【正文】 glTranslatef(jitter[i][0] * range / Width, jitter[i][1] * range / Height, )。 GLfloat right, left, range。圓心位于原點(diǎn)的圓有四 條對(duì)稱軸 x=0， y=0， x=y， x=y，如圖 所示。 設(shè) x0， y0， xn， yn為整數(shù)，不妨設(shè) x0〈 xn， y0〈 yn，對(duì)于以（ x0， y0）和（ xn，yn）為端點(diǎn)的直線段 l，記 dy=yn y0， dx= xnx0，則斜率 k=dxdy ，因?yàn)?0〈 k〈 0，所以 0〈 dy〈 dx。 上面講的是 abs(xd)abs(yd)的情況，其實(shí) abs(xd)abs(yd)和它類似只需要改變 x 和 y的位置即可。直線上的像素的亮度必須于 (1a)成比例 ,線下面的像素的亮度必須 22 與 (1b)成比例。 圖 普通直線和 WU 反走樣直線的對(duì)比 在 WU 反走樣算法中，有一個(gè)重要的概念就是 WU像素。 根據(jù)上面的討論， fi是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，因此我們可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接設(shè)定 fi的值。 （ 2）計(jì)算 ?39。因?yàn)橹本€距像素中心越遠(yuǎn)，相交區(qū)域的面積越小。這種方法將產(chǎn)生模糊的邊界，以次來減輕鋸齒效應(yīng)。不管是哪一種方法都需要在內(nèi)存中建立一個(gè)比現(xiàn)在大幾倍的圖，便于對(duì)像素取樣，取得像素的亮度值。如圖 中，編號(hào)為 1和 7的像素亮度級(jí)別是 1，編號(hào)為 2， 3， 4， 5 和 6 的像素亮度是 2。因此，增加分辨率雖然簡單，但是不經(jīng)濟(jì)的方法，而且它也只能減輕而不能消除鋸齒問題。這樣在運(yùn)動(dòng)的過程中時(shí) 隱時(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生閃爍。 圖 鋸齒狀邊界 光柵顯示系統(tǒng)為何會(huì)出現(xiàn)走樣呢？光柵圖形顯示器是一個(gè)畫點(diǎn)設(shè)備，被顯示的線段、字符、圖形及背景色都按像素點(diǎn)一一存儲(chǔ)在幀緩沖存儲(chǔ)器中。//構(gòu)建圓球體 gluDeleteQuadric(q)。 //設(shè)置旋轉(zhuǎn)矩陣 glRotatef(,)。根據(jù)不同的 Pla 對(duì)象，繪制不同的具有真實(shí)感的三維球體。 glVertex3f( ,) glTexCoord2f(1,1)。//旋轉(zhuǎn)操作 glRotatef(m_yRot,)。 //設(shè)置像素格 式 if( amp。試圖實(shí)現(xiàn)其三維物體的創(chuàng)造，因此，便產(chǎn)生了本系統(tǒng)。 把景物模型的數(shù)學(xué)描述及其色彩信息轉(zhuǎn)換至計(jì)算機(jī)屏幕上的象素，這個(gè)幾何頂點(diǎn)數(shù)據(jù) 圖像頂點(diǎn)數(shù)據(jù) 顯示列表 運(yùn)算器 逐個(gè)頂點(diǎn)操作 紋理映射 幀緩沖區(qū) 光柵化 逐個(gè)頂點(diǎn)操作和圖元組裝 圖像操作 9 過程也就是光柵化（ rasterization）。以上三條可是被仿真物更具真實(shí)感，增強(qiáng)圖形顯示的效果。 變換： OpenGL 圖形庫的變換包括基本變換和投影變換。 OpenGL 自 1992 年出現(xiàn)以來，逐漸發(fā)展完善，已成為一個(gè)唯一開放的，獨(dú)立于應(yīng)用平臺(tái)的圖形標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)典型的 OpenGL 應(yīng)用程序可以在任何平臺(tái)上運(yùn)行 只需要使用目標(biāo)系統(tǒng)的 OpenGL 庫重新編譯一下。 語法限制不太嚴(yán)格，程序自由度大。 C++以其獨(dú)特的語言機(jī)制在計(jì)算機(jī)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。 VC++應(yīng)用程序的開發(fā)主要有兩種模式，一種是 WIN API 方式，另一種則是 MFC 方式，傳統(tǒng)的 WIN API 開發(fā)方式比較繁瑣，而 MFC 則是對(duì) WIN API 再次封裝，所以 MFC 相對(duì)于 WIN API 開發(fā)更具備效率優(yōu)勢(shì)。因此工業(yè)界投入很多力量來開發(fā)渲染技術(shù)。它是 SGI 公司在 20xx 年 3月提出的新理念。 課題研究的內(nèi)容和技能要求 作為一門新興學(xué)科，可視化技術(shù)所研究的內(nèi)容集中在使抽象的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出客觀世界的繽紛五彩與絢麗多姿。 OpenGL 在硬件、窗口、操作系統(tǒng)方面是相互獨(dú)立的。這種靈活性極大地節(jié)省了開發(fā)者的時(shí)間 ,提高了軟件開發(fā)效益。 因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。醫(yī)生可以從病人的三維掃描圖象分析病人的病灶。最后，通過研究計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)技術(shù)和 OpenGL 圖形軟件包的編程原理和編程機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的功能。在吸取了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、光學(xué)等多領(lǐng)域先進(jìn)理論成果的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地論述了基于 OpenGL 下場景的研究和實(shí)現(xiàn)及其相關(guān)理論和技術(shù)。 2 1 系統(tǒng)概述 課題研究的背景及意義 近年來，隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)不斷普及，創(chuàng)建 虛擬世界 也不斷掀起熱潮，而建立具有真實(shí)感的三維場景是建設(shè) 虛擬世界 的重要一步。不過， OpenGL 走得更遠(yuǎn)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 .................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 過取樣技術(shù) .................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 Virtual Reality. 目 錄 摘 要 ............................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一個(gè)分 支 。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最重要的一部分內(nèi)容就是三維圖形編程。 OpenGL technology。 課題研究的內(nèi)容及技能要求 .......................................... 5 課題開發(fā)環(huán)境介紹 ..................................................................................................... 6 環(huán)境需求 .................................................... 6 C++語言及其特點(diǎn) ............................................. 6 OpenGL 及其特點(diǎn) ............................................. 7 軟硬件要求 .................................................. 9 2 OPENGL 實(shí)現(xiàn)三維圖像顯示的基本理論 ............................................. 10 概要設(shè)計(jì) ......................................................... 10 基本設(shè)計(jì)概念和流程 ............................................... 11 創(chuàng)意說明 ................................................... 11 系統(tǒng)初始化 ................................................. 11 對(duì)象模型的建立 ............................................. 12 3 三維圖像顯示鋸齒處理技術(shù) .................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 結(jié) 論 ....................................................................................................... 28 參考文獻(xiàn) .................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。因此，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究目標(biāo)之一便是通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閳D形，并在有關(guān)的設(shè)備上以特定的形式加以顯示。 OpenGL是近幾年發(fā)展起來的一個(gè)性能卓越的三維圖形平臺(tái)， OpenGL 的顯著優(yōu)點(diǎn)是作為一個(gè)獨(dú)立的工作平臺(tái)，獨(dú)立于硬件設(shè)備、窗口系統(tǒng)和操作系統(tǒng)，用它編寫的軟件可以在 UNIX、 Windows9 Windows98/NT 等系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)移植，并能在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下以客戶 /服務(wù)器模式工作，專業(yè)圖形處理、科學(xué)計(jì)算等高端應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（ Virtual Reality ，簡稱 VR）是誕生于 90 年代初的新技術(shù)，近年來在技術(shù)研究領(lǐng)域十分活躍，它匯集了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多 媒體技術(shù)、人工智能、人機(jī)接口技術(shù)、傳感器技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：它是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，綜合使用了各項(xiàng)最新技術(shù)，融合視、聽、觸覺為一體的模擬現(xiàn)實(shí)的三維空間再現(xiàn)技術(shù)。其中，通過調(diào)用 OpenGl 函數(shù)庫實(shí)現(xiàn)三維環(huán)境的處理，渲染出具有真實(shí)感的圖形。這種技術(shù)已經(jīng)把人和機(jī)器的力量以一種直覺而自然的方式加以統(tǒng)一，這種革命性的變化無疑將極大地提高人們的工作效率。利用 GL 開發(fā)出來的三維應(yīng)用軟件頗受許多專業(yè)技術(shù)人員的喜愛，這些三維應(yīng)用軟件已涉及建筑、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)、地球科學(xué)、流體力學(xué)等領(lǐng)域 。它包括了 120 個(gè)圖形函數(shù) ,開發(fā)者可以用這些函數(shù)來建立三維模型和進(jìn)行三維實(shí)時(shí)交互。這些三維圖形工具軟件包有些側(cè)重于使用方便 ,有些側(cè)重于渲染效果或與應(yīng)用軟件的連接，但沒有一種三維工具軟件包在交互式三維圖形建模能力、外部設(shè)備管理以及編程方便程度上能夠 OpenGL 相比擬。 OpenGL 作為一個(gè)性能優(yōu)越的圖形應(yīng)用程序設(shè)計(jì)界面 (API)而適合于廣泛的計(jì)算環(huán)境，從個(gè)人計(jì)算機(jī)到工作站和超級(jí)計(jì)算機(jī)， OpenGL 都能實(shí)現(xiàn)高性能的三維圖形功能。 可視化把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形，給予人們深刻與意想不到的洞察力，在很多領(lǐng)域使科學(xué)家的研究方式發(fā)生了根本變化。渲染是繪制真實(shí)感圖形的主要技術(shù)。它使得軟件開發(fā)能夠在源碼級(jí)、類級(jí)、控件級(jí)等多個(gè)級(jí)別上重用，不僅加快了軟件開發(fā)效率，而且提高了軟件的可重用性和頑健性。 C++語言是一種優(yōu)秀的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語言，它在 C 語言的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，但它比 C語言更容易為人們學(xué)習(xí)和掌握。 C++還增加了類這一特殊數(shù)據(jù)類型的定義機(jī)制。 C++語言引入了類與對(duì)象機(jī)制，包括類的定于，類的繼承與派生，類的多態(tài)性等。 OpenGL 提供一 系列的外部設(shè)備訪問函數(shù)，使開發(fā)者可以方便地訪問鼠標(biāo) 鍵盤、空間球、數(shù)據(jù)手套等外部設(shè)備?？陀^世界中的物體最終反映到人眼的顏色是光的紅綠藍(lán)分量與材質(zhì)紅綠藍(lán)分量的反射率相乘后形成的顏色。其工作流程如圖 ： 圖 OpenGL 工作流程 根據(jù)這個(gè)流程，我們可以歸納出在 OpenGL 中進(jìn)行主要的圖形操作直至在計(jì)算機(jī)屏幕上渲染繪制出三維圖形景觀的基本步驟： 根據(jù)基本圖形單元建立景物模型，并且對(duì)所建立的模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述（ OpenGL 中把：點(diǎn)、線、多邊形、圖像和位圖都作為基本圖形單元）。 圖 工程實(shí)現(xiàn)流程圖 基本設(shè)計(jì)概念和流程 創(chuàng)意說明 本軟件系統(tǒng)的創(chuàng)意來自于互聯(lián)網(wǎng)上時(shí)下流行的 3D 游戲環(huán)境。pfd)。代碼如下： void CDifferentView::DrawCube() { glLoadIdentity()。 //前面 glTexCoord2f(0,0)。 //其他各面的繪制類似，不再寫出 glDisable(GL_TEXTURE_2D)。使用 GLUquadricObj 構(gòu)建二次曲面，并定義相關(guān)屬性，使用設(shè)定好的相關(guān)參數(shù)用 gluSphere 畫出圓球體。 //設(shè)置二次曲面的屬性 gluQuadricNormals (q, GLU_SMOOTH)。光柵掃描顯示器是一個(gè)畫點(diǎn)設(shè)備，與圖形的復(fù)雜度無關(guān)，刷新頻率固定，因此不會(huì)象隨機(jī)掃描顯示器那樣出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，人眼看上去更舒服。 圖 狹小圖形的遺失 由于光柵系統(tǒng)中表示圖形的最小單位是一個(gè)像素，圖形中那些比像素更窄的細(xì)節(jié)丟失了，這就出現(xiàn)了圖形細(xì)節(jié)失真現(xiàn)象。 反走樣的方法很多，一種簡單的反走樣方法是以較高的分辨率顯示對(duì)象，如圖 。 反走樣的另一種方法是根據(jù)圖形對(duì)象在每個(gè)像素點(diǎn)上的覆蓋程度率來確定像素點(diǎn)的亮度，這種計(jì)算覆蓋率的反走樣技術(shù)稱為區(qū)域取樣（ Area Sampling），或前濾波（ Prefiltering）。中心子 像素的權(quán)是角子像素的 4倍，是其他子像素的 2倍，中心子像素的加權(quán)系數(shù)是 1/4，頂部和底部及兩側(cè)子像素的加權(quán)系數(shù)是 1/8，而角子像素的加權(quán)系數(shù)是1/16。為了減少走樣，必須改變直線段的模型，從而得到了簡單區(qū)域取樣的方法，這個(gè)方法的具體步驟是： （ 1）將直線看成具有一定寬度的狹小矩形； （ 2）當(dāng)直線與像素相交時(shí)，求出兩者相交區(qū)域的面積； （ 3）根據(jù)相交區(qū)域的面積，確定像素的亮度值； 1 2 1 2 4 2 1 2 1 18 圖 具有一定寬度的直線 圖 灰度與面積成比例 通過將每個(gè)像素亮度設(shè)置成與線條部分重疊的區(qū)域面積成正比，可以完成對(duì)直線的區(qū)域取樣。接下來介紹（ a）和（ b）兩種情況。這種方法更符合人的視覺