【正文】 基于 OpenGL 三維飛。 同時(shí)，飛機(jī)可以實(shí)現(xiàn)加速和減速，飛機(jī)的加速和減速實(shí)際上就是向前移動時(shí)的位置增量，位置增量增加，向前速度加快，位置增量減少，向前速度減慢，具體是通過控制飛機(jī)的加減速因子來實(shí)現(xiàn)的，就是調(diào)用一個(gè)簡單的 if語句來進(jìn)行控制： If(nchar=VK_UP) Throttle*=.99 Speed=speed*4。 glTranstratef(,_throttle)。//減速 } 不進(jìn)行任何按鍵的操作情況下，飛機(jī)沿 z軸方向始終直線飛行，具體的控制使用 OpenGL中的平移變換來進(jìn)行，具體來說就是調(diào)用 OpenGL中的 glTranslate()來實(shí)現(xiàn)，在文中具體的 控制如下： glMtrixMode(GL_MODELVIEM)。 } if(nChar==VK_RIGHT) { zprot = 5/(ABS(Speed)+1)。 } if(nChar==VK_LEFT) { zprot += 5/(ABS(Speed)+1)。這樣我們就可以簡單方便的操作鍵盤，在文中主要運(yùn)用了一下幾個(gè)按鍵，方向鍵上下左右分別控制飛機(jī)的上下左右飛行，具體實(shí)現(xiàn)如下： if(nChar==VK_UP) { pitch = 15 / (ABS(Speed)+1)。當(dāng)我們按下一個(gè)按鍵的時(shí)候，就會產(chǎn)生一個(gè)相關(guān)事件，在程序中為每一個(gè)相關(guān)事件設(shè)置一個(gè)回調(diào)函數(shù)來處理這個(gè)事件。這是將飛機(jī)移動到某處 } 基于 OpenGL 三維飛行器程序設(shè)計(jì)與仿真 然后設(shè)定鍵盤，通過鍵盤控制飛機(jī)的飛行狀態(tài)，完成后我們就可以使用鍵盤是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的左右上下的飛行狀態(tài)。這是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的左右旋轉(zhuǎn)； glRotatef(pitch,)。 在本文中，將視點(diǎn)的位置設(shè)在飛機(jī)上，視點(diǎn)將隨飛機(jī)的移 動而移動和旋轉(zhuǎn)，飛機(jī)的方向是由俯仰，偏動還側(cè)偏來實(shí)現(xiàn)的，也就是相當(dāng)于飛機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，相應(yīng)的程序如下： void planeview（ GLfloat planeX,GLfloat ploatY,GLfloatZ,GLfloat roll,GLfloat pitch,GLfloat yaw） { glRotatef(roll,)。 在飛機(jī)的漫游過程中，會涉及到許多矢量數(shù)據(jù)，矢量數(shù)據(jù)在飛機(jī)的旋轉(zhuǎn)，視點(diǎn)的控制過程中發(fā)揮 著重要的作用，具體來說就是飛機(jī)在向左向右旋轉(zhuǎn)的過程中飛機(jī)會有右側(cè)身的效果，這時(shí)就要調(diào)用函數(shù) glRotate(r,x,y,z)來產(chǎn)生這一效果。它的設(shè)置和光照的設(shè)置差不多，只不過不是同一個(gè)函數(shù)而已，設(shè)置材質(zhì)屬性的函數(shù)像下面這樣： Void glmaterialf(GLenum face ,GLenum pname, TYPE param) 其中 face指定了此材質(zhì)如何應(yīng)用到物體的多邊形，可以是前面，外面等， pname通知 OpenGL將要設(shè)置材質(zhì)的哪一個(gè)屬性，這個(gè)屬性和光照的完全一樣，最后這個(gè)參數(shù)可以是標(biāo)量，也可以是數(shù)組，這個(gè)要根據(jù)函數(shù)本身的名字來定。 接下來，由于飛機(jī)是清一色的白色，不能達(dá)到真正模擬真實(shí)飛機(jī)的效果，因此我們必須使用紋理貼圖來實(shí)現(xiàn)效果，由于在繪制三角形的過程中，為每個(gè)三角形都定義了紋理坐標(biāo)，所以只需要將飛機(jī)外表圖片文件讀到內(nèi)存中，然后利用紋 理貼圖的一些函數(shù)將飛機(jī)紋理貼到生成的飛機(jī)模型上，這樣就可以構(gòu)造出真實(shí)的飛機(jī)，飛行器模型如下圖： 正面： 圖 48 飛機(jī)的正面 反面： 基于 OpenGL 三維飛行器程序設(shè)計(jì)與仿真 圖 49 飛機(jī)的反面 材質(zhì)屬性的設(shè)置 對飛行器的出來還包括為其設(shè)置材料屬性，這些屬性決定了飛機(jī)材質(zhì)反射相應(yīng)的光分量的程度， OpenGL根據(jù)材質(zhì)對紅綠藍(lán)光的反射來近似模擬材質(zhì)顏色。 glEnd()。 glTexCoord2f(xtexa,ytexa)。 glTexCoord2f(xtexa,ytexa2)。 glTexCoord2f(xtexa2,ytexa)。 glTexCoord2f(xtexa2,ytexa2)。然后再將一個(gè)水的紋理應(yīng)用到此多邊形，使得場景更加具有真實(shí)感。 我們將在場景中定義一個(gè)高度，以此作為其中水的海平面，可以是使用一個(gè) if語句進(jìn)行判斷，假如某處的高度大于給定的高度值，則這塊地域無水，假如某塊的高度小于給定高度值，則這塊地域顯示水。 完成后的圖像如下圖： 基于 OpenGL 三維飛行器程序設(shè)計(jì)與仿真 圖 45 網(wǎng)格法生成的地面 (3)三角形條帶法 在 OpenGL中有一種繪制圖形的方法，叫做 GL_TRANGLES_LINES,即就是本文中一直采用的繪制三角形條帶模式 ,本文中采用的就是一種最基本的網(wǎng)格法，即就是利用OpenGL的劃線函數(shù)畫出一個(gè)類似網(wǎng)格的平面圖，然后利用地面的構(gòu)成算法來隨機(jī)產(chǎn)生山的地面起伏高度，最終就可以產(chǎn)生隨機(jī)起伏的地面 地面的高度數(shù)據(jù)是利用下面的公式計(jì)算的： )44()1,1()1,1(),1()1,1(.)1,1(5075151( ) %.),(??????????????????f i e l djif i e l djif i e l djif i e l djif i e l dyjif i e l dr a n dyjif i e l d 用數(shù)學(xué)術(shù)語表述就是： （ 1）用兩個(gè) for循環(huán)分別控制 x和 z分量，每次給定一個(gè)隨機(jī)的高度； （ 2）從 z軸開始按列依次進(jìn)行計(jì)算，每列中每一點(diǎn)的高度值都是由其他相鄰的四點(diǎn)的高度值與步驟一中的隨機(jī)高度值相加得到； （ 3）設(shè)定條件，在每次計(jì)算的過程中，假如行數(shù)和列數(shù)的值小于給定條件值，則令行數(shù)西安科技大學(xué)畢業(yè)論文 25 和列數(shù)決定的這點(diǎn)的高度值為 0，所以接近邊緣的高度值均為每次的隨機(jī)高度； （ 4）重復(fù)以上步驟，直到所有平面點(diǎn)都被賦予高度值； 具體實(shí)現(xiàn)過程是： 地面草地的數(shù)據(jù)被存儲為一個(gè)二維的 265*265的點(diǎn)數(shù)組，數(shù)組中的點(diǎn)代表了 x方向上的 255個(gè)四邊形和 y方向上的 255個(gè)四邊形，在程序中，為這些四邊形指定紋理坐標(biāo)，從而使草地的紋理能正確的被顯示出來 .在本文中，繪制地面的過程如下： 繪制完成后的地面總體模型如下： 圖 46 三角帶法生成的地面 地面中的水 為了完成這部分的內(nèi)容，我們想想象一下水在自然界中是什么樣子的，海平面的定義就是地球上海洋的平均高度。完成后的基本圖形如下： 西安科技大學(xué)畢業(yè)論文 23 圖 44 高程地形的生成畫面 (2)網(wǎng)格法 網(wǎng)格法主要是利用 OpenGL中的基本劃線函數(shù)繪制類似棋盤格式的畫面，這個(gè)做法主要運(yùn)用 OpenGL中的 glbegain()和 glend()函數(shù)，其中 glbegain()函數(shù)中的參數(shù)選擇有許多種，在網(wǎng)格法中采用的是 GL_LINES，即劃線模式。 基于 OpenGL 三維飛行器程序設(shè)計(jì)與仿真 頂點(diǎn) 0 頂點(diǎn) 1 頂點(diǎn) 2 頂點(diǎn) 3 其他頂點(diǎn) 圖： 42 高程地形繪制示意圖 在對地形進(jìn)行紋理映射時(shí)，每四個(gè)頂點(diǎn)就要制定一個(gè)紋理，因?yàn)榧y理的形狀是矩形，而四個(gè)頂點(diǎn)就會定義一個(gè)由兩個(gè)三角形組成的四邊形。 為 了 繪 制 地 形 圖 ， 我 們 需 要 對 于 沿 z 軸 方 向 的 每 一 行 柵 格 值 使 用GL_TRIANGLE_ATRIP。 在為每個(gè)柵格位置指定頂點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，需要基于正在設(shè)置的坐標(biāo)分量而將其柵格位置索引與圖尺度比例因子相乘，例如，當(dāng)定義了一個(gè)頂點(diǎn)的 x軸坐標(biāo)分量時(shí)，就要先取得其沿軸的柵格位置并將其與尺度比例因子相乘?？梢杂蒙鲜龌叶葓D中的每一位的顏色值來指定每一個(gè)柵格的高度。本 文中的地面本身是被一個(gè)表示草地的簡單紋理所映射，同時(shí)使用了一些水的紋理來增強(qiáng)場景的真實(shí)感。 此天空完成后的大體模型如下所示： 圖 41 場景中的天空 西安科技大學(xué)畢業(yè)論文 21 地面 地面的生成 地面模型的生成 有很多的方法，究其本質(zhì)都是產(chǎn)生網(wǎng)格模型，網(wǎng)格模型都是由一些平面的塊組成的，每個(gè)塊都應(yīng)用不同的紋理，這樣每個(gè)塊只有一個(gè)單獨(dú)的法向量，但擁有其自己的紋理坐標(biāo)，所以，在地面的繪制過程中，每個(gè)塊的數(shù)據(jù)可以像類似下面這樣： 1）塊頂點(diǎn)的數(shù)量； 2）塊法向的索引； 3）頂點(diǎn)索引的列表； 4）紋理坐標(biāo)索引的列表； 下面介紹幾種不同的經(jīng)常使用的地形的構(gòu)成方法： （ 1）高程地形 高程地形是指由高程柵格組成的地表或地形系統(tǒng)。 這些函數(shù)，同時(shí)需要指定（ s,t）坐標(biāo)，這個(gè)生成坐標(biāo)的過程可以由 GL_SPHERE_MAP紋理函數(shù)來完成，它的計(jì)算過程如下： (1)u是從原點(diǎn)指向頂點(diǎn)的單位向量（在視覺坐標(biāo)中）； (2)n’ 是當(dāng)前法線向量，在變換為視覺坐標(biāo)之后； (3)r是反射向量（ x,y,z） ,它是通過 u2n’ n’ u這個(gè)公式計(jì)算的。 Gltexgeni(GL_t,GL_TEXTURE_GEN_MODE,GL_SPHERE_MAP)； glEnable(GL_TEXTURE_GEN_S)。在為天空貼紋理圖時(shí)，需要知道紋理坐標(biāo)，在 OpenGL中需要調(diào)用環(huán)境紋理貼圖算法，這個(gè)算法在球體表面上找到一個(gè)與被渲染的物體上的點(diǎn)具有相同正切面的點(diǎn)，并且把球體上的這個(gè)點(diǎn)的顏色繪制成那個(gè)物體上對應(yīng)的點(diǎn)的顏色。在本文中，這個(gè)實(shí)現(xiàn)過程如下： gluSphere(quadratic,MAX*50,20,20)。在用計(jì)算機(jī)仿真 3D天空時(shí)，半球型天空模型顯然符合真實(shí)世界的天空模型。 (2)球形天空 在本文中，天空主要是繪制一個(gè)球，其他場景都包含在這個(gè)球內(nèi)。構(gòu)成天空盒的載體是一個(gè)長方體，在它的前后左右上 5個(gè)面貼有天空遠(yuǎn)景的五幅圖片，這五幅圖片必須有一個(gè)規(guī)律，即就是： 1).圖形為 BMP位圖格式，尺寸（像素點(diǎn)）為 2的 N次方（ 32,64??）； 2).頂圖的 4邊與前后左右圖的上 邊相連； 3).前后左右的 4幅圖必須首尾相連； 在編程的時(shí)候，按順序標(biāo)記紋理坐標(biāo)就可以構(gòu)造出所謂的天空盒，以此來模擬真實(shí)的天空。 屏幕顯示 在 OpenGL中，三維圖形最終要顯示在屏幕上，而屏幕是一個(gè)二維平面，在這個(gè)將三維圖形變成二維圖形時(shí)要經(jīng)歷以下過程： 基于 OpenGL 三維飛行器程序設(shè)計(jì)與仿真 圖 32 頂點(diǎn)變換軌道 這中間涉及的一些知識將在上面已經(jīng)詳細(xì)介紹，這里主要是了解計(jì)算機(jī)顯示三維場景的大致流程，其中主要涉及上述的三種變換：視圖變換，模型變換以及投影變換 透視分割 歸一化設(shè)備 坐標(biāo) 視圖變換 窗 窗口坐標(biāo) （ x,y） 模型視圖矩陣 投影矩陣 剪裁坐標(biāo) 定點(diǎn)坐標(biāo) (x,y,z,w) 眼坐標(biāo) 西安科技大學(xué)畢業(yè)論文 19 4. 場景的構(gòu)建 在本文中，對于飛行器的仿真，場景構(gòu)建可謂是重中之重，構(gòu)建出好的模型對于仿真的真實(shí)性以及實(shí)效性都有很大的幫助，場景的構(gòu)建大的方面主要涉及飛機(jī)的構(gòu)建，天空的構(gòu)建，地面的生成，以及像光照，霧等效果的實(shí)現(xiàn)，下面就依次來講述文中各個(gè)模型是 如何生成的。由于創(chuàng)建一個(gè)顯示列表需要為其分配內(nèi)存，因此當(dāng)不在使用換一個(gè)顯示列表的時(shí)候，可以直接將其銷毀以防止內(nèi)存泄露。 顯示列表使用之前先要創(chuàng)建，這個(gè)可以使用 glGenList()函數(shù)來完成此項(xiàng)任務(wù)，然后將相關(guān)的命令放入相應(yīng)的顯示列表。Y軸和 X軸它們兩個(gè)都垂直于 Z軸， X明顯的垂直于up向量，因?yàn)?up向量一般情況下都是沿 Y軸向上的，這個(gè)向量規(guī)定了我們視點(diǎn)向上的方向，因此可以得知 X軸垂直于 up和 Z的叉積；當(dāng) X軸計(jì)算出來以后，剩下的就是 Y軸向量，它必須垂直于 X軸和 Z軸，也就是等于 X軸和 Z軸分量的叉積，得出這幾個(gè)坐標(biāo)軸分量的向量以后，就可以重新構(gòu)建坐標(biāo)系，也就是可以實(shí)現(xiàn)視點(diǎn)的移動，這就是 glLookAt()可以實(shí)現(xiàn)視點(diǎn)移動的原理 顯示列表