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实验八 真实感图形

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Presentation Transcript

  1. 实验八 真实感图形 一. 概述: 本实验是根据真实感图形生成的光照技术、消影技术、几何纹理映射等相关理论,编程实现具有三维立体感的立体图形的绘制 。 由于本实验难度较大,所以对本科不要求必须完成求。故仅作为附加实验,给能力较强的同学们提供锻炼机会。

  2. 二.实验的主要目的: 1、检查学生对真实感图形生成相关技术的掌握情况; 2、培养学生根据真实感图形生成的光照技术、消影技术、几何纹理映射等等相关技术之一,具有编程实现三维立体感图形的能力; 3、培养学生根据相关理论,能借助计算机分析解决实际问题的能力。 注:对于本科生来说,此实验难度稍大。所以不要求必须完成,仅作锻炼与参考。

  3. 三.实验步骤: 1.建立project; 2.选择欲创建的文档类型; 3.根据真实感图形生成中的消隐技术、或光照技术、图形反走样技术、或阴影生成技术,设计出一个具有真实感图形的程序; 4.编译、调试、运行,并检查是否得到预期结果; 5.按要求书写并提交试验报告。

  4. 附录: 下面仅对消影技术的实现进行编程演示: 实验步骤和方法与前面的实验一相同,区别仅在于: 是在“。。。View.cpp”文件之后,按要求添加如下代码: void CMyView::Project(float X, float Y, float Z)// 此函数求点的平行投影和透视投影坐标值 { XObs = -X * Aux1 + Y * Aux3; YObs = -X * Aux5 - Y * Aux6 + Z * Aux4; // 求透视投影坐标值 ZObs = -X * Aux7 - Y * Aux8 - Z * Aux2 + Rol; XProj = DE * XObs / ZObs; YProj = DE * YObs / ZObs; }

  5. void CMyView::WLineTo(float X, float Y, float Z,CDC*pDC)// 用三维点坐标直接从当前点画线到一点的函数 { Project(X, Y, Z); // 将三维点作投影 XScreen = floor(0.5 + XProj * Scale +400); // 圆整(立体在屏幕上初始的X坐标位置) YScreen = floor(0.5 + 300 - YProj); // 圆整(立体在屏幕上初始的Y坐标位置) pDC->LineTo(XScreen, YScreen); // 画线到一点 }

  6. void CMyView::WMoveTo(float X, float Y, float Z,CDC*pDC)// 三维坐标下直接将当前点移动到某点的函数 { Project (X, Y, Z); // 将三维点作投影 XScreen = floor(0.5 + XProj * Scale + 400); //// 圆整(立体在屏幕上初始的X坐标位置) YScreen = floor(0.5 + 300 - YProj); // 圆整(立体在屏幕上初始的Y坐标位置) pDC->MoveTo(XScreen, YScreen); //移动到某点 }

  7. void CMyView::ReadVertics()// 此函数用来给数组St的元素赋顶点坐标值 { St[1][1] = 40; St[1][2] = 154; St[1][3] =-20; St[2][1] = 40; St[2][2] = 154; St[2][3] = 0; St[3][1] = 40; St[3][2] =46; St[3][3] = 0; St[4][1] = 40; St[4][2] =46; St[4][3] =-20; St[5][1] =-40; St[5][2] =46; St[5][3] =-20; St[6][1] =-40; St[6][2] = 154; St[6][3] =-20; St[7][1] =-40; St[7][2] = 154; St[7][3] = 0; St[8][1] = 0; St[8][2] = 134; St[8][3] = 40; St[9][1] = 0; St[9][2] =66; St[9][3] = 40; St[10][1] =-40; St[10][2] =46; St[10][3] = 0; }

  8. void CMyView::ReadFaces()// 此函数给数组Fc的元素赋表面有关的数据值 { NF= 9; Fc[1][0]=4; Fc[1][1]=1; Fc[1][2]=2; Fc[1][3]=3; Fc[1][4]=4; Fc[2][0]=4; Fc[2][1]=1; Fc[2][2]=6; Fc[2][3]=7; Fc[2][4]=2; Fc[3][0]=3; Fc[3][1]=2; Fc[3][2]=7; Fc[3][3]=8; Fc[4][0]=4; Fc[4][1]=2; Fc[4][2]=8; Fc[4][3]=9; Fc[4][4]=3; Fc[5][0]=4; Fc[5][1]=1; Fc[5][2]=4; Fc[5][3]=5; Fc[5][4]=6; Fc[6][0]=4; Fc[6][1]=7; Fc[6][2]=10; Fc[6][3]=9; Fc[6][4]=8; Fc[7][0]=3; Fc[7][1]=3; Fc[7][2]=9; Fc[7][3]=10; Fc[8][0]=4; Fc[8][1]=10; Fc[8][2]=5; Fc[8][3]=4; Fc[8][4]=3; Fc[9][0]=4; Fc[9][1]=5; Fc[9][2]=10; Fc[9][3]=7; Fc[9][4]=6; } void CMyView::VisionVector(int St1) /* 该函数用于求观察方向矢量 St1 is the first point of a face. */ { v1=O1-St[St1][1]; v2=O2-St[St1][2]; v3=O3-St[St1][3]; }

  9. void CMyView::NormalVector(int St1, int St2, int St3)// 此函数用表面三个顶点调用求该表面的法矢 // St_i is the i_th point of a face. { float P1, P2, P3, Q1, Q2, Q3; // 求一个向量 P1 = St[St2][1] - St[St1][1]; P2 = St[St2][2] - St[St1][2]; P3 = St[St2][3] - St[St1][3]; // 求另一个向量 Q1 = St[St3][1] - St[St1][1]; Q2 = St[St3][2] - St[St1][2]; Q3 = St[St3][3] - St[St1][3]; //用向量积求法向量 n1 = P2 * Q3 - Q2 * P3; n2 = P3 * Q1 - Q3 * P1; n3 = P1 * Q2 - Q1 * P2; }

  10. float CMyView::ScaleProduct(float v1, float v2, float v3, float n1, float n2, float n3)// 此函数用于求观察方向矢量与表面法矢的数量积 { float SProduct; SProduct = v1 * n1 + v2 * n2 + v3 * n3; return(SProduct); }

  11. void CMyView::DrawFace(CDC*pDC)// 画出立体上的平面 { int S, NS, No; float X, Y, Z, X0, Y0, Z0; NS = Fc[F][0]; for ( S = 1; S<= NS; S++ ) { No = Fc[F][S]; X = St[No][1]; Y = St[No][2]; Z = St[No][3]; if ( S == 1 ) { WMoveTo(X, Y, Z,pDC); X0 = X; Y0 = Y; Z0 = Z; } else WLineTo(X, Y, Z,pDC); } WLineTo (X0, Y0, Z0,pDC); }

  12. void CMyView::DrawObject()// 此函数用于绘出消隐立体图 { int St1, St2, St3; CDC*pDC=GetDC(); CPen pen1(PS_SOLID,1,(COLORREF)1),pen2(PS_DOT,1,(COLORREF)1); CPen *pOldPen=pDC->SelectObject(&pen1); for ( F = 1; F<= NF; F++ ){ St1 = Fc[F][1]; St2 = Fc[F][2]; St3 = Fc[F][3]; VisionVector(St1); // 求观察方向矢量 NormalVector(St1, St2, St3); // 求表面法矢 if ( ScaleProduct( v1,v2,v3,n1,n2,n3 ) > 0 ) // 判断数量积正否 { pDC->SelectObject(&pen1); DrawFace(pDC); // 数量积大于零,表面可见,画出此表面 } else; } pDC->SelectObject(pOldPen); ReleaseDC(pDC); }

  13. void CMyView::VisionPoint()// 此函数用于给出视点位置 { // 投影时初始值即正弦值和余弦值及其乘积的计算、赋值 float Th, Ph; Th = 3.1415926 * Theta / 180; Ph = 3.1415926 * Phi / 180; Aux1 = sin(Th); Aux2 = sin(Ph); Aux3 = cos(Th); Aux4 = cos(Ph); Aux5 = Aux3 * Aux2; Aux6 = Aux1 * Aux2; Aux7 = Aux3 * Aux4; Aux8 = Aux1 * Aux4; //给出视点位置 O1 = Rol * Aux7; O2 = Rol * Aux8; O3 = Rol * Aux2; }

  14. void CMyView::Mydraw() { RedrawWindow(); ReadVertics(); ReadFaces(); // 绘出透视投影下的凸多面体图形 VisionPoint(); // 给出视点位置 DrawObject(); // 画出立体的图形 }

  15. void CMyView::OnKeyDown(UINT nChar, UINT nRepCnt, UINT nFlags) {//此函数用来利用上下左右键移动视点角度位置,C键切换投影类型. switch(nChar){ case VK_UP: /上下左右键选择 Phi=Phi-IncAng; Mydraw(); break; case VK_DOWN: Phi=Phi+IncAng; Mydraw(); break; case VK_RIGHT: Theta=Theta+IncAng; Mydraw(); break; case VK_LEFT: Theta=Theta-IncAng; Mydraw(); break; default: break; } }

  16. void CMyView::OnTumianti() {//透视投影赋初值 Rol = 600.0; S=1; Theta = 60; Phi = 135; DE = 1000; Mydraw(); CDC*pDC=GetDC(); //指出控制旋转防向键 pDC->TextOut(10,10,"按下键盘上的“↑”、“↓”、“←”、“→”箭头可从各方位观看图形"); ReleaseDC(pDC); }

  17. void CMyView::OnYuanjin() { CClientDC *pdc=new CClientDC(this); CPen *pen1=new CPen(PS_SOLID,1,RGB(0,0XFF,0)); CPen *pen2=new CPen(PS_SOLID,1,RGB(255,0,0)); CPen *OldPen=pdc->SelectObject(pen1); CBrush brush; brush.CreateSolidBrush(RGB(0,0,0)); CBrush *oldbrush=(CBrush*)pdc->SelectObject(&brush); int flag,k1,k2,r1,r2,n,d,m,p; int xs1,xs2,xs3,xs4,ys1,ys2,ys3,ys4,i,j,lastp; double x,y,z,thx,th1,th3,yw,zw,xw,thy,th2; double PI,ed,od,eh,zzw,ppw; double xs[50][17],zs[50][17],ys[50][17],zc[50][17],x1,y1; int zz[850],pp[850]; r1=100;r2=40;k1=20;k2=16;ed=1500; eh=0;od=0; n=0;PI=3.14159;th3=1;thx=0.9;

  18. //计算顶点坐标值 for(d=-1;d<=1;d+=2){ for(th1=0; th1<=2*PI+0.1;th1+=2*PI/k1){ n=n+1; m=0; for(th2=0;th2<=2*PI+0.1;th2+=2*PI/k2){ m=m+1; x=r1+r2*cos(th2); y=r2*sin(th2); z=0; thy=th1; //Call rot_y zw=z; xw=x; x=zw*cos(thy)-xw*sin(thy); z=zw*sin(thy)+xw*cos(thy); // x=x+r1/2*d;

  19. if(d==1) { yw=y; zw=z; y=yw*cos(PI/2)-zw*sin(PI/2); z=yw*sin(PI/2)+zw*cos(PI/2); } thy=th3; //Call rot_y zw=z; xw=x; x=zw*cos(thy)-xw*sin(thy); z=zw*sin(thy)+xw*cos(thy); // Call rot_x: yw=y; zw=z; y=yw*cos(thx)-zw*sin(thx); z=yw*sin(thx)+zw*cos(thx); //Call pers x=x*ed/(ed-od-z); y=(y*ed-eh*(od+z))/(ed-od-z); xs[n][m]=x; ys[n][m]=y; zs[n][m]=z; }

  20. //next th2 flag=0; //Next th1 } flag=0; //Next d } //计算center值 p=0; for(n=1;n<=k1;n+=1){ for(m=1;m<=k2;m+=1){ zc[n][m]=int((zs[n][m]+zs[n+1][m+1])/2); zz[p]=zc[n][m]; pp[p]=p; p=p+1; //Next m //Next n } } lastp=p-1;

  21. //排序 for(i=2;i<=lastp;i+=1){ for(j=i-1;j>=0;j+=-1){ if(zz[j]>zz[j+1]) { zzw=zz[j]; zz[j]=zz[j+1]; zz[j+1]=zzw; ppw=pp[j]; pp[j]=pp[j+1]; pp[j+1]=ppw; } } }

  22. //绘图 for(p=0;p<=lastp;p+=1){ n=int(pp[p]/k2)+1; m=pp[p]%k2+1; if(n!=(k1+1)){ xs1=int(xs[n][m]); ys1=int(ys[n][m]); xs2=int(xs[n+1][m]); ys2=int(ys[n+1][m]); xs3=int(xs[n+1][m+1]); ys3=int(ys[n+1][m+1]); xs4=int(xs[n][m+1]); ys4=int(ys[n][m+1]); //} if (abs(ys1*(xs2-xs3)+ys2*(xs3-xs1)+ys3*(xs1-xs2))>80){ pdc->MoveTo(xs1+320,ys1+200); pdc->SelectObject(pen1); pdc->LineTo(xs2+320,ys2+200); pdc->LineTo(xs3+320,ys3+200); pdc->LineTo(xs4+320,ys4+200); pdc->LineTo(xs1+320,ys1+200);

  23. //paint x=(xs[n][m]+xs[n+1][m+1])/2; y=(ys[n][m]+ys[n+1][m+1])/2; x1=int(x+320); y1=int(y+200); pdc->ExtFloodFill(x1,y1,RGB(0,255,0),0); //endif } pdc->MoveTo(xs1+320,ys1+200); pdc->SelectObject(pen2); pdc->LineTo(xs2+320,ys2+200); pdc->LineTo(xs3+320,ys3+200); pdc->LineTo(xs4+320,ys4+200); pdc->LineTo(xs1+320,ys1+200); } } pdc->SelectObject(OldPen); delete pen1; delete pen2; pdc->DeleteDC(); }

  24. 其运行结果如下: 用“↑”、“↓”、“←”、“→”键控制图形的旋转,以观察消隐效果。

  25. 光照示例(程序略):

  26. 本实验讲解完毕 谢谢!