【正文】 80 ? 內(nèi)存： 256MB 以上 10 2 OpenGL實(shí)現(xiàn)三維圖像顯示的基本理論 概要設(shè)計(jì) 因?yàn)?OpenGL 與 VC++是通過接口程序相連的，所以在實(shí)現(xiàn)三維圖形的生成及顯示時(shí)，需要一個(gè)應(yīng)用程序入口；然后要注冊(cè)窗口類，注冊(cè)完成后需要?jiǎng)?chuàng)建OpenGL 顯示窗口；之后便可以進(jìn)行三維圖形的繪制；繪制完成后銷毀窗口、注冊(cè)窗口，整個(gè)過程便結(jié)束。 軟硬件需求 ? 操作系統(tǒng)： Windows 7/Windows xp/ Windows 20xx。 計(jì)算模型中所有物體的色彩，其中的色彩根據(jù)應(yīng)用要求來確定，同時(shí)確定光照條件、紋理粘貼方式等。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）。運(yùn)動(dòng)模糊的繪圖方式（ motionblured），模擬物體運(yùn)動(dòng)時(shí)人眼觀察所感覺的動(dòng)感現(xiàn)象。 雙緩存動(dòng)畫（ Double Buffering）： OpenGL 使用了前臺(tái)緩存和后臺(tái)緩存交替顯示場(chǎng)景（ Scene）技術(shù)，簡(jiǎn)而言之，后臺(tái)緩存計(jì)算場(chǎng)景、生成畫面，前臺(tái)緩存顯示后臺(tái)緩存已畫好的畫面。 位圖顯示和圖象增強(qiáng)： OpenGL 的圖象功能除了基本的拷貝和像素讀寫外，還提供融合（ Blending）、反走樣（ Antialiasing）和霧（ fog）的特殊圖象效果處理。客觀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。 光照和材質(zhì)設(shè)置： OpenGL 光有輻射光（ Emitted Light）、環(huán)境光（ Ambient Light）、漫反射光（ Diffuse Light）和鏡面光（ Specular Light）。基本變換有平移、 8 旋轉(zhuǎn)、變比、鏡像四種變換，投影變換有平行投影（又稱正射投影）和透視投影兩種變換。簡(jiǎn)單地說， OpenGL 具有建模、變換、色彩處理、光線處理、紋理影射、圖像處理、動(dòng)畫及物體運(yùn)動(dòng)模糊等功能： 建模： OpenGL 圖形庫除了提供基本的點(diǎn)、線、多邊形的繪制函數(shù)外，還提供了復(fù)雜的三維物體，如球、錐、多面體、茶壺以及復(fù)雜曲線和曲面（例如Bezier、 Nurbs 等曲線或曲面）的繪制函數(shù)。 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。例如： OpenGL 提供一系列的三維圖形單元（圖元）供開發(fā)者調(diào)用。 OpenGL 非常接近硬件，是一個(gè)圖形與硬件的接口，包括了 100 多個(gè)圖形函數(shù)用來建立三維模型和進(jìn)行三維實(shí)時(shí)交互。 OpenGL 及其特點(diǎn) OpenGL 是用于開發(fā)簡(jiǎn)捷的交互式二維和三維圖形應(yīng)用程序的最佳環(huán)境，任何高性能的圖形應(yīng)用程序，從 3D 動(dòng)畫、 CAD 輔助設(shè)計(jì)到可視化訪真，都可以利用 OpenGL 高質(zhì)量、高性能的特點(diǎn)。 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。語言的通用性較強(qiáng)。 C編譯系統(tǒng)生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。 C 提供的運(yùn)算符分為常規(guī)運(yùn)算和與硬件有關(guān)的運(yùn)算兩部分： ? 常規(guī)運(yùn)算符 —— 算術(shù)運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符等，這類運(yùn)算符各種語言一般都具備； ? 與硬件有關(guān)的運(yùn)算符 —— 位運(yùn)算符、地址運(yùn)算符等，這些運(yùn)算符是 C所獨(dú)有的，體現(xiàn)出匯編語言的某些特征。 C++還增加了類這一特殊數(shù)據(jù)類型的定義機(jī)制。 7 數(shù)據(jù)類型豐富、齊全。面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想是在原來結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上的一個(gè)質(zhì)的飛躍， C++完美地體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮母鞣N特性，主要有以下特點(diǎn)： 語句簡(jiǎn)練、語法結(jié)構(gòu)清晰、緊湊，使用方便、靈活。用 C++編寫的程序可讀性好，生成的代碼質(zhì)量高，運(yùn)行效率僅比匯編語言慢 10%～ 20%。 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。是一種靜態(tài)數(shù)據(jù)類型檢查的，支持多重編程范式的通用程序設(shè)計(jì)語言。 系統(tǒng)在 Windows XP/7 系統(tǒng)下均可運(yùn)行，計(jì)算機(jī)只需安裝 VC++，并在相應(yīng)文檔中添加 OpenGL 函數(shù)庫相關(guān)頭文件及動(dòng)態(tài)鏈接文件即可。 VC 作為一個(gè)主流的開發(fā)平臺(tái)一直深受編程愛好者的喜愛，但是很多人卻對(duì)它的入門感到難于上青天，究其原因主要是大家對(duì)他錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)造成的，嚴(yán)格的來說 VC++不是門語言，雖然它和 C++之間有密切的關(guān)系 ,如果形 象點(diǎn)比喻的話，可以把 C++看作為一種“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”，而 VC++則是某種操作系統(tǒng)平臺(tái)下的“廠商標(biāo)準(zhǔn)”，而“廠商標(biāo)準(zhǔn)”是在遵循“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”的前提下擴(kuò)展而來的。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。技能要求并不是太復(fù)雜，一般的初學(xué)者都能夠完成。 由于本課題所研究的內(nèi)容只是基于探計(jì)基于 OpenGL 的三維圖形繪制，以及消鋸齒處理 ，所以所要求的技能僅是一門熟練編程語言，如 C++，并且，能夠使用 OpenGL 所提供的函數(shù)接口，進(jìn)行簡(jiǎn)單的圖形繪制，并完成反走樣算法，實(shí)現(xiàn)消鋸齒。真實(shí)感圖形是通過物體表面的顏色和明暗色調(diào)來表現(xiàn)的，它和物體表面的材料性質(zhì)、表面向視線方向輻射的光能有關(guān)，計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量很大。渲染是繪制真實(shí)感圖形的主要技術(shù)。建模是把數(shù)據(jù)映射成物體的幾何圖元。它的核心技術(shù)是可視化服務(wù)器硬件和軟件。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，可視化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合使遠(yuǎn)程可視化服務(wù)成為現(xiàn)實(shí)，可視區(qū)域網(wǎng)絡(luò)因此應(yīng)運(yùn)而生。 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。為此，美國計(jì)算機(jī)成像專業(yè)委員會(huì)提出了解決方法 —— 可視化。類繁多的信息源產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人腦分析解釋這些數(shù)據(jù)的能力。因此，OpenGL 已成為目前的三維圖形開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，是從事三維圖形開發(fā)工作的技術(shù)人員所必須掌握的開發(fā)工具。 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。 OpenGL 是網(wǎng)絡(luò)透明的，在客戶 — 服務(wù)器(ClientServer)體系結(jié)構(gòu)中， OpenGL 允許本地和遠(yuǎn)程繪圖。許多計(jì)算機(jī)公司已經(jīng)把 OpenGL 集成到各種窗口和操作系統(tǒng)中，其中操作系統(tǒng)包括 UNIX、 Windows NT、 DOS 等，窗口系統(tǒng)有 X 窗口、Windows 等。 OpenGL 的這些能力為實(shí)現(xiàn)逼真的三維渲染效果、建立交互的三維景觀提供了優(yōu)秀的軟件工具。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 成為目前三維圖形開 發(fā)標(biāo)準(zhǔn) 在計(jì)算機(jī)發(fā)展初期，人們就開始從事計(jì)算機(jī)圖形的開發(fā)。 長(zhǎng)期以來，從事三維圖形開發(fā)的技術(shù)人員都不得不在自己的程序中編寫矩陣變換、外部設(shè)備訪問等函數(shù)，這樣為調(diào)制這些與自己的軟件開 發(fā)目標(biāo)關(guān)系并不十分密切的函數(shù)費(fèi)腦筋，而 OpenGL 正是提供一種直觀的編程環(huán)境，它提供的一系列函數(shù)大大地簡(jiǎn)化了三維圖形程序。 OpenGL 強(qiáng)有力的圖形函數(shù)不要求開發(fā)者把三維物體模型的數(shù)據(jù)寫成固定的數(shù)據(jù)格式，這樣開發(fā)者不但可以直接使用自己的數(shù)據(jù) ,而且可以利用其他不同格式的數(shù)據(jù)源。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。使用者不僅能夠通過 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時(shí)間以及其他客觀限制，感受到真實(shí)世界中無法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)（簡(jiǎn)稱 VR），又稱 靈境技術(shù) ，是以沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本特征的計(jì)算機(jī)高級(jí)人機(jī)界面。值得一提的是 ,由于 Microsoft 公司在 Windows NT中提供 OpenGL 圖形標(biāo)準(zhǔn)， OpenGL 將在微機(jī)中廣泛應(yīng)用，尤其是 OpenGL 三維圖形加速卡和微機(jī)圖形工作站的推出，人們可以在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)三維圖形應(yīng)用，如CAD 設(shè)計(jì)、仿真模擬、三維游戲等，從而更有機(jī)會(huì)、更方便地使用 OpenGL 及其應(yīng)用軟件來建立自己的三維圖形世界。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 。所有這些都依賴于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)的發(fā)展。軍事指揮員可以面對(duì)用三維圖形技術(shù)生成的戰(zhàn)場(chǎng)地形，指揮具有真實(shí)感的三維飛機(jī)、軍艦、坦克向目標(biāo)開進(jìn)并分析戰(zhàn)斗方案的效果。機(jī)械工程師可以從二維平面圖中得以解放直接進(jìn)入三維世界，從而很快得到自己設(shè)計(jì)的三維機(jī)械零件模型。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。 最近幾年計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展使得三維表現(xiàn)技術(shù)得以形成，這些三維表現(xiàn)技術(shù)使我們能夠再現(xiàn)三維世界中的物體，能夠用三維形體來表示復(fù)雜的信息，這種技術(shù)就是可視化 ( Visualization ) 技術(shù)。 3 目前國內(nèi)外相關(guān)研究和發(fā)展趨向 可視化是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì) 我們生活在一個(gè)充滿三維物體的三維世界中，為了使計(jì)算機(jī)能精確地再現(xiàn)這些物體，我們必須能在三維空間描繪這些物體。認(rèn)識(shí)到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我們現(xiàn)實(shí)生活中的作用日益凸現(xiàn)，尤其在實(shí)現(xiàn)建筑仿真與漫游系統(tǒng)方面非常突出。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。目前 OpenGL 已成為三維圖形的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。 OpenGL 作為一種圖形與硬件的接口，與其 他圖形程序開發(fā)工具相比較，它提供了眾多圖形函數(shù)，直觀的編程環(huán)境簡(jiǎn)化了三維圖形程序。本文主要說明了在 VC++ 環(huán)境下如何使用 OpenGL 生成簡(jiǎn)單的三維圖形，并對(duì)其進(jìn)行消鋸齒處理。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（ Virtual Reality ，簡(jiǎn)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)。建立一個(gè)多維的信息空間，感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)相結(jié)合的綜合集成環(huán)境，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將是支撐這個(gè)信息空間的關(guān)鍵技術(shù)。為了適應(yīng)未來信息 的需要，必須提高人與信息社會(huì)的接口能力，提高人們對(duì)信息的理解能力。本課題提出了在 MFC(Microsoft Foundation Class) 的框架下來實(shí)現(xiàn) MFC和 OpenGL 函數(shù)庫結(jié)合繪制圖形的方法，這種方法有效簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)之間的連接，也符合面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想，提高了接口的通用性。 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。 OpenGL 應(yīng)用開發(fā)的這種廣泛適應(yīng)性給從事三維 圖形開發(fā)的人員帶來的好處是不言而喻的。它除了提供上述通用建模和變換方法之外，更提供了光照處理、反走樣、混合、霧化、紋理映射及動(dòng)畫等功能。這些圖庫的一個(gè)共同特點(diǎn)是：都提供了一些標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)、線、面、體的建模方法以及一些標(biāo)準(zhǔn)的圖形變換方法，甚至還提供一些外部圖形設(shè)備的訪問接口。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。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，已經(jīng)滲透到科研、工程、商業(yè)、藝術(shù)等社會(huì)生活和工業(yè)生產(chǎn)的幾乎一切領(lǐng)域，并與這些領(lǐng)域的發(fā)展相互推動(dòng)和促進(jìn)。 附錄 .............................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 ................................. 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。 計(jì)算效率分析 .................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 區(qū)域取樣 ............................................................................