计 算 机 图 形 学 课程设计报告
一、实验题目
三维真实感图形设计与绘制 （1）题目容说明：
本题目要求应用OpenGL的光照技术和纹理技术实现一个简单的三维真实感图形的程序设计。具体要现功能：
1）通过对话方式实现交互式设计光照模型功能。 2）实现三维模型纹理映射功能
3）用鼠标跟踪球方法实现三维模型的空间旋转
2）实现鼠标跟踪球方法程序
二、需求分析
真实感图形的设计与绘制，是计算机图形学中的一个重要研究领域，也是三维实体造型系统和特征造型系统的重要组成部分。一般地，三维实体在计算机显示屏上有三种表现形式:简单线框图、线框消隐图和真实感图形。其中，简单线框图能够粗略表达实体的形状，但由于简单线框图的二义性，从而导致表达其的实体形状具有不确定性。而线框消隐图虽然能反映实体各表面间的相互遮挡关系，从而达到消除简单线框图产生的二义性的目的，但是这两者一样地只能反映实体的几何形状和实体间的相互关系，而不能反映实体表面的特征，如表面的颜色、材质、纹理等。所以，只有真实感图形才能表现实体的这些特征，因此，在三维实体造型中，生成三维实体的光照模型，进行实体的真实感绘制与显示占有重要的地位，是
很有必要的，也是我做此设计的初衷。 在设计中，我主要使用Opengl绘制真实感图形，它作为一种强大的三维图形开发工具，通过便捷的编程接口提供了处理光照和物体材质、颜色属性等通用功能。真实感图形学是计算机图形的核心容之一，是最能直接反映图形学魅力的分支。
寻求能准确地描述客观世界中各种现象与景观的数学模型，并逼真地再现这些现象与景观，是图形学的一个重要研究课题。很多自然景物难以用几何模型描述，如烟雾、植物、水波、火焰等。本文所讨论的几种建模及绘制技术都超越了几何模型的限制，能够用简单的模型描述复杂的自然景物。
在计算机的图形设备上实现真实感图形必须完成的四个基本任务。 1. 三维场景的描述。三维造型。
2. 将三维几何描述转换成为二维透视图。透视变换。
3. 确定场景中的所有可见面。消隐算法，可见面探测算法。
4. 计算场景中可见面的颜色。根据基于光学物理的光照模型计算可见面投射到观察者眼中的光亮度大小和色彩组成。
三、设计简介及设计方案论述
3.1设计简介
为了实现本程序的两大功能，计划采用OPENGL图形库并调用一系列WINDOWS API采用C/C++语言编写。
首先，应熟悉OPENGL在WIN32平台下的相关API，以及其余WINDOWS窗口交互的相关接口方法，来构建窗口的容。
其次，熟悉了解OPENGL库函数在窗体中实现绘图，实现图形的旋转、光照、纹理等功能的相关函数。
最后，实现OPENGL与WINDOWS的交互的过程，完成程序及注释。
3.2 OPENGL图形库简介 3.2.1 OPENGL特点
从程序开发人员的角度来看，OpenGL 是一组绘图命令的API 集合。利用这些API 能够方便地描述二维和三维几何物体，并控制这些物体按某种方式绘制到显示缓冲区中。OpenGL 的API 集合提供了物体描述、平移、旋转、缩放、光照、纹理、材质、象素、位图、文字、交互以及提高显示性能等方面的功能，基本涵盖了开发二、三维图形程序所需的各个方面。与一般的图形开发工具相比，OpenGL 具有以下几个突出特点： (1)应用广泛 (2)跨平台性
(3)高质量和高性能 (4)出色的编程特性 (5)网络透明性
3.2.2 OPENGL工作顺序
OpenGL 的工作顺序就是一个从定义几何要素到把象素段写入帧缓冲区的过程。在屏幕上显示图象的主要步骤是以下3 步：
1）构造几何要素(点、线、多边形、图像、位图)，创建对象的数学描述。在三维空间放置对象，选择有利的观察点。
2）计算对象的颜色，这些颜色可能直接定义，或由光照条件及纹理间接给出。 3）光栅化，把对象的数学描述和颜色信息转换到屏幕的象素。
3.3 OPENGL简单编程方法 3.3.1 OPENGL基本语法
OpenGL 基本函数均使用gl 作为函数名的前缀，如glClearColor()；实用函数则使用glu 作为函数名的前缀，如gluSphere()。OpenGL 基本常量的名字以GL_开头，如GL_LINE_LOOP；实用常量的名字以GLU_开头，如GLU_FILL。一些函数如glColor*()(定义颜色值)，函数名后可以接不同的后缀以支持不同的数据类型和格式。如glColor3b(…)、glColor3d(…)、 glColor3f(…)和glColor3bv(…)等，这几个函数在功能上是相似的，只是适用于不同的数据类型和格式，其中3 表示该函数带有三个参数，b、d、f 分别表示参数的类型是字节型、双精度浮点型和单精度浮点型，v 则表示这些参数是以向量（数组）形式出现的。OpenGL 还定义了一些特殊的类型名，如GLfloat，GLvoid。它们其实就是C 中的float 和void。在gl.h 文件中可以看到以下定义：
typedef float GLfloat; typedef void GLvoid; ……
一些基本的数据类型都有类似的定义。
3.3.2 OPENGL状态机制
OpenGL 的工作方式是一种状态机制，它可以进行各种状态或模式设置，这些状态或模式在重新改变它们之前一直有效。例如，当前颜色就是一个状态变量，在这个状态改变之前，绘制的每个象素都将使用该颜色，直到当前颜色被设置为其它颜色为止。OpenGL 量地使用了这种状态机制，如颜色模式、投影模式、单双显示缓存区的设置、背景色的设置、光源的位置和特性等等。
3.3.3 OPENGL基本结构
OpenGL 程序的基本结构可分为三个部分：
第一部分是初始化部分，主要是设置一些OpenGL 的状态开关，如颜色模式(RGBA 或
计算机图形学课程设计-三维真实感图形设计与绘制
