5）实现Laplacian方法的三维模型光顺操作，并观察三维模型光顺过程；

二、实验设备（环境）及要求

1. 操作系统：Windows XP 或Windows 7

2. 编程环境：Microsoft Visual Studio 2010，OpenGL 库函数

3. 界面框架：Win32，MFC，QT选择其中一种

三、实验内容与步骤

实验分为以下几个步骤：

（1）掌握Obj文件的读入顶点和面的个数；

（2）建立数组存储点的坐标及面上的点数；

（3）存储顶点的邻接面数，并记录每个顶点周围的邻接点

（4）计算每个面的法向

利用OpenGL类库，增加采用鼠标交互方式对三维模型进行旋转、放缩、平移等操作；（5）利用面法向及顶点坐标进行绘制几何体

（6）实现鼠标对物体旋转、平移、缩放的算法

（7）实现Laplacian方法的三维模型光顺操作，并观察三维模型光顺过程；

四、实现过程说明及成果展示：

（1）掌握Obj文件的读入顶点和面的个数；

由于obj文件的存储形式是

v x1 x2 x3;

…

f v1 v2 v3;

…

这种形式，所以在记录点和面的数量时，只需按行读取，然后再判断首字母是v/f即可

实现代码如下：

（2）建立数组存储点的坐标及面上的点数；

数组的大小由点数和面数决定，点数组和面数组均由0开始记录，故后面再用面对应点的时候，由于面上点是从1开始记录，故需要减1然后使用，代码如下：

（3）存储顶点的邻接面数，并记录每个顶点周围的邻接点

记录点邻接面的是新建一个数组，在读面的时候，将该面的序号存入对应点的数组中，然后再在每个面上取一点，记录到点的邻接点数组中，在每个面上取得的点为向外右手方向的下一个点，实现代码如下：

（4）计算每个面的法向

计算面的法向方式为面上右手方向上的两向量的叉乘得到，即

所用代码为：

（8）利用面法向及顶点坐标进行绘制几何体

用法向绘制的方式是

先用glNormal3fv(v)指出面的法向;再用glVertex3f传入面上点的坐标；由于我将glNormal3fv(v）中写在算法向所以我直接对此直接调用即可，代码如下：

（9）实现鼠标对物体旋转、平移、缩放的算法

平移：利用Transform函数和键盘事件来改变参数，w,s,a,d分别控制绘制的kitty猫的上下左右的移动：实现代码如下：

旋转：利用gllookat();函数设定了观察角度，并用鼠标事件改变参数，用实现观察视角的变化实现物体的旋转，代码如下：

缩放：运用glScalef方法和键盘事件改变参数，实现物体的放大和缩小，代码如下：

（10）实现Laplacian方法的三维模型光顺操作，并观察三维模型光顺过程；

Laplacian方法的原理是利用目标点与其所有邻接点平均后的点的差向量，对目标点的坐标进行变换的过程，具体方法是：

①建立每个点的邻接顶点数组，存储每个点的邻接点

②对每个顶点的邻接点进行求平均，即将邻接点的坐标求和后除以邻接点个数，从而得到邻接平均点

③得到优化向量

优化向量= 邻接平均点-目标点

④设定优化度参数λ，得到优化后的新坐标

新坐标= 目标点+ λ*优化向量

在程序中，对于第num个顶点，我设定的变量为

目标点vArr

邻接平均点v0

优化向量l

新坐标数组vNewArr

具体代码如下：

五、结果展示及说明

计算面法向后直接绘制（未光顺）：

光顺进行一次后

光顺多次后

利用点绘制结果为

旋转后

缩放后

平移后

六、心得体会

(1)计算面法向时法向量的方向没有运用右手方向，导致有的面法向向里，从而出现雪花

(2)在运用Laplacian算法进行求邻接平均点时未初始化邻接平均点数组，导致平均点的累加从而出现越光顺越粗糙的现象

(3)在obj文件中面对应顶点数和顶点数组的标号相差1.在运用的时候需减1，面从1开始记顶点，顶点数组从0开始记顶点

七、实验代码

#define GLUT_DISABLE_ATEXIT_HACK

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

using namespace std;

int v_num = 0; //记录点的数量

int f_num = 0; //记录面的数量

int vn_num = 0;//记录法向量的数量

int vt_num = 0;

GLfloat **vArr; //存放点的二维数组