OpenGL中繪制太陽,地球,月亮的運(yùn)動(dòng)模型.doc

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵罄玫谄哒滤鶎W(xué)的知識(shí)，試在OpenGL中繪制太陽，地球，月亮的運(yùn)動(dòng)模型，并用相應(yīng)的代碼表示出來。2、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容OpenGL中只提供了兩種投影方式，一種是正投影，另一種是透視投影。不管是調(diào)用哪種投影函數(shù)，為了避免不必要的變換，必須調(diào)用glMAtrixMode（GL_PROJECTION ）因此在本實(shí)驗(yàn)中要學(xué)習(xí)這種方法，并使用投影的方式來做題。3、 實(shí)驗(yàn)步驟1）相關(guān)算法及原理描述為了簡單起見，我們把三個(gè)天體都想象成規(guī)則的球體。而我們所使用的glut實(shí)用工具中，正好就有一個(gè)繪制球體的現(xiàn)成函數(shù)：glutSolidSphere，這個(gè)函數(shù)在“原點(diǎn)”繪制出一個(gè)球體。由于坐標(biāo)是可以通過glTranslate*和glRotate*兩個(gè)函數(shù)進(jìn)行隨意變換的，所以我們就可以在任意位置繪制球體了。函數(shù)有三個(gè)參數(shù)：第一個(gè)參數(shù)表示球體的半徑，后兩個(gè)參數(shù)代表了“面”的數(shù)目，簡單點(diǎn)說就是球體的精確程度，數(shù)值越大越精確，當(dāng)然代價(jià)就是速度越緩慢。這里我們只是簡單的設(shè)置后兩個(gè)參數(shù)為20。太陽在坐標(biāo)原點(diǎn)，所以不需要經(jīng)過任何變換，直接繪制就可以了。地球則要復(fù)雜一點(diǎn)，需要變換坐標(biāo)。由于今年已經(jīng)經(jīng)過的天數(shù)已知為day，則地球轉(zhuǎn)過的角度為day/一年的天數(shù)*360度。前面已經(jīng)假定每年都是360天，因此地球轉(zhuǎn)過的角度恰好為day。所以可以通過下面的代碼來解決：glRotatef(day, 0, 0, -1);/* 注意地球公轉(zhuǎn)是“自西向東”的，因此是饒著Z軸負(fù)方向進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) */glTranslatef(地球軌道半徑, 0, 0);glutSolidSphere(地球半徑, 20, 20);月亮是最復(fù)雜的。因?yàn)樗粌H要繞地球轉(zhuǎn)，還要隨著地球繞太陽轉(zhuǎn)。但如果我們選擇地球作為參考，則月亮進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)就是一個(gè)簡單的圓周運(yùn)動(dòng)了。如果我們先繪制地球，再繪制月亮，則只需要進(jìn)行與地球類似的變換：glRotatef(月亮旋轉(zhuǎn)的角度, 0, 0, -1);glTranslatef(月亮軌道半徑, 0, 0);glutSolidSphere(月亮半徑, 20, 20);但這個(gè)“月亮旋轉(zhuǎn)的角度”，并不能簡單的理解為day/一個(gè)月的天數(shù)30*360度。因?yàn)槲覀冊(cè)诶L制地球時(shí)，這個(gè)坐標(biāo)已經(jīng)是旋轉(zhuǎn)過的?，F(xiàn)在的旋轉(zhuǎn)是在以前的基礎(chǔ)上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因此還需要處理這個(gè)“差值”。我們可以寫成：day/30*360 - day，即減去原來已經(jīng)轉(zhuǎn)過的角度。這只是一種簡單的處理，當(dāng)然也可以在繪制地球前用glPushMatrix保存矩陣，繪制地球后用glPopMatrix恢復(fù)矩陣。再設(shè)計(jì)一個(gè)跟地球位置無關(guān)的月亮位置公式，來繪制月亮。通常后一種方法比前一種要好，因?yàn)楦↑c(diǎn)的運(yùn)算是不精確的，即是說我們計(jì)算地球本身的位置就是不精確的。拿這個(gè)不精確的數(shù)去計(jì)算月亮的位置，會(huì)導(dǎo)致 “不精確”的成分累積，過多的“不精確”會(huì)造成錯(cuò)誤。我們這個(gè)小程序沒有去考慮這個(gè)，但并不是說這個(gè)問題不重要。還有一個(gè)需要注意的細(xì)節(jié)： OpenGL把三維坐標(biāo)中的物體繪制到二維屏幕，繪制的順序是按照代碼的順序來進(jìn)行的。因此后繪制的物體會(huì)遮住先繪制的物體，即使后繪制的物體在先繪制的物體的“后面”也是如此。使用深度測試可以解決這一問題。使用的方法是：1、以GL_DEPTH_TEST為參數(shù)調(diào)用glEnable函數(shù)，啟動(dòng)深度測試。2、在必要時(shí)（通常是每次繪制畫面開始時(shí)），清空深度緩沖，即：glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT);其中，glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT)與glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT)可以合并寫為：glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);且后者的運(yùn)行速度可能比前者快。到此為止，我們終于可以得到整個(gè)“太陽，地球和月亮”系統(tǒng)的完整代碼。程序調(diào)試、測試與運(yùn)行結(jié)果分析2）運(yùn)行結(jié)果如下圖，程序調(diào)試成功，并且能正常顯示，不足之處：調(diào)試了半天，右鍵顯示及調(diào)節(jié)屬性的功能仍舊沒法實(shí)現(xiàn)，最后不得不把那個(gè)函數(shù)刪掉，感覺很是遺憾。4、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過本次試驗(yàn)，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，感覺OpenGL的功能很強(qiáng)大，居然可以實(shí)現(xiàn)三維的動(dòng)畫變換，程序調(diào)試成功后把我樂壞了！由于自己不太擅長編程，所以有些功能還不能完全實(shí)現(xiàn)，但我會(huì)盡自己最大努力來克服自己的編程不足之處，多加練習(xí)。 5、附錄帶注釋的源程序#include static int day = 200; / day的變化：從0到359void myDisplay(void) glEnable(GL_DEPTH_TEST); glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); gluPerspective(75, 1, 1, 400000000); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); gluLookAt(0, -200000000, 200000000, 0, 0, 0, 0, 0, 1); / 紅色的“太陽” glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f); glutSolidSphere(69600000, 100, 100); / 藍(lán)色的“地球” glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f); glRotatef(day/360.0*360.0, 0.0f, 0.0f, -1.0f); glTranslatef(150000000, 0.0f, 0.0f); glutSolidSphere(15945000, 100, 100); / 黃色的“月亮” glColor3f(1.0f, 1.0f, 0.0f); glRotatef(day/30.0*360.0 - day/360.0*360.0, 0.0f, 0.0f, -1.0f); glTranslatef(38000000, 0.0f, 0.0f); glutSolidSphere(4345000, 100, 100); glFlush(); glutSwapBuffers();void myIdle(void) +day; if( day = 360 ) day = 0; myDisplay();int main(int argc, char *argv) glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE); glutInitWindowPosition(100, 1