哈工大计算机图形学大作业说明报告

哈尔滨工业大学<<计算机图形学>>大作业(2016年度春季学期)一、前言本次计算机图形学课程已经结束，本人掌握了一些基本的图形学相关知识，以及常用的一些图形学算法。

为了检验自己对于计算机图形学知识的掌握程度，本次大作业将基于学习过的图形学相关知识编写一个简单的图形学相关的小游戏。

本次作业编写使用的程序设计语言为一种新兴的图形艺术设计用的计算机语言Processing。

Processing是一种具有革命前瞻性的新兴计算机语言，它的概念是在电子艺术的环境下介绍程序语言，并将电子艺术的概念介绍给程序设计师。

它是Java 语言的延伸，并支持许多现有的Java 语言架构，不过在语法(syntax) 上简易许多，并具有许多贴心及人性化的设计。

Processing 可以在Windows、MAC OS X、MAC OS 9 、Linux 等操作系统上使用。

程序的运行需要Java环境和Processing环境，Processing环境可以在https:///download/下载，配置好Java环境后直接解压Processing文件包即可使用。

二、程序概述本次大作业要实现的是一个简单的三维空间的射击游戏，需要运用的多种三维空间图形的算法和图形绘制算法。

为了方便编写和提高运行效率，基本的图形绘制比如直线、矩形、圆的绘制直接采用内置函数。

主要实体有：公用实体（战机、敌机、炮弹的父实体），战机（玩家控制的对象和敌机对象）、玩家、敌机、炮弹。

主要难点：不同对象的移动（立体图形的坐标变换）、对象的绘制、击中判定。

三、设计过程（一）公用实体Chara公用实体是多个需要实现实体的父实体，需要满足其他一般实体的基本需求。

基本属性位置（三维向量）：pos移动速度（三维向量）：vel生命值（玩家用）：life移动矩阵（用于进行三维空间变换的矩阵，即三维齐次坐标矩阵）：matrix分类（玩家控制战机、敌机还是炮弹）：group初始化函数：Chara(float _x, float _y, float _z, float _radius, int _group) {pos.x = _x; pos.y = _y; pos.z = _z; //初始化位置radius = _radius; //初始化外观（立方体）边长life = 100.0; //初始化生命值group = _group;//初始化类型}类内函数：1.updateMatrix()//更新变换矩阵void updateMatrix() {matrix.m03 = pos.x; //m03对应矩阵中的x轴偏移量，设置为pos.x，表示将对象移动到这里，matrix.m13 = pos.y; //m13对应矩阵中的y轴偏移量，设置为pos.y，表示将对象移动到这里，matrix.m23 = //m23对应矩阵中的z轴偏移量，设置为pos.z，表示将对象移动到这里，}2.update()//更新坐标void update() {pos.x += vel.x; //x轴坐标加上速度的x分量表示坐标变化，下同pos.y += vel.y;pos.z += vel.z;}3.isHit(Chara chara)//判断是否被击中boolean isHit(Chara chara) {if(group==chara.group) return false;//类型相同不进行判断else return pos.dist(chara.pos) <= radius + chara.radius;//距离小于边长之和判定为击中}4.lookAt(PVector vz)//敌机使用，向玩家转移方向，输入是玩家指向敌机的向量void lookAt(PVector vz) {PVector vx = vz.cross(new PVector(0,1,0)); 做向量积求x方向分量vx.normalize();PVector vy = vz.cross(vx); //求y方向分量vy.normalize();matrix.set(vx.x, vy.x, vz.x, pos.x, vx.y, vy.y, vz.y, pos.y, vx.z, vy.z, vz.z, pos.z, 0, 0, 0, 1);//设置变换矩阵}5.accel(float speed)//对象加速void accel(float speed) {//使得速度向量的各个分量的绝对值变大即可。

vel.x += matrix.m02 * -speed; vel.y += matrix.m12 * -speed; vel.z += matrix.m22 * -speed;}6.drawShape()//绘制对象的基本形状void drawShape() {fill(255);//填充颜色box(radius);//绘制立方体}7.draw()//在绘制空间的对象所在位置绘制对象void draw() {pushMatrix(); updateMatrix(); applyMatrix(matrix);//应用变换矩阵变化坐标系统drawShape();//绘制形状popMatrix();//恢复坐标系统update();//更新对象位置}8.roll(float rotX, float rotY, float rotZ)//输入三个旋转角度实现三个轴的图形旋转void roll(float rotX, float rotY, float rotZ) {matrix.rotateY(radians(rotY));matrix.rotateX(radians(rotX));matrix.rotateZ(radians(rotZ));}（二）战机Fighter战机是玩家控制的对象以及敌机的对象，继承自公用实体Chara。

类内函数1.Fighter(float _x, float _y, float _z, float _radius, int _group)//初始化函数Fighter(float _x, float _y, float _z, float _radius, int _group) {//输入位置三维坐标、边长、和类型（玩家还是敌机）super(_x, _y, _z, _radius, _group);}2.shoot(int power, float radian)//发射炮弹Bullet shoot(int power, float radian) {Bullet bullet = new Bullet(pos.x, pos.y, pos.z, 7, group, power);//新建炮弹对象bullet.matrix.set(matrix);if(radian>0)bullet.roll(random_pm(radian), random_pm(radian), random_pm(radian));bullet.accel(70);bulletList.add(bullet);//添加到炮弹数组中管理return bullet;}（三）玩家Player玩家Player继承自战机Fighterclass Player extends Fighter {Player(float _x, float _y, float _z, float _radius) { super(_x, _y, _z, _radius, PLAYER); }void drawShape() {stroke(0, 255, 0, 64); strokeWeight(2); noFill();translate(0, 0, -10);box(radius, radius, radius*5);noStroke();}}（四）敌机Enemy敌机Enemy继承自战机Fighter，多一个自带属性“等级”Level，表示战机的不同速度等级。

类内函数1.Enemy(float _x, float _y, float _z, float _radius)//初始化函数Enemy(float _x, float _y, float _z, float _radius) {super(_x, _y, _z, _radius, ENEMY);level = int(random(3));//等级是随机数}2.update()//更新位置void update() {PVector vz = new PVector(pos.x-player.pos.x, pos.y-player.pos.y, pos.z-player.pos.z);vz.normalize();float leapLevel = 0.05 * (1 + level);vz.x = lerp(matrix.m02, vz.x, leapLevel);vz.y = lerp(matrix.m12, vz.y, leapLevel);vz.z = lerp(matrix.m22, vz.z, leapLevel);vz.normalize();lookAt(vz);accel(0.01 * level);super.update();if( millis()>3000*(1+level) && 0==(millis() % (100-level*20)) ) shoot(10, radians(10 + 10*level)); //隔时发射炮弹}（五）炮弹Bullet炮弹继承自公用实体Chara，增加属性“炮弹威力”power。

class Bullet extends Chara {int power;Bullet(float _x, float _y, float _z, float _radius, int _group, int _power) {super(_x, _y, _z, _radius, _group);power = _power;}void drawShape() {damage(0.5);if(group==PLAYER) stroke(0, 128, 255, 128);else stroke(255, 0, 0, 128);strokeWeight(4); fill(255);translate(0, radius*7, 0);box(radius, radius, radius*20);}}（六）爆炸效果爆炸效果继承自公用实体Chara，用扩大后消失的球体表现class Effect extends Chara {Effect(float _x, float _y, float _z, float _radius) { super(_x, _y, _z, _radius, EFFECT); }void drawShape() {damage(2);matrix.scale(1.04);matrix.rotateX(0.1);fill(255, 64, 32, map(life, 0, 100, 0, 128));sphereDetail(7); sphere(radius);}}四、效果演示1.初始界面：2.鼠标左键发射炮弹，右键加速行驶3.击中敌机触发爆炸效果五、运行指南1.需要配置安装Java环境，具体配置过程不再赘述：2.需要Processing环境，可以前往https:///download/?processing选择所需平台版本免费下载，不需要安装配置解压后即可使用解压后试点击processing应用程序图标运行processing，会自动完成配置完成后直接双击打开.pde文件即可。