【正文】 XXXXXXXXXXXX 本科畢業(yè)論文、畢業(yè)設(shè)計 題 目： 基于 OpenGL 的飛機(jī)虛擬場景 漫游 模擬 系 別： 計算機(jī)工程系 專 業(yè)： 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 年 級： XXXXXX 級 學(xué) 號： XXXXXXXXX 姓 名： XXXX 指導(dǎo)教師： XXX年 XXX 月 XX 日 I 基于 OpenGL 的飛機(jī)虛擬場景漫游模擬 摘要 隨著三維圖形的應(yīng)用越來越廣泛， 再加上計算機(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++ 開發(fā)軟件 ，通過 C++語言編寫， 并 運(yùn)用紋理貼圖、 MS3D 模型導(dǎo)入等各項技術(shù)對 系統(tǒng) 的各個模塊進(jìn)行實現(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) 的開發(fā)平臺以及 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現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括場景建模、場景渲染 等 。第四部分是主要介紹了系統(tǒng)的整體實現(xiàn)過程。第五部分介紹了系統(tǒng)測試 的情況 。 最后介紹了 結(jié)論 。 關(guān)鍵詞： 虛擬場景 紋理貼圖 MS3D 模型導(dǎo)入 漫游 II 目 錄 1 緒論 ...................................................................... 1 項目背景及發(fā)展?fàn)顩r分析 .............................................. 1 應(yīng)用及意義 .......................................................... 1 2 開發(fā)平臺介紹和搭建 OpenGL 應(yīng)用程序框架 ..................................... 2 開發(fā)平臺介紹 ........................................................ 2 OpenGL 繪圖的機(jī)制 .................................................... 2 搭建 OpenGL 應(yīng)用程序框架 ............................................. 2 3 課題實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù) ........................................................ 5 場景建模 ............................................................ 5 場景渲染 ............................................................ 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)實現(xiàn) ............................................................. 11 天空的渲染和繪制 .................................................... 11 地形的實現(xiàn) ......................................................... 11 三維場景漫游的實現(xiàn) ................................................. 14 5系統(tǒng)測試 ................................................................. 19 測試環(huán)境 ............................................................ 19 模擬測試 ............................................................ 19 測試結(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)虛擬場景漫游模擬 1 1 緒論 項目背景及發(fā)展?fàn)顩r分析 眾所周知，隨著經(jīng)濟(jì)和社會的不斷發(fā)展，人類社會的不斷進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)在人們的生活中占的位置 越來越重，而網(wǎng)絡(luò)的普及帶動了網(wǎng)絡(luò)科技以及計算機(jī)硬件水平的發(fā)展。同時計算機(jī)圖形學(xué)也不例外，從比較簡單的平面圖形到 3D 空間立體圖形的一個轉(zhuǎn)變，無疑是圖形學(xué)史上的一個飛躍。這個偉大的飛躍為 OpenGL 的應(yīng)用 提供了廣闊的前景 和市場 。 在國內(nèi)， OpenGL 的發(fā)展越來越成熟，在多媒體、醫(yī)學(xué)、工業(yè)等各個領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來越廣泛，在國 內(nèi) 只要在百度里面打出“ OpenGL 招聘”，就會有很多的招聘信息。由此可見在國內(nèi)已經(jīng)有相當(dāng)多的公司都在使用 OpenGL 作為一種開發(fā)工具。而且在國內(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)實實驗室，主要負(fù)責(zé)開發(fā)國家軍隊使用的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 。 隨著 OpenGL 在國內(nèi)的使用越來越流行 ， 使得 OpenGL 的產(chǎn)品在國內(nèi)市場的占有率越來越高 。目前國內(nèi)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā) 和應(yīng)用 的難點(diǎn)和熱點(diǎn)主要集中在：大型復(fù)雜場景的 三維信息生成 ；實時三維場景 光影 效果的模擬；實時三維場景的內(nèi)存使用控制；運(yùn)行效率的提高等方面。 在國外， 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間周期性的對 OpenGL 軟件進(jìn)行不斷的升級更新，這使得 OpenGL這款軟件的功能越來越強(qiáng)大 [1]。而且在國外很多 OpenGL 的產(chǎn)品已經(jīng)是滿目琳瑯了。美國是OpenGL 發(fā)展最為成熟的國家，尤其在電影制作方面尤其明顯。因為要制作一部具有身臨其境的電影就要求圖像畫面在處理后要具有非常好的立體感，而美國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》、《玩具總動員》、《泰坦尼克號》 等這些大名鼎鼎票房過億的 電影 。不僅如此，在美國 有很多很著名的大學(xué)都在從事虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究。比如 知名的 MIT,Stanford 大學(xué) 和 Washington 大學(xué) 。美國的 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)過程中 不斷的 采用虛擬技術(shù)，使設(shè)計周期大大縮短，同時節(jié)約了研發(fā)成本 。 應(yīng)用及意義 從世界范圍來看 ， OpenGL 在各個領(lǐng)域的應(yīng)用可以說已經(jīng)十分廣泛，特別是 對 中國這個非常有潛力的 市場來說，隨著計算機(jī)圖形學(xué)在國內(nèi)的發(fā)展， OpenGL 占有的 市場 將 越來越大 。本次我的畢業(yè)設(shè)計目的是通過 對三維場景的建模技術(shù)，外部模型的導(dǎo)入及漫游技術(shù) 的研究達(dá)到對當(dāng)今虛擬現(xiàn)實技術(shù)有一個大概的認(rèn)識，并學(xué)會 運(yùn) 用 OpenGL 結(jié)合 Visual C++ 環(huán)境 實現(xiàn) 的飛機(jī)飛行漫游模擬。 福州大學(xué)陽光學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 2 開發(fā)平臺介紹 和 搭建 OpenGL 應(yīng)用 程序框架 開發(fā)平臺介紹 本課題所使用的開發(fā)平臺是 Visual C++ 。 Visual C++ 是一個非常強(qiáng)大的編程工具，它是 Windows 環(huán)境下的應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)之一，可用來編程 C、 C++等語言。其集成開發(fā)環(huán)境與 Win32 緊密相連，具有強(qiáng)大的調(diào)試功能，在編譯錯誤的時候會為程序員提示錯誤的信息所在的位置， 在開發(fā)復(fù)雜的軟件時候能夠有效地提供強(qiáng)大的排錯 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 MFC（ Microsoft Foundation Classes）應(yīng)用程序向?qū)А?MFC是微軟 提供 的基本類庫， 它將類和類的繼承等封裝起來，實現(xiàn)了對應(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，它可以讓程序員編寫的代碼大為減少精簡， 在對象方法的實現(xiàn)具體細(xì)節(jié)上， 編程人員 不 用 花很多時間 去考慮， 因為 基本 類庫里包含有各種對象的強(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不同的特定類且都應(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。因為單文檔模板會自動生成一個帶菜單、工具條、狀態(tài)欄還有一個 view 類 ， 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，對話框比較自由，所以應(yīng)用起來相對來說會比較簡單。 OpenGL繪圖的機(jī)制 在 Windows 環(huán)境下使用圖形設(shè)備接口 GDI(GraphicDeviceInterface)作圖要通過設(shè)備上下文 (DeviceContext)調(diào)用相對應(yīng)的函數(shù) ,用 OpenGL 作圖也是如此 。 OpenGL 通過“渲染上下文”即 RC(RenderingContext)完成對三維圖形的繪制。 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 時同時與一個 DC建立聯(lián)系， OpenGL 函數(shù)就可以通過 RC對應(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。因為 OpenGL 是一個與操作系統(tǒng)平臺無關(guān)的圖形庫，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 VisualC++ 提供的 MFC 程序向?qū)?chuàng)建一個命名為 plane 的單文檔項目，基于 OpenGL 的飛機(jī)虛擬場景漫游模擬 3 正確創(chuàng)建以后，程序會有 MainFrm、 plane、 planeDoc、 planeView 四 個類。 其中 plane 是從 CWinApp 派生出來的，在 plane 的構(gòu)造函數(shù)中定義了一個全局變量： CPlaneApp theApp，函數(shù)的執(zhí)行順序是先執(zhí)行全