на тему рефераты Информационно-образоательный портал
Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,
на тему рефераты
на тему рефераты
МЕНЮ|
на тему рефераты
поиск
Модель трехмерной сцены и библиотека OpenGL

Модель трехмерной сцены и библиотека OpenGL

6

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет

им. первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Теплоэнергетический факультет

КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ

Курсовая работа

по дисциплине «Компьютерная графика»

Модель трехмерной сцены и библиотека OpenGL

Студент: Котовский В.В.

Екатеринбург,

2010

Формулировка задачи

Средствами графической библиотеки OpenGL построить динамическую трехмерную сцену, включающую заданные тело и поверхность вида z=f(x,y). Заданные графические объекты должны быть представлены в следующих видах:

· в виде каркасной модели, позволяющей видеть контуры примитивов, из которых составлены объекты;

· в виде реалистических изображений, построенных с учетом параметров источника освещения и параметров отражающих свойств материала;

· в виде объектов с наложенной на них текстурой.

Заданное тело: вентилятор.

Заданная поверхность: ,

где а, b - параметры.

Описание представления тела

Каркасные модели и поверхности могут быть представлены с помощью примитивов OpenGL, таких как:

Ч GL_LINES

Ч GL_LINE_STRIP

Ч GL_LINE_LOOP

Ч GL_TRIANGLES

Ч GL_TRIANGLE_STRIP

Ч GL_TRIANGLE_FAN

Ч GL_QUADS

Ч GL_QUAD_STRIP

Ч GL_POLYGON

Ч

Примитивы LINE могут быть использованы только для создание, например, сетки, поскольку нормали к ним не пропишешь и освещение на них не будет правильно отображаться.

Примитивы TRIANGLE и QUAD применимы для создания, пожалуй, всех поверхностей и тел - куб, пирамида, параллелепипед, сфера, цилиндр и т.д. С использованием TRIANGLE поверхности и тела получаются верно сглаженными при меньшем разбиении, нежели с QUAD.

Примитив POLYGON применим для получения круга.

В данной работе используются примитивы: GL_QUADS, GL_LINES, GL_POLYGON для построение каркасной модели тела, а для построения поверхности используется GL_QUADS.

Составные части модели вентилятора

Сетка

Сетка вентилятора составлена из трех основных частей

§ Круговая составляющая сетки

где bFan+17 - радиус окружности, rWeb - разбиение окружности

Фрагмент кода программы круговой составляющей сетки

q=0;

while(q<rWeb)

{

glBegin(GL_LINES);

glVertex3f(0,(bFan+17)*sin(q*2*M_PI/rWeb),(bFan+17)*cos(q*2*M_PI/rWeb));

glVertex3f(0,(bFan+17)*sin((q+1)*2*M_PI/rWeb),(bFan+17)*cos((q+1)*2*M_PI/

rWeb));

glEnd();

q++;

}

§ Дуговая составляющая сетки

где bFan+2 - радиус полуокружности, rWeb - разбиение окружности

Фрагмент кода программы дуговой составляющей сетки

int iWeb=0;

while(iWeb<rWeb)

{

glBegin(GL_LINES);

glVertex3f((bFan+2)*cos(iWeb*M_PI/rWeb),(bFan+2)*sin(iWeb*M_PI/rWeb)+15,0);

glVertex3f((bFan+2)*cos((iWeb+1)*M_PI/rWeb),(bFan+2)*sin((iWeb+1)*M_PI/rWeb)+15,0);

glEnd();

iWeb++;

}

§ Косой прут сетки

где a, b - параметры отрезка

Фрагмент кода программы косого прута сетки

glBegin(GL_LINES);

glVertex3f(bFan+2,15,0);

glVertex3f(bFan,rFan,0);

glEnd();

1. Винт

Винт вентилятора составлен из трех основных частей

§ Лопасть вентилятора

где bFan - половина ширины лопасти в основании, lFan - длина лопасти, N - разбиение лопасти

Фрагмент кода программы лопасти вентилятора

double bFan=5;

double lFan=15;

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture4);

float N=30;

float NNN=100;

int i=0;

while(i<N)

{

glBegin(GL_QUADS);

glTexCoord2d(i/N,0);

glNormal3f(-2*lFan*bFan*i/(N*N)*sin(i*M_PI/(1.5*N)), 2*bFan*bFan/(N*log(NNN))*(log(i+26)*i*sin(i*M_PI/(1.5*N))-log(i+25)*(i+1)*sin((i+1)*M_PI/(1.5*N))), 2*bFan*lFan*log(i+25)/(N*log(NNN)));

glVertex3f(-bFan*log(i+25)/log(NNN),lFan*i/N,-bFan*(i)/N*sin(i*M_PI/(N*1.5)));

glTexCoord2d(i/N,1);

glNormal3f(-2*lFan*bFan*i/(N*N)*sin(i*M_PI/(1.5*N)), 2*bFan*bFan/(N*log(NNN))*(log(i+26)*i*sin(i*M_PI/(1.5*N))-log(i+25)*(i+1)*sin((i+1)*M_PI/(1.5*N))),2*bFan*lFan*log(i+25)/(N*log(NNN)));

glVertex3f(bFan*log(i+25)/log(NNN),lFan*i/N,bFan*(i)/N*sin(i*M_PI/(N*1.5)));

glTexCoord2d((i+1.0)/N,1);

glNormal3f(-2*lFan*bFan*i/(N*N)*sin(i*M_PI/(1.5*N)), 2*bFan*bFan/(N*log(NNN))*(log(i+26)*i*sin(i*M_PI/(1.5*N))-log(i+25)*(i+1)*sin((i+1)*M_PI/(1.5*N))),2*bFan*lFan*log(i+25)/(N*log(NNN)));

glVertex3f(bFan*log((i+26))/log(NNN),lFan*(i+1)/N,bFan*(i+1)/N*sin((i+1)*M_PI/(N*1.5)));

glTexCoord2d((i+1.0)/N,0);

glNormal3f(-2*lFan*bFan*i/(N*N)*sin(i*M_PI/(1.5*N)), 2*bFan*bFan/(N*log(NNN))*(log(i+26)*i*sin(i*M_PI/(1.5*N))-log(i+25)*(i+1)*sin((i+1)*M_PI/(1.5*N))),2*bFan*lFan*log(i+25)/(N*log(NNN)));

glVertex3f(-bFan*log((i+26))/log(NNN),lFan*(i+1)/N, *(i+1)/N*sin((i+1)*M_PI/(N*1.5)));

glEnd();

i++;

}

§ Цилиндр, объединяющий лопасти вентилятора в винт

где M - разбиение цилиндра

Фрагмент кода программы цилиндра, объединяющего лопасти вентилятора в винт

M=30;

int qRoll=0;

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture2);

while (qRoll<M)

{

glBegin(GL_QUADS);

glTexCoord2d(0,qRoll/M);

glNormal3f(0,sin((2*M_PI*qRoll)/M),cos((2*M_PI*qRoll)/M));

glVertex3f(-1,sin((2*M_PI*qRoll)/M),cos((2*M_PI*qRoll)/M));

glTexCoord2d(0,(qRoll+1.0)/M);

glNormal3f(0,sin((2*M_PI*(qRoll+1))/M),cos((2*M_PI*(qRoll+1))/M));

glVertex3f(-1,sin((2*M_PI*(qRoll+1))/M),cos((2*M_PI*(qRoll+1))/M));

glTexCoord2d(1,(qRoll+1.0)/M);

glNormal3f(0,sin((2*M_PI*(qRoll+1))/M),cos((2*M_PI*(qRoll+1))/M));

glVertex3f(1,sin((2*M_PI*(qRoll+1))/M),cos((2*M_PI*(qRoll+1))/M));

glTexCoord2d(1,qRoll/M);

glNormal3f(0,sin((2*M_PI*qRoll)/M),cos((2*M_PI*qRoll)/M));

glVertex3f(1,sin((2*M_PI*qRoll)/M),cos((2*M_PI*qRoll)/M));

glEnd();

qRoll++;

}

§ Крышка на цилиндр

где M - разбиение круга

Фрагмент кода программы цилиндра, объединяющего лопасти вентилятора в винт

int M=30;

int qFan=0;

glBegin(GL_POLYGON);

while (qFan<M)

{

glNormal3f(1,0,0);

if(qFan<M/4)

{

glTexCoord2d(0,1-qFan*4/M);

}

if((qFan>=M/4)&&(qFan<M/2))

{

glTexCoord2d((qFan-M/4)*4/M,0);

}

if((qFan>=M/2)&&(qFan<3*M/4))

{

glTexCoord2d(1,(qFan-M/2)*4/M);

}

if(qFan>=3*M/4)

{

glTexCoord2d(1-(qFan-3*M/4)*4/M,1);

}

glVertex3f(1,sin((2*M_PI*qFan)/M),cos((2*M_PI*qFan)/M));

qFan++;

}

glEnd();

2. Стойка

Стойка вентилятора составлена из трех основных частей

§ Верхняя часть корпуса (полусфера)

где rFan - наибольший радиус в фигуре, iM, M - разбиения полусферы

Фрагмент кода программы верхней части корпуса (полусферы)

M=30;

int iM=30;

double phi, psi;

q=0;

int i=0;

while (q<M)

{

while (i<iM)

{

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2);

glBegin(GL_QUADS);

phi=(-(M_PI*(i))/iM); psi=((M_PI*(q))/M);

glNormal3f(-3*rFan*sin(phi),rFan*cos(phi)*sin(psi),rFan*cos(phi)*cos(psi));

glTexCoord2d((sin(phi)+1)/2,(cos(psi)+1)/2);

glVertex3d(*rFan*sin(phi)+bFan,rFan*cos(phi)*sin(psi), rFan*cos(phi)*cos(psi));

phi=(-(M_PI*(i+1))/iM); psi=((M_PI*(q))/M);

glNormal3f(-3*rFan*sin(phi),rFan*cos(phi)*sin(psi),rFan*cos(phi)*cos(psi));

glTexCoord2d((sin(phi)+1)/2,(cos(psi)+1)/2);

glVertex3d(*rFan*sin(phi)+bFan,rFan*cos(phi)*sin(psi), rFan*cos(phi)*cos(psi));

phi=(-(M_PI*(i+1))/iM); psi=((M_PI*(q+1))/M);

glNormal3f(-3*rFan*sin(phi),rFan*cos(phi)*sin(psi),rFan*cos(phi)*cos(psi));

glTexCoord2d((sin(phi)+1)/2,(cos(psi)+1)/2);

glVertex3d(*rFan*sin(phi)+bFan,rFan*cos(phi)*sin(psi), rFan*cos(phi)*cos(psi));

phi=(-(M_PI*(i))/iM); psi=((M_PI*(q+1))/M);

glNormal3f(-3*rFan*sin(phi),rFan*cos(phi)*sin(psi),rFan*cos(phi)*cos(psi));

glTexCoord2d((sin(phi)+1)/2,(cos(psi)+1)/2);

glVertex3d(*rFan*sin(phi)+bFan,rFan*cos(phi)*sin(psi), rFan*cos(phi)*cos(psi));

glEnd();

i++;

}

i=0;

q++;

}

§ Цилиндрический элемент стойки

Этот элемент стойки вентилятора состоит из цилиндров и кругов (крышки для цилиндров). Все они вызываются с помощью функции OpenGL - glCallList. Большая часть кода элементов вентилятора считывается программой лишь однажды, в СallLists, а вызов уже происходит неоднократно, по мере необходимости, в функции RenderGLScene(). Этот способ наиболее эффективен как для скорости работы программы, так и для редактирования готового кода программы, благодаря чему одинаковые примитивы (цилиндр, круг, квадрат, линии и т.д.) было легко использовать вызовом CallList и, применяя элементарные преобразования - поворот, перемещение, масштабирование объектов, видоизменять необходимым образом для получения данных элементов тела.

Элементы цилиндр и круг были описаны выше, поэтому не будем повторяться.

§ Ножка стойки

Этот элемент тела строится через функцию CallList, в которой задан квадрат, вызываемый 4 раза и масштабированный по разным координатам по разному.

Фрагмент кода программы ножек стойки вентилятора

//--- Квадрат

square=basis_leg+1;

glNewList(square,GL_COMPILE);

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture1);

glBegin(GL_QUADS);

glNormal3f(1,0,0);

glTexCoord2d(0,0);

glVertex3f(1,-1,-1);

glTexCoord2d(1,0);

glVertex3f(1,1,-1);

glTexCoord2d(1,1);

glVertex3f(1,1,1);

glTexCoord2d(0,1);

glVertex3f(1,-1,1);

glEnd();

glEndList();

//--- Ножка вентилятора

leg=square+1;

glNewList(leg,GL_COMPILE);

glCallList(square);

glRotatef(90,0,0,1);

glCallList(square);

glRotatef(90,0,0,1);

glCallList(square);

glRotatef(90,0,0,1);

glCallList(square);

glEndList();

3. Пульт управления

Пульт управления вентилятором составлен из четырех основных частей

§ Основание пульта

Элемент строится из цилиндра с разбиением уменьшенным до 4х.

Фрагмент кода программы основания пульта

M=4;

float qLeg=0;

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture5);

while (qLeg<M)

{

glBegin(GL_QUADS);

glNormal3f(0,sin(M_PI/4+qLeg*M_PI/2),cos(M_PI/4+qLeg*M_PI/2));

glTexCoord2d(0,qLeg/M);

glVertex3f(-1,sin((2*M_PI*qLeg)/M),cos((2*M_PI*qLeg)/M));

glTexCoord2d(0,(qLeg+1.0)/M);

glVertex3f(-1,sin((2*M_PI*(qLeg+1))/M),cos((2*M_PI*(qLeg+1))/M));

glTexCoord2d(1,(qLeg+1.0)/M);

glVertex3f(1,sin((2*M_PI*(qLeg+1))/M),cos((2*M_PI*(qLeg+1))/M));

glTexCoord2d(1,qLeg/M);

glVertex3f(1,sin((2*M_PI*qLeg)/M),cos((2*M_PI*qLeg)/M));

glEnd();

qLeg=qLeg+1.0;

}

§ Крышки для пульта

Элемент состоит из квадрата, фрагмент кода которого содержался еще в описании ножки стойки вентилятора.

§ Кнопки на пульте

Элемент состоит из цилиндра и круга, примитивов описанных ранее.

Описание освещения фигуры

Освещение тела происходит в OpenGL благодаря включению функции SetupLighting() с необходимыми параметрами и условиями, а также за счет правильной расстановки нормалей к примитивам, из которого состоит тело. Чтобы задаваемые нормали нормировались автоматически необходимо включить функцию - glEnable(GL_NORMALIZE);

Подробней остановимся на нахождении нормалей к отдельным элементам тела.

Всего нормали были найдены и прописаны в код программы для 6 примитивов, элементов тела.

1. Лопасть

Для определения нормалей лопасти, поскольку она представляет собой некую поверхность, была использована аналитическая формула для нахождения уравнения поверхности по трём точкам и формула для нахождения нормали к поверхности, что находится через частные производные уравнения поверхности.

- уравнение поверхности, D не считаем, поскольку оно не влияет на выбор нормали.

Тогда координаты для нормали функции glNormal3f(a1,a2,a3) ,будет высчитываться по следующим формулам:

Исходя из записи уравнения поверхности и формулам, выписанные для коэффициентов в этой формуле получим:

Проведя расчет по данным формулам, получим что:

Для одинаково верного отображения освещения лопасти вентилятора как с одной, так и с другой стороны пришлось прибегнуть к подключению двустороннего освещения с помощью функции glLightModelf(GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE, k), где к =1 для включения и к =0 для её вылючения.

2. Цилиндр

Чтобы определить нормаль для цилиндра нужно координату, что изменяется линейно оставить нулевой, а две другие координаты будут совпадать с соответствующими координатами цилиндра ввиду того, что в основании цилиндра лежит окружность.

В итоге получим координаты нормали:

(0,sin((2*M_PI*qRoll)/M),cos((2*M_PI*qRoll)/M));

3. Круг

Нормаль для круга определяется как перпендикуляр к этой поверхности.

4. Квадрат

Нормаль для квадрата определяется аналогичным образом как и для круга.

5. Параллелепипед

У параллелепипеда нормаль определяется перпендикуляром к каждой грани и значит для всей грани нормаль будет одна и направлена наружу.

6. Полусфера

Нормаль для полусферы определяется координатами самой фигуры, поэтому просто переписаны координаты из glVertex3f в glNormal3f.

Графическое представление тела с освещением

Описание наложения текстуры на тело

Для наложения текстур на тела, поверхности применяется функция SetupTextures(); В своей работе я использовал 4 вида текстуры, различных размеров. Текстура накладывается на цилиндр, параллелепипед, лопасть, квадрат. Способ наложения примитивно прост. По порядку разберёмся с каждой из фигур.

§ Цилиндр.

Для того, чтобы наложить текстуру на фигуру необходимо было абстрактно раскрутить цилиндр в ровную поверхность, прямоугольник и сопоставить координаты полученного прямоугольника с координатами текстуры, как показанно на рисунках.

§ Параллелепипед.

По аналогии с цилиндром абстрактно раскучиваем параллелепипед и наложим текстуру.

§ Лопасть.

На лопасть текстура накладывается также исходя из особенности посторения. Поскольку лопасть получается путем видоизменения прямоугольника, т.е. строится из прямоугольником накладывающихся сторонами друг на друга и поворачивающихся по мере наложения на некий угол, то на лопасть текстура накладывается по аналогии с прямоугольником, как это было показано на цилиндре.

§ Квадрат.

Текстура на квадрат накладывается один к одному с существующими координатами.

Графическое представление тела с текстурой

Описание представления поверхности

Поверхность строится перебором координат x и y в пределах от -N до N и вычислением для каждой пары (x,y) значения z.

Нормаль к поверхности в точке находятся через честные производные функции по x, y, z

Примечание: Поскольку при обходе циклов по i и j они оба обращаются в ноль, то для того, чтобы избежать выход из области действительных значений координат в выражения для вектора нормали по х и по у вписаны незначительные для конечного результата добавки.

Текстура на поверхность накладывается целиком и растягивается по размерам поверхности. Наложение происходит соотношением координат поверхности и координат текстуры так, что каждому QUAD, из которого строится поверхность, соотносится часть растрового изображения, разбивая его, свои образом, на сетку. Координаты текстуры для точки :

Графическое представление поверхности

Список используемой литературы

1. А.В. Боресков. Графика Трехмерной Компьютерной Игры на Основе OpenGL. М.: «Диалог-МИФИ»,2004

2. Ю.М. Боянковский, А.В. Игнатенко, А.И. Фролов. Графическая библиотека OpenGL. уч.-мет.пособие. Москва,2003

3. NeHe Tutorials


© 2003-2013
Рефераты бесплатно, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.