基于OpenGL的三维建模技术.ppt

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1、基于基于OpenGLOpenGL的三维的三维建模技术建模技术王王 鹏鹏目目 录录n1.三维显示的基本方法三维显示的基本方法n2.OpenGL基本原理基本原理n3.OpenGL编程的基本方法编程的基本方法1.三维显示的基本方法 三维显示就是将立体图像以平面投影图或透视图的形式在平面上表现出来的过程。三维显示的理论基础是三维显示的理论基础是三维显示的理论基础是三维显示的理论基础是计算机图形学计算机图形学计算机图形学计算机图形学。实现的主要方法：实现的主要方法：实现的主要方法：实现的主要方法：DirectXDirectX 和和OpenGLOpenGL两个函数库。两个函数库。两个函数库。两个函数库。D

2、irectX DirectX是微软独自开发的是微软独自开发的是微软独自开发的是微软独自开发的APIAPI。DirectXDirectX由显示部由显示部由显示部由显示部分、声音部分、输入部分和网络部分四大部分组分、声音部分、输入部分和网络部分四大部分组分、声音部分、输入部分和网络部分四大部分组分、声音部分、输入部分和网络部分四大部分组成。成。成。成。OpenGL OpenGL“开放图形库开放图形库开放图形库开放图形库”，由，由，由，由SGISGI公司开发，主要公司开发，主要公司开发，主要公司开发，主要针对针对针对针对3D3D图像处理。它与硬件无关，并且独立于操图像处理。它与硬件无关，并且独立于操

3、图像处理。它与硬件无关，并且独立于操图像处理。它与硬件无关，并且独立于操作系统之外。作系统之外。作系统之外。作系统之外。相比之下，相比之下，OpenGL更容易被初学者掌握。更容易被初学者掌握。三维显示在地球物理方面的应用：三维可视化软件有：Landmark EarthCube模块和 GeoProbe模块，GeoFrame，Paradigm VoxelGeo等等。实际上，三维显示功能已经成为大型地学软件不可或缺的一部分。2.OpenGL基本原理 三维显示和摄影类似相机镜头相机镜头视点视点三角架三角架视点位置视点位置视野大小视野大小视景体视景体景物景物模型模型 在实际摄影拍摄时，我们可以改变在实际

4、摄影拍摄时，我们可以改变拍摄位置和角拍摄位置和角度度，相机的焦距相机的焦距，改变景物的位置改变景物的位置等等。等等。在在OpenGLOpenGL中，提供对应的函数来实现这些功能。中，提供对应的函数来实现这些功能。这些函数这些函数(也称为变换也称为变换)是通过矩阵计算来实现的。是通过矩阵计算来实现的。同时，同时，OpenGLOpenGL是一个状态机，设置了某种状态而是一个状态机，设置了某种状态而不改变，不改变，OpenGLOpenGL将一直保持这个状态。将一直保持这个状态。视点变换视点变换：确定视点的位置和方向。：确定视点的位置和方向。投影变换投影变换：定义一个视景体，使得视景体外多余的：定义一

5、个视景体，使得视景体外多余的 部分裁剪掉部分裁剪掉，确定视野范围。，确定视野范围。模型变换模型变换：对模型进行平移，旋转和缩放处理。：对模型进行平移，旋转和缩放处理。视点变换视点变换void gluLookAT(void gluLookAT(GLdouble eyex,GLdouble eyey,GLdouble eyez,/GLdouble eyex,GLdouble eyey,GLdouble eyez,/视点视点GLdouble cx,GLdouble cy,GLdouble cz,/GLdouble cx,GLdouble cy,GLdouble cz,/目标点目标点GLdouble

6、upx,GLdouble upy,GLdouble upz,/GLdouble upx,GLdouble upy,GLdouble upz,/视点朝上的方向视点朝上的方向)投影变换投影变换 由于显示器只能用二维图象显示三维物体，因此就要靠投影来降低维数。投影变换的目的就是定义一个视景体，使得视景体外多余的部分裁剪掉，最终绘制图像的只是视景体内的有关部分。投影包括透视投影透视投影（Perspective Projection）和正正交投影交投影（Orthographic Projection）两种。透视投影透视投影void gluPerspective(fovy,aspect,zNear,zFa

7、r)void gluPerspective(fovy,aspect,zNear,zFar)void gluPerspective(fovy,aspect,zNear,zFar)void gluPerspective(fovy,aspect,zNear,zFar)取景体是一个截头锥体，在这个体积内的物体这个锥体的顶点也就是视点的位置。正交投影正交投影void glOrtho(left,right,bottom,top,near,far)取景体是一个各面均为矩形的六面体透视投影透视投影正交投影正交投影离视点近的物体大，离视点远的物体小。无论物体距视点多远，投影后的物体大小不变。建立模型建立模型 任

8、何复杂的图形都是由基本的图元点、线和多任何复杂的图形都是由基本的图元点、线和多任何复杂的图形都是由基本的图元点、线和多任何复杂的图形都是由基本的图元点、线和多边形组成的。边形组成的。边形组成的。边形组成的。glBegin();glBegin();/描述一组顶点，用于建构某种几何对象描述一组顶点，用于建构某种几何对象描述一组顶点，用于建构某种几何对象描述一组顶点，用于建构某种几何对象 glEnd();glEnd();例如：例如：例如：例如：glBegin(glBegin(GL_LINESGL_LINES)/)/画线画线画线画线 glVertex2f(0.0,0.0,0.0);glVertex2f

9、(0.0,0.0,0.0);glVertex2f(1.0,1.0,1.0);glVertex2f(1.0,1.0,1.0);glEnd()glEnd()；模型的平移与旋转模型的平移与旋转n n平移变换平移变换 void glTanslatefd(TYPE x,TYPE y,TYPE z);n n旋转变换旋转变换 void glRotatefd(TYPE angle,TYPE x,TYPE y,TYPE z);模型总是在原点处绘制完成以后，再通过适当的平移变换和旋转变换到恰当的空间位置。需要特别指出的是，实际的变换顺序与指定的顺序是相反的。旋转变换旋转变换平移变换平移变换绘制模型绘制模型绘制模型

10、绘制模型平移变换平移变换旋转变换旋转变换程序代码顺序：实现顺序：原始模型先平移，再旋转45度先旋转45度再平移光光 照照 为了增强模型的立体效果，可以给场景加入光源。无光源有光源 OpenGL将光线分为辐射光、环境光、漫反射光和镜面反射光 4 种独立的成分。上色和纹理贴图上色和纹理贴图 现实世界中的物体表面往往有各种纹理，因此要绘制逼真的三维模型，除了对模型进行光照处理外，还需要加上纹理贴图，使物体看起来更真实。3.OpenGL编程的基本方法n1.利用GLUT实现n2.利用MFC实现n3.高级图像库1 利用利用GLUT实现实现 因为因为 OpenGL独立于任何窗口系统独立于任何窗口系统和操作系

11、统之外。所以和操作系统之外。所以OpenGL不能直不能直接接用来打开窗口以及从键盘或鼠标读用来打开窗口以及从键盘或鼠标读取事件。取事件。GLUT库简化库简化Windows窗口操窗口操作，它提供了非常简单的方法来实现作，它提供了非常简单的方法来实现窗口操作。窗口操作。int main(int argc,char*argv)int main(int argc,char*argv)glutInit(&argc,argv);/glutInit(&argc,argv);/初始化初始化GLUTGLUTglutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|glutInitDisplayMode(G

12、LUT_SINGLE|GLUT_RGB);GLUT_RGB);glutInitWindowSize(640,480);/glutInitWindowSize(640,480);/设置窗口大小设置窗口大小glutInitWindowPosition(0,0);/glutInitWindowPosition(0,0);/设置窗口起始位置设置窗口起始位置glutCreateWindow(Basic);/glutCreateWindow(Basic);/设置窗口标题设置窗口标题init();/init();/初始化初始化OpenGLOpenGLglutDisplayFuncglutDisplayFun

13、c(displaydisplay);/);/设置显示回调函数设置显示回调函数 glutReshapeFuncglutReshapeFunc(reshapereshape);/);/设置重绘回调函数设置重绘回调函数glutKeyboardFuncglutKeyboardFunc(keyboardkeyboard);/);/设置键盘回调函数设置键盘回调函数glutMainLoopglutMainLoop();/();/进入主循环进入主循环return 0;return 0;glBegin(GL_TRIANGLES);glColor3f(1.0,1.0,1.0);glVertex3f(-1,-1,0

14、.0);glColor3f(0.0,1.0,0.0);glVertex3f(1,0.0,0.0);glColor3f(0.0,0.0,1.0);glVertex3f(0.0,1,0.0);glEnd();2 利用利用MFC实现实现 MFCMFC是一种应用程是一种应用程序框架。我们可以利序框架。我们可以利用它非常快速的开发用它非常快速的开发WindowsWindows程序。简单的程序。简单的说，说，MFCMFC是是Win APIWin API与与C+C+的结合。它具有的结合。它具有完善的消息处理机制。完善的消息处理机制。3 高级图形库高级图形库 OpenGLOpenGL提供的功能是比较基本和底层

15、提供的功能是比较基本和底层,直接利用直接利用OpenGLOpenGL来构建复杂的来构建复杂的3D3D图像是很困难的。在图像是很困难的。在OpenGLOpenGL的基础上还有的基础上还有Open InventorOpen Inventor、Cosmo3DCosmo3D、OptimizerOptimizer等多种高级图形库，来适应不同应用。等多种高级图形库，来适应不同应用。Open InventorOpen Inventor 广泛地应用于机械工程设计与仿真、广泛地应用于机械工程设计与仿真、医学和科学图像、地理科学、石油钻探、虚拟现实、医学和科学图像、地理科学、石油钻探、虚拟现实、科学数据可视化等领域。科学数据可视化等领域。GLUT和和Open Inventor对比对比GLUTOpen Inventor汇报完毕，请批评指正