基于OpenGL紋理映射技術(shù)的紙盒貼圖功能的實(shí)現(xiàn)方法

1、收稿日期:20060616作者簡(jiǎn)介:趙榮麗(1979-,女,廣東工業(yè)大學(xué)助教,主要從事包裝結(jié)構(gòu)、包裝C AD 、包裝印刷等的教學(xué)和科研。基于OpenG L 紋理映射技術(shù)的紙盒貼圖功能的實(shí)現(xiàn)方法趙榮麗1,謝利2,和克智2,白莉1(1.廣東工業(yè)大學(xué),廣州510006;2.西安理工大學(xué),西安710048摘要:根據(jù)紙盒結(jié)構(gòu)的面片特性,利用OpenG L 的紋理映射技術(shù),提取紙盒的裝潢圖片,建立其與紙盒結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)紙盒CAD 系統(tǒng)中的貼圖功能以及三維效果圖的展示。關(guān)鍵詞:紋理映射;紙盒;三維效果圖中圖分類號(hào):T B482.1;TP391.72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1001-3563(2006

2、05-0061-03Cart on Mapp ing Technique Based on OpenG Ls Texture Mapp ingZHAO R ong 2li 1,X IE L i 2,HE Ke 2zhi 2,BA I L i1(1.Guangdong University of technol ogy,Guangzhou 510006,China;2.Xia n University of technol ogy,Xian 710048,China Abstract:According t o the characteristic of cart on,OpenG L s te

3、xture mapp ing was used t o distill the up 2holstering p icture,and the corres ponding connecti on bet w een the upholstering p icture and the cart on structure was set up.The cart on mapp ing functi on of cart on CAD and the expositi on of cart on 3D effect graph was real 2ized by this technol ogy

4、.Key words:texture mapp ing;cart on;3D effect graph紋理映射技術(shù)是為了簡(jiǎn)化模擬真實(shí)世界的過程而誕生的一項(xiàng)技術(shù),即采用物體的真實(shí)紋理圖形映射到繪制的三維圖形表面,使其呈現(xiàn)出更加逼真的效果。計(jì)算機(jī)公司推出了大量的三維圖形軟件包來實(shí)現(xiàn)三維圖形的模擬,其中SGI 公司推出的OpenG L 作為一個(gè)性能優(yōu)越的圖形應(yīng)用程序設(shè)計(jì)界面(AP I 異軍突起,取得了很大的成就。它可以實(shí)現(xiàn)三維圖形中光照設(shè)置、材質(zhì)處理、動(dòng)畫演示、紋理貼圖等功能。當(dāng)前在紙盒C AD 系統(tǒng)中裝潢效果圖的演示已經(jīng)成為了必不可少的功能,而這一技術(shù)利用普通的編程實(shí)現(xiàn)卻并不是容易的事,借助于Op

5、enG L 的紋理映射技術(shù)就可以大大簡(jiǎn)化工作。1紋理映射技術(shù)1-2OpenG L 的紋理映射技術(shù)指的是把紋理圖像映射到物體表面,即在一個(gè)平面區(qū)域(紋理空間上預(yù)先定義出紋理圖案,然后建立物體表面空間和紋理圖案坐標(biāo)之間的映射關(guān)系,當(dāng)物體表面的可見點(diǎn)確定后,就可以根據(jù)紋理空間對(duì)應(yīng)點(diǎn)的值將紋理圖案附到物體的表面上。OpenG L 紋理貼圖的類型主要有:材質(zhì)貼圖、M i p 貼圖、凹凸貼圖、動(dòng)態(tài)材質(zhì)貼圖等。材質(zhì)貼圖是將一張已有的圖像直接貼到物體的表面,OpenG L 實(shí)現(xiàn)材質(zhì)紋理映射的步驟見圖1。1紋理定義可用函void glTexI m age2D (實(shí)現(xiàn),該函數(shù)可以指定目標(biāo)紋理、紋理的尺寸、邊界寬度

6、等等 。圖1紋理映射步驟Fig .1The p r ocess of texture mapp ing2控制濾波可用函數(shù)glTexPara meterf (來實(shí)現(xiàn)?？刂茷V波是因?yàn)楫?dāng)紋理圖像是方形,而被影射物體是異型時(shí),圖像上的像素不能與屏幕上的像素一一對(duì)應(yīng),因此局部放大或縮小時(shí),就要定義合適的濾波方式,來適當(dāng)?shù)目刂茍D形。3指定紋理影射方式可用函數(shù)glTexEnv 3(來實(shí)現(xiàn),紋理在像素上的應(yīng)用方式主要包括貼花方式、調(diào)制方式和顏色混合模式。但是在光照下的紋理處理效果必須采用調(diào)制方式。4確定物體和紋理坐標(biāo)以及建立兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系是紋理16趙榮麗等基于OpenG L 紋理映射技術(shù)的紙盒貼圖功能的實(shí)現(xiàn)方

7、法2紙盒貼圖功能的實(shí)現(xiàn)紋理映射中紋理圖形的數(shù)據(jù)即可以由程序生成,也可以從外部文件中讀取,由于紙盒CAD系統(tǒng)中裝潢圖案是任意的,所以這里采用從外部文件讀取圖形的方法,由于在計(jì)算機(jī)上,位圖文件是最常見的一種圖像格式,而且位圖文件格式較為簡(jiǎn)單,讀取起來也比較方便,因此這里將采用位圖作為裝潢圖案。2.1紋理的初始化定義和控制在紋理映射之前首先要應(yīng)用OpenG L的建模、變換、光照材質(zhì)設(shè)置、雙緩存動(dòng)畫等功能實(shí)現(xiàn)一個(gè)三維紙盒結(jié)構(gòu)圖,在此基礎(chǔ)上再實(shí)現(xiàn)紙盒的貼圖。依據(jù)前面紋理貼圖的過程,紙盒貼圖中紋理初始化定義和控制可用如下函數(shù)實(shí)現(xiàn)1-2:/指出紋理圖形為一幅預(yù)定義的位圖,并為其命名:G Lubyte3pTe

8、xture B its=(G Lubyte3m_pD ib->Get2B its(;/定義紋理圖形的寬度和高度:G L int width=m_pD ib->W idth(;G L int height=m_pD ib->Height(;glPixelSt orei(G L_UNP ACK_AL I G NM E NT,1;/定義紋理圖形:glTexI m age2D(G L_TEXT URE_2D,0,3,width,height,0,G L_BGR_EXT,G L_UNSI G NE D_BYTE,pTexture B its;/控制紋理:glTexParameterf(

9、;/說明紋理映射方式:glTexEnvf(G L_TEXT URE_E NV,G L_TEXT URE_E NV_ COLOR,G L_DECAL;/啟動(dòng)紋理映射:glEnable(G L_TEXT URE_2D;glShade Model(G L_S MOOT H。2.2定義紙盒幾何坐標(biāo)在進(jìn)行了上述紋理圖形的初始化控制之后,關(guān)鍵是定義紋理坐標(biāo)(s,t和物體空間坐標(biāo)(x,y,z,以及建立它們之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,因?yàn)閷?duì)于紙盒,它的結(jié)構(gòu)都可以劃分為一定的面片3。如圖2所示為生成的一個(gè)紙盒的盒片圖,將其盒體的4個(gè)面分別定義為S1、S2、S3、S4。以紙盒的三維立體圖形S1面為例,將S1面四個(gè)頂點(diǎn)a,b,

10、c,d的坐標(biāo)作為紋理映射物體的幾何坐標(biāo),由于紙盒結(jié)構(gòu)的面片特性,決定了其每個(gè)頂點(diǎn)的幾何坐標(biāo)都與紙盒的長(zhǎng)寬高和紙厚、壓痕線等參數(shù)有關(guān),因此建立見圖3所示的坐標(biāo)系,以紙盒中心為坐標(biāo)原點(diǎn),其每個(gè)面片都可以用紙盒的設(shè)計(jì)參數(shù)來表示,若以X方向表示紙盒的長(zhǎng)度方向,Y方向表示紙盒的高度方向,Z方向表示紙盒的寬度方向,以T表示紙盒的紙厚和壓痕線,則S1面四個(gè)頂點(diǎn)的幾何坐標(biāo)可定義為如下(其中2X表示紙盒的長(zhǎng)度,2Y表示紙盒的高度,2Z表示紙盒的寬度 :圖2紙盒展開圖圖3紙盒坐標(biāo)系Fig.2Expanded vie wof cart onFig.3Cart ons coordinatesyste ma:gl V

11、ertex3d(-X,-Y-23T,Z;b:gl V ertex3d(X+23T,-Y-23T,Z;c:gl V ertex3d(X+23T,Y+23T,Z;d:gl V ertex3d(-X,Y+23T,Z2.3定義紋理坐標(biāo)對(duì)于定義的二維紋理圖像來說,其紋理坐標(biāo)沿兩個(gè)方向的個(gè)面片,對(duì)于圖4所示的一個(gè)二維紋理圖像,其四個(gè)頂點(diǎn)的紋理坐標(biāo)可定義為:e:glTexCoord2f(0.0,0.0;f:glTexCoord2f(1.0,0.0;g:glTexCoord2f(1.0,1.0;h:glTexCoord2f(0.0,1.0 ;圖4裝潢圖片F(xiàn)ig.4Upholstering p icture如果

12、將紋理坐標(biāo)的定義中的參數(shù)進(jìn)行修改,則表示貼圖時(shí)并不選用整個(gè)紋理圖形而是選用紋理圖形的一部分,例如,將貼圖。因此,紋理坐標(biāo)選擇時(shí),可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改。例如,對(duì)于圖4所示的裝潢圖片,當(dāng)選擇不同紋理坐標(biāo)時(shí)其呈現(xiàn)出的效果圖見圖5。2.4建立坐標(biāo)的映射關(guān)系在映射過程中,只需使紙盒三維立體圖的幾何坐標(biāo)與裝潢圖形紋理坐標(biāo)一一對(duì)應(yīng),即a與e,b與f,c與g,d與h相對(duì)應(yīng)。相應(yīng)的在整個(gè)紙盒的圖形映射過程中,應(yīng)注意順序的一致,即在S2面進(jìn)行映射圖形的過程中,應(yīng)使點(diǎn)b與e,a1與f,d1與g,c與26 圖5不同紋理坐標(biāo)的效果圖Fig .5D ifferent texture coordinates effect

13、 graphsh 相對(duì)應(yīng),這樣生成的裝潢圖案才能保持其一致性。以S 1面為例,將圖4所示的整幅圖形貼于其表面的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)函數(shù)可如下:glTexCoord2f (0.0,0.0;gl V ertex3d (-X,-Y -23T,Z ;glTexCoord2f (1.0,0.0;gl V ertex3d (X +23T,-Y -23T,Z ;glTexCoord2f (1.0,1.0;gl V ertex3d (X +23T,Y +23T,Z ;glTexCoord2f (0.0,1.0;gl V ertex3d (-X,Y +23T,Z 在紋理圖形進(jìn)行了上述的初始化定義、指定裝潢圖案、定義坐標(biāo)、建

14、立坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系之后,就可以使一幅完整的裝潢圖案貼在指定的紙盒上,生成預(yù)期的三維立體效果圖。3實(shí)例演示見圖6所示的效果圖,是采用VC +6.0和OpenG L 編程圖6紙盒貼圖過程Fig .6The p r ocess of cart on mapp ing實(shí)現(xiàn)的。該軟件利用OpenG L 的建模、變換、雙緩存動(dòng)畫、紋理映射技術(shù)實(shí)現(xiàn)了三維紙盒結(jié)構(gòu)圖的參數(shù)化設(shè)計(jì)、動(dòng)畫演示紙盒成型過程、紋理貼圖等功能。紋理貼圖中,可以選擇不同圖形進(jìn)行貼圖,還可以選擇需要貼圖的面,圖6是將圖4貼在一個(gè)三維插卡式紙盒上,對(duì)不同的面選擇不同的紋理坐標(biāo)并應(yīng)用動(dòng)畫展開紙盒的過程。利用上述方法可實(shí)現(xiàn)各種圖形的貼圖,變幻不同圖

15、形,生成的一組三維紙盒效果圖見圖7 。圖7生成的三維效果圖Fig .7A series of 3D effect graphs4結(jié)語(yǔ)紙盒紋理貼圖功能的實(shí)現(xiàn)是當(dāng)前紙盒C AD 系統(tǒng)中不可缺少的組成部分,利用OpenG L 可大大簡(jiǎn)化其實(shí)現(xiàn)過程,并且可選擇不同裝潢圖案進(jìn)行貼圖,得到不同效果圖。將OpenG L 的紋理映射技術(shù)應(yīng)用到三維紙盒效果圖設(shè)計(jì)中,為包裝C AD 軟件的開發(fā)提供了更加便捷的研究方法。參考文獻(xiàn):1喬林,費(fèi)廣正,等.OpenG L 程序設(shè)計(jì)M .北京:清華大學(xué)出版社,2000.2吳斌,畢麗蘊(yùn).OpenG L 編程實(shí)例與技巧M .北京:人民郵電出版社,1999.3楊濤,等.基于面模型的三維紙箱紙盒CAD 系統(tǒng)J .包裝工程,2003,24(2:23-24.(上接第57頁(yè)根據(jù)表1的參數(shù)制作9個(gè)緩沖件,通過重復(fù)的沖擊和振動(dòng)試驗(yàn)優(yōu)選出加速度值最小,最節(jié)省材料的緩沖件,即為緩沖件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)結(jié)果,本文最終的優(yōu)化結(jié)果是厚度d 為25mm,高度為60mm,開孔2個(gè),孔長(zhǎng)為140mm 。4結(jié)語(yǔ)通過正交試驗(yàn)方法對(duì)緩沖件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并通過沖擊或振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試緩沖件的動(dòng)態(tài)性能,為緩沖包裝件的設(shè)計(jì)提供了一種科學(xué)和行