基于opengl的三維飛行器程序設計與仿真_畢業論文-資料下載頁

【導讀】文章使用紋理貼圖的方法實現了對天空和地面的模擬，用多邊形組成了飛機，使用。鍵盤來實現對飛機的操作，同時添加了霧以及光照來增加場景的真實感。果比較符合預期要求，對實際操縱有一定的借鑒意義。最后還針對實際制作過程中提出。了一些建議以及改進的方法。

　　

【正文】 其他頂點 圖： 42 高程地形繪制示意圖 在對地形進行紋理映射時，每四個頂點就要制定一個紋理，因為紋理的形狀是矩形，而四個頂點就會定義一個由兩個三角形組成的四邊形。因此定義紋理坐標時，應該每個四邊形對應一個紋理，像下面這樣： 頂點 0 頂點 1 glTexCoord2f(,0) glTexCoord2f(,0) 頂點 2 頂點 3 glTexCoord2f(,0) glTexCoord2f(,0) 其他頂點 圖 43 高程紋理 坐標生成過程 每個四邊形對應一個紋理，這樣就可以得到一個精致的，看起來平滑的地形。完成后的基本圖形如下： 西安科技大學畢業論文 23 圖 44 高程地形的生成畫面 (2)網格法 網格法主要是利用 OpenGL中的基本劃線函數繪制類似棋盤格式的畫面，這個做法主要運用 OpenGL中的 glbegain()和 glend()函數，其中 glbegain()函數中的參數選擇有許多種，在網格法中采用的是 GL_LINES，即劃線模式。在繪制過程中，調用兩個 for語句，分別從 x和 z開始循環，每次設定固定增量，要想控制地面的大小，可以通過設定 x和 z的上限來設定，兩個循環完成后，相當于繪制了一個碩大的棋盤，這就是網格法繪制地面的過程。 完成后的圖像如下圖： 基于 OpenGL 三維飛行器程序設計與仿真 圖 45 網格法生成的地面 (3)三角形條帶法 在 OpenGL中有一種繪制圖形的方法，叫做 GL_TRANGLES_LINES,即就是本文中一直采用的繪制三角形條帶模式 ,本文中采用的就是一種最基本的網格法，即就是利用OpenGL的劃線函數畫出一個類似網格的平面圖，然后利用地面的構成算法來隨機產生山的地面起伏高度，最終就可以產生隨機起伏的地面 地面的高度數據是利用下面的公式計算的： )44()1,1()1,1(),1()1,1(.)1,1(5075151( ) %.),(??????????????????f i e l djif i e l djif i e l djif i e l djif i e l dyjif i e l dr a n dyjif i e l d 用數學術語表述就是： （ 1）用兩個 for循環分別控制 x和 z分量，每次給定一個隨機的高度； （ 2）從 z軸開始按列依次進行計算，每列中每一點的高度值都是由其他相鄰的四點的高度值與步驟一中的隨機高度值相加得到； （ 3）設定條件，在每次計算的過程中，假如行數和列數的值小于給定條件值，則令行數西安科技大學畢業論文 25 和列數決定的這點的高度值為 0，所以接近邊緣的高度值均為每次的隨機高度； （ 4）重復以上步驟，直到所有平面點都被賦予高度值； 具體實現過程是： 地面草地的數據被存儲為一個二維的 265*265的點數組，數組中的點代表了 x方向上的 255個四邊形和 y方向上的 255個四邊形，在程序中，為這些四邊形指定紋理坐標，從而使草地的紋理能正確的被顯示出來 .在本文中，繪制地面的過程如下： 繪制完成后的地面總體模型如下： 圖 46 三角帶法生成的地面 地面中的水 為了完成這部分的內容，我們想想象一下水在自然界中是什么樣子的，海平面的定義就是地球上海洋的平均高度。如果升高或者降低海平面，那么地球上的水的覆蓋面積就會增加或者減少，海平面要是比較 低，相應的就會有較多的陸地，而如果海平面較高的話，陸地就會較少，所以，如果將地球的陸地看成高程地形，那么就可以知道該如何處理水了。 我們將在場景中定義一個高度，以此作為其中水的海平面，可以是使用一個 if語句進行判斷，假如某處的高度大于給定的高度值，則這塊地域無水，假如某塊的高度小于給定高度值，則這塊地域顯示水。 本文中的海明面是一個單一的多邊形，他被賦予透明的白色，以此來表示水。然后再將一個水的紋理應用到此多邊形，使得場景更加具有真實感。水的繪制過程中，首先 基于 OpenGL 三維飛行器程序設計與仿真 繪制一個一組相連接的三角形組成的邊 帶，在繪制過程中，順便為每個頂點指定紋理坐標： glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP)。 glTexCoord2f(xtexa2,ytexa2)。 glVertex3f(xrange2MAX,1,zrange2MAX)。 glTexCoord2f(xtexa2,ytexa)。 glVertex3f(xrange2MAX,1,zrange1MAX)。 glTexCoord2f(xtexa,ytexa2)。 glVertex3f(xrange1MAX,1,zrange2MAX)。 glTexCoord2f(xtexa,ytexa)。 glVertex3f(xrange1MAX,1,zrange1MAX)。 glEnd()。 然后將水的紋理圖貼上去，地面中添加水以后的效果如下： 圖 47 場景中的水 飛行器 飛行器的構建 飛機模型的構成方法有許多種，比較常見的兩種就是：一是用基本的圖形組合成一架飛機的大概框架，然后在上面貼上飛機紋理，模擬出真實的飛機；二是利用 3DMAX生成的現成的飛機模型，本文中，我們使用多個三角形來生成飛 行器，具體來說就是使用多個三角形作為飛機的主體，在組建飛機的過程中，定義了一個三角形的類，每個三角形都具有法線，紋理坐標以及頂點，然后將每個三角形的繪制放在一個顯示列表中，通西安科技大學畢業論文 27 過調用顯示列表，對這些基本圖形的放大和縮小，位置移動和角度旋轉，然后調用畫圖函數將其組建在一起，就可以形成最后的飛機模型。 接下來，由于飛機是清一色的白色，不能達到真正模擬真實飛機的效果，因此我們必須使用紋理貼圖來實現效果，由于在繪制三角形的過程中，為每個三角形都定義了紋理坐標，所以只需要將飛機外表圖片文件讀到內存中，然后利用紋 理貼圖的一些函數將飛機紋理貼到生成的飛機模型上，這樣就可以構造出真實的飛機，飛行器模型如下圖： 正面： 圖 48 飛機的正面 反面： 基于 OpenGL 三維飛行器程序設計與仿真 圖 49 飛機的反面 材質屬性的設置 對飛行器的出來還包括為其設置材料屬性，這些屬性決定了飛機材質反射相應的光分量的程度， OpenGL根據材質對紅綠藍光的反射來近似模擬材質顏色。材質也三個和光一樣的顏色屬性：環境光，散射光以及鏡面反射光。它的設置和光照的設置差不多，只不過不是同一個函數而已，設置材質屬性的函數像下面這樣： Void glmaterialf(GLenum face ,GLenum pname, TYPE param) 其中 face指定了此材質如何應用到物體的多邊形，可以是前面，外面等， pname通知 OpenGL將要設置材質的哪一個屬性，這個屬性和光照的完全一樣，最后這個參數可以是標量，也可以是數組，這個要根據函數本身的名字來定。 在文中，材質屬性的數值設置如下，當然，可以適當的改變： 飛行器漫游 在計算機 3D圖形處理技術中，在計算機屏幕上觀看圖形時，設定的觀察點默認是（ 0,0,0），在 OpenGL中，飛機飛 行過程中的各種變換，如翻轉，轉向等都是依靠 glRotatef()西安科技大學畢業論文 29 和 glTranslatef()來實現的，對于我們觀察飛行場景的視點，也就是可以產生在場景中漫游效果則是利用 glLookAt()函數來完成的，它們的主要作用是可以改變我們在 OpenGL中的觀察點，這個觀察點就好像是我們的眼睛，也好像是我們平時所用的攝像機，飛機向前飛行，看到前面的景物越來越近，兩邊的景物在向后退，這就是我們的觀察點在場景中位置改變的結果。 在飛機的漫游過程中，會涉及到許多矢量數據，矢量數據在飛機的旋轉，視點的控制過程中發揮 著重要的作用，具體來說就是飛機在向左向右旋轉的過程中飛機會有右側身的效果，這時就要調用函數 glRotate(r,x,y,z)來產生這一效果。同樣的還有在控制視點的過程中也會用到矢量運算，在本論文中，飛機默認是一直向前飛行，此時就會利用漫游原理，在不進行任何其他的操作時，飛機是沿著（ 0， 0， z）一直向前飛行，此時對于視點的控制就會利用 gllookat()函數，此函數包括視點，視點方向，以及向上的向量，通過在程序中設定相應的變量值，就可以實現這些效果。 在本文中，將視點的位置設在飛機上，視點將隨飛機的移 動而移動和旋轉，飛機的方向是由俯仰，偏動還側偏來實現的，也就是相當于飛機的旋轉角度，相應的程序如下： void planeview（ GLfloat planeX,GLfloat ploatY,GLfloatZ,GLfloat roll,GLfloat pitch,GLfloat yaw） { glRotatef(roll,)。這是實現飛機的側偏，在飛機轉向的過程中利用這條函數可以模擬飛機機身傾斜的效果； glRotatef(yaw,)。這是實現飛機的左右旋轉； glRotatef(pitch,)。這是實現飛機的上下俯沖效果； glTranslatef(planeX,planeY,planeZ)。這是將飛機移動到某處 } 基于 OpenGL 三維飛行器程序設計與仿真 然后設定鍵盤，通過鍵盤控制飛機的飛行狀態，完成后我們就可以使用鍵盤是實現飛機的左右上下的飛行狀態。它的基本流程如下： 圖 410 控制流程圖 飛行器的控制 交互式應 用程序富有成效的和激動人心的性質之一就是用戶可以用人類自然的動作（如用鼠標指示和單擊鼠標，按下鍵盤的不同的按鍵等）來控制程序的流程，按下鍵盤時，對于每個鍵對于應用程序都是有用的，需要被恰當的處理。當我們按下一個按鍵的時候，就會產生一個相關事件，在程序中為每一個相關事件設置一個回調函數來處理這個事件。 在本文中，是通過鍵盤對飛機進行控制，對鍵盤的處理有很多中方法，本文是采用一個數組，數組存儲了鍵盤的 ASCII值，當某一按鍵按下時，就會產生一個按鍵事件，并放入到消息隊列中，程序中的回調函數處理這類事件， 使它產生程序設計的功能。這樣我們就可以簡單方便的操作鍵盤，在文中主要運用了一下幾個按鍵，方向鍵上下左右分別控制飛機的上下左右飛行，具體實現如下： if(nChar==VK_UP) { pitch = 15 / (ABS(Speed)+1)。 } if(nChar==VK_DOWN) { 三維場景 設置視點坐標 設置目標點坐標 計算視線方向矢量 計算模型透視變換矩陣和顯示觀察圖 西安科技大學畢業論文 31 pitch += 15 / (ABS(Speed)+1)。 } if(nChar==VK_LEFT) { zprot += 5/(ABS(Speed)+1)。 Throttle*=.99。 } if(nChar==VK_RIGHT) { zprot = 5/(ABS(Speed)+1)。 Throttle*=.99。//減速 } 不進行任何按鍵的操作情況下，飛機沿 z軸方向始終直線飛行，具體的控制使用 OpenGL中的平移變換來進行，具體來說就是調用 OpenGL中的 glTranslate()來實現，在文中具體的 控制如下： glMtrixMode(GL_MODELVIEM)。 glLoadIdentity()。 glTranstratef(,_throttle)。 Drawplane()。 同時，飛機可以實現加速和減速，飛機的加速和減速實際上就是向前移動時的位置增量，位置增量增加，向前速度加快，位置增量減少，向前速度減慢，具體是通過控制飛機的加減速因子來實現的，就是調用一個簡單的 if語句來進行控制： If(nchar=VK_UP) Throttle*=.99 Speed=speed*4。減速時同樣如此。 基于 OpenGL 三維飛