【正文】 XXXXXXXXXXXX 本科畢業(yè)論文、畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目： 基于 OpenGL 的飛機(jī)虛擬場(chǎng)景 漫游 模擬 系 別： 計(jì)算機(jī)工程系 專(zhuān) 業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 年 級(jí)： XXXXXX 級(jí) 學(xué) 號(hào)： XXXXXXXXX 姓 名： XXXX 指導(dǎo)教師： XXX年 XXX 月 XX 日 I 基于 OpenGL 的飛機(jī)虛擬場(chǎng)景漫游模擬 摘要 隨著三維圖形的應(yīng)用越來(lái)越廣泛， 再加上計(jì)算機(jī)技術(shù)圖形學(xué)的發(fā)展，涌現(xiàn)出了很多的三維 圖形 開(kāi)發(fā)工具，而 OpenGL( Open Graphics Library)被認(rèn)為是高性能圖形和交互視景處理的標(biāo)準(zhǔn)。本 系統(tǒng) 是基于 OpenGL 的飛機(jī)漫游模擬，主要是 應(yīng)用 OpenGL 結(jié)合 Visual C++ 開(kāi)發(fā)軟件 ，通過(guò) C++語(yǔ)言編寫(xiě)， 并 運(yùn)用紋理貼圖、 MS3D 模型導(dǎo)入等各項(xiàng)技術(shù)對(duì) 系統(tǒng) 的各個(gè)模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。 全文總共分為五大部分。第一部分是主要包括緒論，描述 系統(tǒng) 背景 、 發(fā)展?fàn)顩r及研究意義。第二部分主要是介紹了本 系統(tǒng) 的開(kāi)發(fā)平臺(tái)以及 Visual C++中 OpenGL 繪圖機(jī)制 ，最后講述了如何搭建 OpenGL 應(yīng)用程序框架。第三部分介紹了課題實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括場(chǎng)景建模、場(chǎng)景渲染 等 。第四部分是主要介紹了系統(tǒng)的整體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。第五部分介紹了系統(tǒng)測(cè)試 的情況 。 最后介紹了 結(jié)論 。 關(guān)鍵詞： 虛擬場(chǎng)景 紋理貼圖 MS3D 模型導(dǎo)入 漫游 II 目 錄 1 緒論 ...................................................................... 1 項(xiàng)目背景及發(fā)展?fàn)顩r分析 .............................................. 1 應(yīng)用及意義 .......................................................... 1 2 開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹和搭建 OpenGL 應(yīng)用程序框架 ..................................... 2 開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹 ........................................................ 2 OpenGL 繪圖的機(jī)制 .................................................... 2 搭建 OpenGL 應(yīng)用程序框架 ............................................. 2 3 課題實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù) ........................................................ 5 場(chǎng)景建模 ............................................................ 5 場(chǎng)景渲染 ............................................................ 5 紋理映射 ............................................................ 6 位圖 ................................................................ 7 霧化 ................................................................ 7 光照 ................................................................ 9 MS3D 模型載入 ....................................................... 10 4 漫游系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) ............................................................. 11 天空的渲染和繪制 .................................................... 11 地形的實(shí)現(xiàn) ......................................................... 11 三維場(chǎng)景漫游的實(shí)現(xiàn) ................................................. 14 5系統(tǒng)測(cè)試 ................................................................. 19 測(cè)試環(huán)境 ............................................................ 19 模擬測(cè)試 ............................................................ 19 測(cè)試結(jié)果 ............................................................ 21 結(jié)論 ....................................................................... 22 參考文獻(xiàn) ................................................................... 23 附錄一 ..................................................................... 24 致謝 ....................................................................... 28 基于 OpenGL 的飛機(jī)虛擬場(chǎng)景漫游模擬 1 1 緒論 項(xiàng)目背景及發(fā)展?fàn)顩r分析 眾所周知，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)的不斷進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)在人們的生活中占的位置 越來(lái)越重，而網(wǎng)絡(luò)的普及帶動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)科技以及計(jì)算機(jī)硬件水平的發(fā)展。同時(shí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)也不例外，從比較簡(jiǎn)單的平面圖形到 3D 空間立體圖形的一個(gè)轉(zhuǎn)變，無(wú)疑是圖形學(xué)史上的一個(gè)飛躍。這個(gè)偉大的飛躍為 OpenGL 的應(yīng)用 提供了廣闊的前景 和市場(chǎng) 。 在國(guó)內(nèi)， OpenGL 的發(fā)展越來(lái)越成熟，在多媒體、醫(yī)學(xué)、工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，在國(guó) 內(nèi) 只要在百度里面打出“ OpenGL 招聘”，就會(huì)有很多的招聘信息。由此可見(jiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有相當(dāng)多的公司都在使用 OpenGL 作為一種開(kāi)發(fā)工具。而且在國(guó)內(nèi)還有一些比較著名的研發(fā)中心，比如北京 航空航天大學(xué) 現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室，主要負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)國(guó)家軍隊(duì)使用的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 。 隨著 OpenGL 在國(guó)內(nèi)的使用越來(lái)越流行 ， 使得 OpenGL 的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占有率越來(lái)越高 。目前國(guó)內(nèi)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā) 和應(yīng)用 的難點(diǎn)和熱點(diǎn)主要集中在：大型復(fù)雜場(chǎng)景的 三維信息生成 ；實(shí)時(shí)三維場(chǎng)景 光影 效果的模擬；實(shí)時(shí)三維場(chǎng)景的內(nèi)存使用控制；運(yùn)行效率的提高等方面。 在國(guó)外， OpenGL 的發(fā)展是非常成熟的，從 1992 年 7 月， SGI 發(fā)行的 版本之后就一直以非常短的時(shí)間周期性的對(duì) OpenGL 軟件進(jìn)行不斷的升級(jí)更新，這使得 OpenGL這款軟件的功能越來(lái)越強(qiáng)大 [1]。而且在國(guó)外很多 OpenGL 的產(chǎn)品已經(jīng)是滿目琳瑯了。美國(guó)是OpenGL 發(fā)展最為成熟的國(guó)家，尤其在電影制作方面尤其明顯。因?yàn)橐谱饕徊烤哂猩砼R其境的電影就要求圖像畫(huà)面在處理后要具有非常好的立體感，而美國(guó)的電影在這方面已經(jīng)有了很大的成就。他們制作了如 《侏羅紀(jì)公園》、《玩具總動(dòng)員》、《泰坦尼克號(hào)》 等這些大名鼎鼎票房過(guò)億的 電影 。不僅如此，在美國(guó) 有很多很著名的大學(xué)都在從事虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究。比如 知名的 MIT,Stanford 大學(xué) 和 Washington 大學(xué) 。美國(guó)的 工業(yè)中，包括 BoeingIBM,CE和 GM 等在內(nèi)的企業(yè) 也 都 其新產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程中 不斷的 采用虛擬技術(shù)，使設(shè)計(jì)周期大大縮短，同時(shí)節(jié)約了研發(fā)成本 。 應(yīng)用及意義 從世界范圍來(lái)看 ， OpenGL 在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用可以說(shuō)已經(jīng)十分廣泛，特別是 對(duì) 中國(guó)這個(gè)非常有潛力的 市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展， OpenGL 占有的 市場(chǎng) 將 越來(lái)越大 。本次我的畢業(yè)設(shè)計(jì)目的是通過(guò) 對(duì)三維場(chǎng)景的建模技術(shù)，外部模型的導(dǎo)入及漫游技術(shù) 的研究達(dá)到對(duì)當(dāng)今虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有一個(gè)大概的認(rèn)識(shí)，并學(xué)會(huì) 運(yùn) 用 OpenGL 結(jié)合 Visual C++ 環(huán)境 實(shí)現(xiàn) 的飛機(jī)飛行漫游模擬。 福州大學(xué)陽(yáng)光學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 2 開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹 和 搭建 OpenGL 應(yīng)用 程序框架 開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹 本課題所使用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)是 Visual C++ 。 Visual C++ 是一個(gè)非常強(qiáng)大的編程工具，它是 Windows 環(huán)境下的應(yīng)用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)之一，可用來(lái)編程 C、 C++等語(yǔ)言。其集成開(kāi)發(fā)環(huán)境與 Win32 緊密相連，具有強(qiáng)大的調(diào)試功能，在編譯錯(cuò)誤的時(shí)候會(huì)為程序員提示錯(cuò)誤的信息所在的位置， 在開(kāi)發(fā)復(fù)雜的軟件時(shí)候能夠有效地提供強(qiáng)大的排錯(cuò) 方法 。 在 Windows應(yīng)用程序中， Visual C++是公認(rèn)的效率最高，最強(qiáng)大的工具 [2]。 不僅如此， Visual C++的功能強(qiáng)大之一在于它有一 個(gè) MFC（ Microsoft Foundation Classes）應(yīng)用程序向?qū)А?MFC是微軟 提供 的基本類(lèi)庫(kù)， 它將類(lèi)和類(lèi)的繼承等封裝起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)用程序的封裝。 使用 MFC 編程可以充分展現(xiàn)面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)勢(shì)，它可以讓程序員編寫(xiě)的代碼大為減少精簡(jiǎn)， 在對(duì)象方法的實(shí)現(xiàn)具體細(xì)節(jié)上， 編程人員 不 用 花很多時(shí)間 去考慮， 因?yàn)?基本 類(lèi)庫(kù)里包含有各種對(duì)象的強(qiáng)大功能能夠 完成程序中的絕大部分所需功能 [3]。在 MFC 里面有很多的模板，如 MDI 應(yīng)用程序模板、 SDI 應(yīng)用程序模板、規(guī)則和擴(kuò)展 DLL 應(yīng)用程序的模板等等。 編程人員可以自己的所需選擇 不同的模板，不同模板都包含一個(gè)不同的特定類(lèi)且都應(yīng)用 了以文檔為中心的思想，在本 系統(tǒng) 中，我使用的是單文檔模板。因?yàn)閱挝臋n模板會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)帶菜單、工具條、狀態(tài)欄還有一個(gè) view 類(lèi) ， 比較適合文本處理，它特定東西比較多，很多可以根據(jù)自己需要改改就行，對(duì)話框比較自由，所以應(yīng)用起來(lái)相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)比較簡(jiǎn)單。 OpenGL繪圖的機(jī)制 在 Windows 環(huán)境下使用圖形設(shè)備接口 GDI(GraphicDeviceInterface)作圖要通過(guò)設(shè)備上下文 (DeviceContext)調(diào)用相對(duì)應(yīng)的函數(shù) ,用 OpenGL 作圖也是如此 。 OpenGL 通過(guò)“渲染上下文”即 RC(RenderingContext)完成對(duì)三維圖形的繪制。 Windows 下的設(shè)備上下文和窗口都支持“位圖格式”屬性，和 RC 在位圖結(jié)構(gòu)方面是一致的。因此只要在創(chuàng)建 RC 時(shí)同時(shí)與一個(gè) DC建立聯(lián)系， OpenGL 函數(shù)就可以通過(guò) RC對(duì)應(yīng)的 DC 繪制到相應(yīng)的顯示設(shè)備上面 [4]。 搭建 OpenGL 應(yīng)用程序框架 在進(jìn)行編程之前，要先構(gòu)建用 OpenGL 程序框架。因?yàn)?OpenGL 是一個(gè)與操作系統(tǒng)平臺(tái)無(wú)關(guān)的圖形庫(kù)，所以不同的操作系統(tǒng) 需建不同的 框架。本系統(tǒng)中搭建 OpenGL 框架 的步驟如下： （ 1） 通過(guò) VisualC++ 提供的 MFC 程序向?qū)?chuàng)建一個(gè)命名為 plane 的單文檔項(xiàng)目，基于 OpenGL 的飛機(jī)虛擬場(chǎng)景漫游模擬 3 正確創(chuàng)建以后，程序會(huì)有 MainFrm、 plane、 planeDoc、 planeView 四 個(gè)類(lèi)。 其中 plane 是從 CWinApp 派生出來(lái)的，在 plane 的構(gòu)造函數(shù)中定義了一個(gè)全局變量： CPlaneApp theApp，函數(shù)的執(zhí)行順序是先執(zhí)行全