【文章內(nèi)容簡介】 臺球界面模塊模型控制模塊運動模擬模塊窗口模塊幾何模型模塊數(shù)學(xué)模型模塊變換模塊桌面箭頭球體 界面流程圖Figure interface flowchart● 窗口模塊 創(chuàng)建windows窗口處理消息● 場景模塊 管理整個演示程序中的對象● 臺球界面模塊 用于游戲界面的顯示● 數(shù)學(xué)模型模塊 用于大量的矩陣運算● 模型控制模塊 鍵盤鼠標(biāo)控制模型位置和方向及運動● 幾何模型模塊 幾何模型的繪制● 桌面 用于承載臺球的桌面的繪制（主桌面、桌角和桌邊）● 球體 用于運動球體的繪制（有一個母球、7個藍球和8個紅球）● 箭頭 用于控制力量的箭頭的繪制● 運動模擬模塊 解決球桿與球、球與球及球與球桌邊界的碰撞和運動● 變換模塊 用于實現(xiàn)觀察者的變換整個場景的繪制是程序的核心，主要包括靜態(tài)場景和動態(tài)場景兩部分內(nèi)容的繪制；模型控制模塊用于實現(xiàn)球體的運動，球體的碰撞的具體實現(xiàn)，視角變換；幾何模型模塊是用于完成一些矢量計算和矩陣的計算。 使用OpenGL具體實現(xiàn)臺球桌面球桌是有三部分組成的，每個部分都是有一個填充的四邊形組成，四邊形的顏色需要用紋理處理。然后紋理的初始化需要三種紋理，三種紋理分別是臺球四周木質(zhì)暗紅色紋理、臺球主桌面紋理、木質(zhì)紋理和主桌面之間的過濾紋理（陰影紋理）。臺球桌根據(jù)紋理的分類，設(shè)計主桌面，桌角和桌邊。臺球桌面的設(shè)計流程，：桌面使用圖形的繪制材質(zhì)和光照的設(shè)置紋理初始化和指定紋理桌面繪制 桌面流程圖Figure playground flowchart 根據(jù)OpenGL紋理映射繪制主桌面，桌角和桌邊。紋理映射的基本步驟如下：定義紋理；綁定紋理；控制濾波；說明紋理映射方式；繪制場景，給出頂點的紋理坐標(biāo)和幾何坐標(biāo)。（1）二維紋理定義：void glTexImage2D(GLenum target,GLint level,GLint ponents,GLsizei width,Glsizei height,GLint border,GLenum format,GLenum type,const GLvoid *pixels)；其中參數(shù)target是常數(shù)GL_TEXTURE_2D。參數(shù)level表示多級分辨率的紋理圖像的級數(shù)，若只有一種分辨率，則level設(shè)為0，參數(shù)ponents是一個從1~4的整數(shù)，指出選擇了R、G、B、A中的哪些分量用于調(diào)整和混合，1表示了選擇了R分量，2表示選擇了R和A兩個分量，3表示了選擇R、G、B三個分量，4表示選擇了R、G、B、A 4個分量。參數(shù)width和height給出了紋理圖像的長度和寬度，參數(shù)border為紋理邊界寬度，它通常為0，width和height必須是2m+2b，這里m是整數(shù)，長和寬可以有不同的值，b是border的值。紋理映射的最大尺寸依賴于OpenGL，但它至少必須是使用256x256，若width和height設(shè)置為0，則紋理映射關(guān)閉。參數(shù)format和type描述了紋理映射的格式和數(shù)據(jù)類型，format可以是GL_COLOR_INDEX、GL_RGB，GL_RED、GL_GREEN、GL_BLUE、GL_ALPHA、GL_LUMINANCE或者是GL_LUMINANCE_ALPHA。類似地，參數(shù)type是GL_BYPE、GL_UNSIGNED_BYTE、GL_SHORT、GL_UNSIGNED_SHORT、GL_INT、GL_UNSIGNED_INT、GL_FLOAT或GL_BITMAP。參數(shù)pixels包含了紋理圖像數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)描述了紋理圖像本身和它的邊界。（2）綁定紋理的使用：函數(shù)glBindTexture（）綁定了一個紋理對象名時，將創(chuàng)建一個新的紋理對象，并將其紋理圖像數(shù)據(jù)和紋理屬性設(shè)置為默認(rèn)值。接下來的函數(shù)調(diào)用glTexSubImage2D（）將數(shù)據(jù)存儲到紋理對象中。紋理對象中可能包含了紋理圖像和相關(guān)的mipmap圖像，其中包括相關(guān)的數(shù)據(jù)，如寬度、高度、邊框?qū)挾?、?nèi)部格式、分量的精度和紋理屬性。被保存的紋理屬性包括縮小濾波方法和放大濾波方法、環(huán)繞模式、邊框顏色和紋理優(yōu)先級。再次綁定一個紋理對象時，其數(shù)據(jù)將成為當(dāng)前的紋理狀態(tài)（以前綁定的紋理狀態(tài)被替換掉）。void glBindTexture(GLenum target,GLuint textureName)；此函數(shù)完成三項工作。如果參數(shù)textureName為非零的無符號整數(shù)，且首次被使用，將創(chuàng)建一個新的紋理對象，該紋理對象將進入活動狀態(tài)；如果參數(shù)textureName為0，OpenGL將停止使用紋理對象，返回到未命名的默認(rèn)紋理。首次綁定一個紋理對象名（創(chuàng)建一個紋理對象）時，參數(shù)target指定了維數(shù)，其取值為GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_2D、GL_TEXTURE_3D或GL_TEXTURE_CUBE_MAP。紋理對象剛被創(chuàng)建時，諸如縮小濾波方法和放大濾波方法、環(huán)繞模式、邊框顏色和紋理優(yōu)先級等紋理屬性被設(shè)置為默認(rèn)值。（3）OpenGL中的紋理控制：void glTexParameteri(GLenum target，Glenum panme，TYPE param)；控制紋素映射到片元(fragement）時怎么對待紋理。第一個參數(shù)target是GL_TEXTURE_2D，它指出了二維紋理說明參數(shù)；。 放大和縮小濾波方式Table magnification and deflation filter mode參數(shù)值GL_TEXTURE_WRAP_SGL_CLAMP，GL_REPEATGL_TEXTURE_WRAP_TGL_CLAMP，GL_REPAETGL_TEXTURE_MAG_FILTERGL_NEAREST，GL_LINEARGL_TEXTURE_MIN_FILTERGL_NEAREST， GL_NEAREST_MIPMAP_NEARESTGL_LINEAR，GL_NEAREST_MIPMAP_LINEARGL_LINEAR_MIPMAP_NEARESTGL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR一般來說，紋理圖像為正方形或長方形。但當(dāng)它映射到一個多邊形或曲面上并變換到屏幕坐標(biāo)時，紋理的單個紋素很少對應(yīng)于屏幕圖像上的像素。根據(jù)所用變換和所用紋理映射，屏幕上單個像素可以對應(yīng)于一個紋素的一小部分（即放大）或一大批紋素（即縮?。?。下面的函數(shù)是說明放大和縮小的方法：GlTexParameteri(GL_TEXTURE_2，GL_TEXTURE_MAG_FILTER，GL_NEAREST)；GlTexParameteri(GL_TEXURE_2D，GL_TEXTURE_MIN_FILTER，GL_NEAREST)；實際上，第一個參數(shù)可以是GL_TEXTURE_1D或GL_TEXTURE_2D，即表明所使用的紋理是一維的還是二維；第二參數(shù)指定濾波方法，其中GL_TEXTURE_MAG_FILTER指定為放大濾波方法，GL_TEXTURE_MIN_FILTER指定為縮小濾波方法；第三個參數(shù)說明濾波方式。若選擇GL_NEAREST則采用坐標(biāo)最靠近像素中心的紋素，這有可能使圖像走樣；若選擇GL_LINEAR則采用最靠近像素中心的4個像素的加權(quán)平均值。GL_NEAREST所需計算比GL_LINEAR要少，因而執(zhí)行的更快，但GL_LINEAR提供了比較平滑的效果。（4）映射方式：上面的例程中，紋理圖下是直接作為畫到多邊形上的顏色。實際上，可以用紋理中的值來調(diào)整多邊形（曲面）原來的顏色，或用紋理圖像中的顏色與多邊形（曲面）原來的顏色進行混合。因此，OpenGL提供了3種紋理映射的方式，函數(shù)如下所示：void glTexEnv{if}[v](GLenum target，GLenum pname，TYPE param)；參數(shù)target必須是GL_TEXTURE_ENV；若參數(shù)pname是GL_TEXTUR E_ENV _MODE，則參數(shù)param可以是GL_DECAL、GL_MODULATE或GL_BLEND,以說明紋理值與原來表面顏色的處理方式；若參數(shù)pname是GL_TEXTURE_EN V_COLOR，則參數(shù)是包含了4個浮點數(shù)（分別是R、G、B、A分量）的數(shù)值,這些值只在采用GL_BLEND紋理函數(shù)時才有用。（5）紋理坐標(biāo)：在繪制紋理映射場景時，不僅要給每個頂點定義幾何坐標(biāo)，而且也要定義紋理坐標(biāo)。經(jīng)過多種變換后，幾何坐標(biāo)決定頂點在屏幕上繪制的位置，而紋理坐標(biāo)決定紋理圖像中的哪一個紋素賦予該頂點。并且頂點之間的紋理坐標(biāo)插值與基礎(chǔ)篇中所講的平滑著色插值方法相同。紋理圖像是方形數(shù)組，紋理坐標(biāo)通?？梢远x成一、二、三或四維形式，稱為s、t、r和q坐標(biāo)，以區(qū)別于物體坐標(biāo)(x，y，z，w)和其他的坐標(biāo)。其中一維常用s坐標(biāo)表示，二維坐標(biāo)常用(s，t)坐標(biāo)表示，在桌面紋理中忽略了r坐標(biāo)，q坐標(biāo)像w一樣，一半值為1，主要用于建立齊次坐標(biāo)。OpenGL坐標(biāo)定義的函數(shù)是：void gltexCoord{1234}{sifd}[v](TYPE coords)；設(shè)置當(dāng)前紋理坐標(biāo)，此后要調(diào)用glVertex*()所產(chǎn)生的頂點都賦予當(dāng)前的紋理坐標(biāo)。對于gltextCoord2f()可以設(shè)置s和t坐標(biāo)值，r設(shè)置為0，q設(shè)置為1；而TYPE的對應(yīng)值（Glshort、Glint、glfloat或Gldouble）來說明坐標(biāo)的類型。要完成桌面的紋理，還需要基本圖元繪制，在OpenGL中，所有的幾何物體最終都由有一定順序的頂點集來來描述。函數(shù)glVertex{234}{sifd}[v](TYPE coords)可以用二維、三維或齊次坐標(biāo)定義頂點。在臺球游戲中，使用三維glVertex3f()函數(shù)完成定義頂點。函數(shù)glBegin(Glenum mode)標(biāo)志描述一個幾何圖元頂點列表的開始，相應(yīng)標(biāo)志完成的函數(shù)glEnd()。在glBegin(GLenum mode）和glEnd()之間最重要的信息由函數(shù)glVertex3f()定義的頂點，由函數(shù)glTexCoord2f()定義紋理坐標(biāo)。其參數(shù)mode表示幾何圖元的描述類型。 幾何圖元的類型Table style of geometrical primitive 類型說明GL_QUADS多組獨立填充四邊形GL_QUAD_STRIP連續(xù)填充四邊形GL_LINE_STRIP不閉合折線GL_POINTS單個頂點集利用glEnable()來打開紋理、材質(zhì)和關(guān)照等，完成以后用glDisable()關(guān)閉紋理、材質(zhì)和光照等。 使用OpenGL具體實現(xiàn)臺球球體完成桌面的繪制，需要對桌面上的臺球的繪制，把球體分成了三個部分一個是母球的繪制，練習(xí)需要的紅球和藍球的繪制。相對于桌面的繪制來說，臺球球體的繪制簡單一些。球體繪制明暗處理光源材質(zhì)母球紅球藍球 球體流程圖Figure ball flowchart球體繪制的基本步驟如下：明暗處理；光源；材質(zhì)；球體繪制，給出球體的所在位置。（1）明暗處理在計算就圖形學(xué)中，光滑的曲面表面常用多邊形予以逼近和表示，而每個小多邊形輪廓（或內(nèi)部）就用單一的顏色或許多不同的顏色來勾畫（或填充），這種處理方法就稱為明暗處理。在OpenGL中，用單一顏色處理的稱為平面明暗處理(Flat Shading)，用許多不同顏色處理稱為光滑明暗處理(Smooth Shading)，也稱為Gouraud明暗處理(Gouraud Shading)。設(shè)置明暗處理的函數(shù)為：void glShadeModel(Glenum mode)；函數(shù)的參數(shù)為GL_FLAT或GL_SMOOTH，分別表示了平面明暗處理和光滑明暗處理。應(yīng)用平面明暗處理模式時，多邊形內(nèi)每個點的法向一致，且顏色也一致；應(yīng)用光滑明暗處理模式時，多邊形所有點的法向是由內(nèi)插生成的，具有一定的連續(xù)性，因此每個點的顏色也相應(yīng)內(nèi)插，故呈現(xiàn)不同色。這種模式下，插值方法采用的是雙線性插值法。本例中采用的就是光滑明暗處理。（2）光源光源有許多特性，如顏色、位置和方向等。選擇不同的特性值，則對應(yīng)的光源作用在物體上的效果也不一樣。下面是定義光源特性的函數(shù)glLight*()函數(shù)：void glLight{if}[v](GLenum light,Glenum pname,TYPE param)；創(chuàng)建具有某種特性的光源。其中第一個參數(shù)light指定所創(chuàng)建光源號，如GL_LIGHT0、GL_LIGHT.......GL_LIGHT7。第二個參數(shù)是pname指定光源特性。最后一個參數(shù)設(shè)置相應(yīng)的光源特性值。 參數(shù)pname的說明Table parameter pname directionpname 參數(shù)名缺省值說明GL_AMBIENT(,)RGBA模式下環(huán)境光GL_DIFFUSE(,)RGBA模式下漫反射光GL_SPECULATE(,)RGBA模式下鏡面光GL_POSITION(,)光源位置齊次坐標(biāo)GL_SPOT_CUTOFF點光源聚光截止角GL_LINER_AMBIENT線性衰減因子注意：以上列出的GL_DIFFUSE和GL_SPECULAR的缺省值只能用于GL_LIGHT0，其他幾個光源的GL_DIFFUSE和GL_SPECULAR的缺省值(,)。光源的創(chuàng)建多數(shù)情況下用數(shù)組創(chuàng)建。在OpenGL中，必須明確指出光照是否有效或無效。如果只是簡單地將當(dāng)前顏色映射到當(dāng)前頂點上去，不進行法向、光源、材質(zhì)等復(fù)雜計算。直接使用glEnable函數(shù)打開光源和glDisable函數(shù)關(guān)閉光源。如果不是單一的，需要進行復(fù)雜的運算需要使用glPushMatrix()和glPopMatrix()進行打開和關(guān)閉光源。光源的設(shè)置中還