基于opengl的三維飛行器程序設計與仿真_畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 方法，利用這種方法的初衷主要是想盡可能的展示 OpenGL的一些基本功能 程序的主要功能 該程序主要是基于 OpenGL,實現對飛行器飛行過程的仿真，模擬現實過程中飛機飛行的場景以及對飛機進行 具體的操作和控制 。 本論文研究重點 本文研究的重點主要是利用 OpenGL模擬現實中飛機的飛行場景以及對飛機進行操作和控制，重點是各種變換的體實現以及場景的繪制過程，還有飛機飛行過程中的一些列控制，主要是各種相關數據的獲取，因此，本論文實際上是一系列數據的操作過程。 基于 OpenGL 三維飛行器程序設計與仿真 3. 程序涉及知識詳解 基本框架 構建應用程序框架 應用 Visual C++ 建立一個基于 MFC 的應用程序框架 , 并將 VC 庫文件、 和 。同時還要修改工程 中的相關參數 ,即將 _CONLOLE改為 _WINDOWS,在 link項，在對象、模塊欄的前面加上 OpenGL 函數庫的調用有效。接下來應設置渲染窗口。OpenGL 的渲染處理完全不同于 Windows 的圖形設備接口 GDI。要使 Windows 的窗口格式為 OpenGL 所接受 ,需進行下面的其他設置。 建立圖形操作描述表 OpenGL 作圖窗口必 須設置為 WM_CLIPSIBLINGS 和 WM_CLIPCHILDREN 風格。 在 Windows98/20xx 系統下 , 窗口程序首先要處理設備描述表 (Device Contexts, DC), 它包括若干在窗口上如何顯示圖形的信息。而在 OpenGL 程序中 , 必須創建圖形操作描述表 ,這是 DC 中專用于 OpenGL的一種。但是 RC 不同于其他的 DC, 它只需要一個句柄就可以任意調用 OpenGL 函數 , 而其他 DC 調用每個 GDI 函數時都需要一個句柄。使用時先通過 wglCreateContext ( ) 函數創建一個 RC,然后調用 wglMakeCurrent ( ) 函數啟動它 , 就可在所定義的窗口內調用 OpenGL 函數繪制飛行器了。 設置像素格式 像素格式是對 Win32 API的另一種擴展，它指定了設備的繪圖屬性 , 包括繪圖界面的顏色表示模式、顏色位數、累積緩存區、深度緩存區和模板緩存區的位數。每個 OpenGL 顯示設備都支持某一特定的像素格式。在繪制創建環境之前，像素格式必須被設置和創建。像素格式用 PIXELFORMATDESCRIPTOR 結構來表示 , 通過設置這一結構的成員值使 之支持 OpenGL。建立了圖形操作描述表并初始化 PIXELFORMATDESCRIPTOR結構后 ,下一步就是將此結構傳遞給 ChoosePixelFormat( )函數，此函數會為設備描述表選擇像素格式 , 最后調用 SetPixelFormat( )將其設置為當前像素格式。 坐標變換 變換允許我們移動，旋轉和操作 3D世界中的實體。在介紹其他坐標變換之前，先說OpenGL中兩個基本的變換，這兩個變換在其他變換中起著重要的作用，是其他的變換的基礎。為了進行變換，基本就是用變換矩陣乘以想要變換的點，得到的結果 就是變換過的新的點，比如有一個點 P和變換矩陣 M，那么為了用變換矩陣 M來變換點 P，從而得到結西安科技大學畢業論文 11 果點 P’，應該像下面這樣做 : PMP *39。? (31) 為了進行變換，我們要使用在線性代數中被稱為的齊次坐標。 首先說 OpenGL中的平移：要對一個點進行平移變換，只需要將每個坐標軸的增量值加上要平移的點的原始坐標就行了 。也就是一些列點和矩陣相乘的操作：例如： 有個平移矩陣 : )23(1000100010001??zyxM 如果要用這個矩陣平移一個點，只要用這個矩陣乘以這個點的矢量矩陣，就像下面這樣： )33(1??zyxP )43(11*1000000010001* ??????zZyYxXZYXzyxPM 在本文中，飛機在沒有任何操作的情況下一直沿 z軸 飛行，這個操作過程調用的是OpenGL中的 gltranslate()函數，它的內部就封裝了上述的處理過程，對飛機模型說出的位置進行上述變換，使得飛機一直向前飛行； 接下來說旋轉變換： 旋轉變換主要運用了三角學，而且關于每個坐標軸的旋轉都有相應的不同的變換矩陣： 基于 OpenGL 三維飛行器程序設計與仿真 關于 x坐標軸的旋轉變換矩陣定義如下： )53(10000c o ss i n00s i nc o s00001???????X 在關于 x軸旋轉過程中，其 x軸保持不變 ，關于 y軸的選裝也是同樣的道理，要保持 y軸的坐標值不變，其變換矩陣如下所示： )63(10000c o ss i n000100s i n0c o s??????Y 同樣，關于 z軸的旋轉，保持 z軸值不變： )73(1000010000c o ss i n00s i nc o s???????Z 如果要讓一個點繞某一坐標軸旋轉，就用此坐標軸的旋轉乘以這個點，例如，講一個點繞 z軸旋轉，就像下面這樣： 西安科技大學畢業論文 13 )83(1??ZYXP 然后用這個點去和 Z軸的變換矩陣相乘，即得到這一點旋轉后的結果： )93(11c o s*s i n*s i n*c o s**1000010000c o ss i n00s i nc o s* ??????????????YXYXWZYXPZ 在飛機左右旋轉或者滾降的 過程中，飛機所在位置都是圍繞 Y軸或者 X軸在旋轉，雖然可以直接調用 OpenGL中的 glrotate()函數，但這個函數內部的計算過程全部類似于上面的處理過程。 定義了頂點以后，但在屏幕上顯示他們之前一共會發生 3中類型的變換：視圖變換，模型變換和投影變換。其中一些關鍵名詞的意思如下： 視圖：指定觀察者或照相機的位置； 模型：在場景中移動物體； 模型視圖：描述視圖和模型變換的對偶性； 投影：改變可視區域的大小或者重新設置它的形狀； 視口：這是一種偽變換，只是對窗口上的最終輸出進行縮放； 視覺坐標是進行變換 的一個非常重要的概念，它是根據觀察者的角度而言的，與可能發生的變換無關，我們可以把它看成是“絕對的”屏幕坐標。因此，視覺坐標表示一種固定的坐標系統。 視圖變換 視圖變換是場景所應用的第一個變換。它用于確定場景的拍攝點。在默認情況下，在透視投影中，觀察者是從原點向 Z軸的負方向望去。這個觀察點系相對于視覺坐標系統進行移動，以提供一個特定的拍攝點。當觀察點位于原點時，場景中所繪制的 Z值為正的物體就位于觀察者的后面。視圖變換允許把觀察點放在自己所希望的任何位置，并允許在任何方向上觀察場景。確定視 圖變換就像是在場景中放置照相機病讓他指向某個方向。作為總體原則，在進行任何變換之前必須先指定視圖變換。原因是視圖變換的效果相當于根據視覺坐標系統移動當前所使用的坐標系統。然后，根據最新修改的坐標系統進行其他所有的后續變換。從本質上說，它只是在繪制物體之前應用到一個虛擬物體之上的一種模型變換。 基于 OpenGL 三維飛行器程序設計與仿真 模型變換 模型變換用于對模型以及模型內部的特定物體進行操縱。它可以移動物體，對它們進行旋轉，或者對它們進行縮放。場景或者物體的最終外觀很大程度上取決于模型變換的應用順序。對于移動和旋轉，情況更是如此 。 投影變換 投影變換是在模型視圖變換之后應用到物體的頂點之上的。這種投影世紀定義了可視區域，并建立裁剪平面。裁剪平面是 3D空間的平面方程式， OpenGL用它來確定幾何圖形能否被觀察者所看到。更為具體的說，投影變換制訂了一個完成的場景（在所有的模型變換都已經完成之后）投影到屏幕上的最終圖像，它主要包括正投影以及透視投影， 在本文中主要利用透視投影。在正投影中，屏幕上所繪制的所有多邊形都按照指定的相對大小出現。直線和多邊形使用平行線直接映射到 2D屏幕上。這意味著不管物體有多遠，都仍然 按照相同的大小進行繪制，平面的出現屏幕上。這種類型的頭型通常用于渲染二維圖像和二維圖形。透視投影所顯示的場景更接近真實，他的標志性特點就是透視縮短，他會使遠處的物體看上去比相同大小的近處物體更小一些。 3D空間中平行的直線在觀察者眼里并不總是平行的。透視投影的優點是不必判斷直線將在什么地方交匯，也不必操心遠處的物體是如何變小的。我們所需要做的就是用模型視圖變換指定場景，然后應用透視視圖。 視區變換 視口變換：當上面的操作全部完成以后，最后所獲得的是場景的而為投影，將被投影到屏幕上的某個窗口 。這種到窗口坐標的映射是最后一個完成的變換，成為視口變換。通常，顏色緩沖區和窗口像素之間存在著一對一的對應關系。 紋理映射 紋理 究其本質，紋理就是有些圖案，其范圍可能包括了從條紋和簡單的形狀到自然圖案，可以是程序員自己生成的，也可以是現成的圖片。也可以說，紋理就是一個函數 textture(s,t),對于 s和 t在 0到 1之間的取值產生一個顏色或者亮度值。在本文的仿真中，紋理圖案使用的是現成的圖片。紋理可以是 2D， 3D， 4D紋理等，但我們文中使用的是 2D紋理，它通常是從圖像或者圖片文 件中載入的，文中使用的是從一幅 256*256的現成圖片中載入紋理數據，它是在程序運行是才生成紋理。 當我們將一個紋理映射應用到表面時，需要一種方式來定義其紋理在表面的方向，為此，我們使用所謂的參數坐標，其定義為（ s,t）對于常規的紋理映射來說， s,t的值處于數值 0到 1之間，就是（ 0， 1）。對于所要進行紋理映射的表面，其上的坐標的最大值和最小值決定了紋理映射的范圍，改變這些值就可以產生各種不同的紋理映射效果。 西安科技大學畢業論文 15 紋理數據 紋理數據在本次仿真設計中占有很重要的位置，紋理數據包括圖像的數 據以及紋理如何應用到具體的模型上去，這就涉及一個紋理坐標的問題。草地，天空，飛行器都使用紋理貼圖來增加圖形的真實感。 紋理數據主要指的是圖像載入內存時生成的數據，它存儲在一個數組中，數組的專業名字稱為紋理對象，其中，圖像的數據主要通過以下程序段載入內存而獲得的： AUX_RGBImageRec *Texture::LoadBMP(const char *Filename) // Loads A Bitmap Image { FILE *File=NULL。 File Handle if (!Filename) //Make Sure A Filename Was Given { return NULL。 // If Not Return NULL } File=fopen(Filename,r)。 // Check To See If The File Exists if (File) Does The File Exist? { fclose(File)。 // Close The Handle return auxDIBImageLoad(Filename)。 // Load The Bitmap And Return A Pointer } return NULL