立方體紋理映射

1問題描述與算法思想1.1紋理映射簡介紋理映射（TextureMapping）是將紋理空間中的紋理像素映射到屏幕空間中的像素的過程。在三維圖形中，紋理映射（TextureMapping）的方法運用得最廣，尤其描述具有真實感的物體。比如繪制一面磚墻，就可以使用一幅具有真實感的圖像或者照片作為紋理貼到一個矩形上，這樣，一面逼真的磚墻就畫好了。如果不用紋理映射的方法，這墻上的每一塊磚都要作為一個獨立的多邊形來繪制。另外，紋理映射能夠保證在變換多邊形時，多邊形上的紋理也會隨之變化。例如，用透視投影模式觀察墻面時，離視點遠的墻壁的磚塊的尺寸就會縮小，而離視點近的就會大些，這些是符合視覺規(guī)律的。此外，紋理映射也被用在其他一些領(lǐng)域。如飛行仿真中常把一大片植被的圖像映射到一些大多邊形上用以表示地面，或者用大理石、木材等自然物質(zhì)的圖像作為紋理映射到多邊形上表示相應(yīng)的物體。紋理對象通過一個單獨的數(shù)字來標識。這允許硬件能夠在內(nèi)存中保存多個紋理，而不是每次使用的時候再加載它們，從而減少了運算量，提高了速度。紋理映射是真實感圖像制作的一個重要部分，運用它可以方便的制作出極具真實感的圖形而不必花過多時間來考慮物體的表面細節(jié)。然而紋理加載的過程可能會影響程序運行速度，當紋理圖像非常大時，這種情況尤為明顯。如何妥善的管理紋理，減少不必要的開銷，是系統(tǒng)優(yōu)化時必須考慮的一個問題。還好，相關(guān)軟件提供了紋理對象對象管理技術(shù)來解決上述問題。與顯示列表一樣，紋理對象通過一個單獨的數(shù)字來標識。立方體映射（cube-map）紋理是一種特殊類型的紋理，用于環(huán)境映射，使用一組圖像并把他們作為立方體的面。立方體映射的6個面用正方形并且大小相同的6個子紋理表示。要從立方體紋理中采樣的時候，使用的紋理坐標是3維，并且被看做來自原點的方向。方向指向用來讀取紋理的立方體映射表面的位置。立方體紋理映射主要思想是通過觀察向量和表面的法向量反射來確定采樣的紋理坐標。1.2實驗?zāi)康?)掌握位圖紋理讀入方法；2）掌握立方體紋理映射算法。1.3功能要求1）建立三維坐標系Oxyz，遠點位于屏幕客戶區(qū)中心，x軸水平向右為正，y軸垂直向上為正，z軸垂直于屏幕指向觀察者。2）設(shè)置屏幕背景色為黑色。3）讀入六張構(gòu)成天空盒的位圖作為紋理映射到立方體的可見表面上。4）按下鼠標左鍵縮小立方體，按下鼠標右鍵增大立方體。5）使用鍵盤方向旋轉(zhuǎn)紋理立方體。6）使用動畫按鈕播放或停止立方體動畫。1.4算法原理（算法思想）立方體進行紋理映射是紋理對象并不是直接綁定到著色器，而是綁定到一個紋理單元，紋理單元的索引將會傳遞給做澀琪。要綁定到一個紋理單元，先要將其激活，可以使用glActiveTexture（）函數(shù)?？梢允褂枚鄠€紋理單元，每個紋理單元可以綁定到相同的或者不同的紋理對象。只要紋理對象的類型不同，一個紋理單元可以綁定多個紋理對象。通過采樣器變量來使用多個紋理。在片元著色器中，采樣函數(shù)需要通過采樣器變量訪問變量來訪問多個紋理單元。采樣器對象與紋理對象不同。紋理對象中包含了紋理數(shù)據(jù)以及配置采樣操作的參數(shù)，這些參數(shù)是采樣狀態(tài)額一部分。另外也可以創(chuàng)建一個采樣對象，用采樣狀態(tài)參數(shù)配置它，并把它綁定到紋理單元中。這樣，采樣器對象會覆蓋紋理對象中定義的采樣狀態(tài)。2總體設(shè)計：功能類的結(jié)構(gòu)設(shè)計1）定義CFace類，將面片定點索引號和位圖定點索引號綁定在一起，Normal為面片的法失量；2）定義COLORREF類型的Image二維數(shù)組，用voidCTestView::ReadImage(intnface)函數(shù)讀入紋理圖片；3）voidCTestView::ReadFace()定義面表，將四邊形面片三維頂點的索引號和位圖二維頂點的索引號對應(yīng)起來；4）voidCTestView::DrawObject（CDC*pDC）繪制立方體，在繪制立方體之前先對立方體進行背面剔除以提高效率，繪制時先調(diào)用ReadImage（）函數(shù)讀入紋理，再調(diào)用ZBuffer類的SetPoint（）函數(shù)綁定紋理，最后根據(jù)TextureMap（）函數(shù)根據(jù)位圖顏色繪制立方體的可見面；5）在CZBuffer類中添加紋理映射函數(shù)TextureMap（），填充立方體每個可見面內(nèi)部時，使用COLORREF類型的clr變量讀出Image紋理數(shù)組對應(yīng)點的顏色值進行繪制；6）voidCTestView::InitParameter()，透視變換參數(shù)初始化，設(shè)定用戶坐標系的視點球坐標；7）voidCTestView::PerProject(CP3P)，進行透視變換。實現(xiàn)世界坐標系到觀察坐標系的轉(zhuǎn)換及屏幕坐標系到二維坐標系的轉(zhuǎn)換；8）voidCTestView::OnLButtonDown(UINTnFlags,CPointpoint)，鼠標左鍵函數(shù)；voidCTestView::OnRButtonDblClk(UINTnFlags,CPointpoint)，鼠標右鍵函數(shù)。點擊鼠標左鍵使立方體縮小，點擊右鍵使立方體增大；9）voidCTestView::OnKeyDown(UINTnChar,UINTnRepCnt,UINTnFlags)，鍵盤控制函數(shù)，點擊鍵盤不同按鍵控制立方體的旋轉(zhuǎn)；10）voidCTestView::ClearImaMem()，最終刪除紋理對象。3詳細設(shè)計（流程圖） for(intn2=0;n2<=bmp.bmWidth-1;n2++)//位圖寬度 { intpos=n1*bmp.bmWidthBytes+4*n2;//位置 Image[n1][n2]=RGB(im[pos+2],im[pos+1],im[pos]); } } delete[]im; }4.3鼠標鍵盤操作函數(shù)voidCTestView::OnLButtonDown(UINTnFlags,CPointpoint)//鼠標左鍵函數(shù){ //TODO:Addyourmessagehandlercodehereand/orcalldefault R+=100; Invalidate(FALSE); CView::OnLButtonDown(nFlags,point);}voidCTestView::OnRButtonDblClk(UINTnFlags,CPointpoint)//鼠標右鍵函數(shù){ //TODO:Addyourmessagehandlercodehereand/orcalldefault R-=100; Invalidate(FALSE); CView::OnRButtonDblClk(nFlags,point);}voidCTestView::OnKeyDown(UINTnChar,UINTnRepCnt,UINTnFlags){ //TODO:Addyourmessagehandlercodehereand/orcalldefault if(!Play) { switch(nChar) { caseVK_UP: afa=-5; tran.RotateX(afa); break; caseVK_DOWN: afa=5; tran.RotateX(afa); break; caseVK_LEFT: beta=-5; tran.RotateY(beta); break; caseVK_RIGHT: beta=5; tran.RotateY(beta); break; default: break; } Invalidate(FALSE); } CView::OnKeyDown(nChar,nRepCnt,nFlags);}5運行效果圖6結(jié)論與總結(jié)這一次的課程設(shè)計我選的是立方體紋理映射，與以前上課時要求完成的作業(yè)有很大的區(qū)別，難度上提升了不少。上課時圖形學實驗作業(yè)的代碼都是有實驗參考書，但這次課程設(shè)計卻是沒有代碼提示的，需要自己查詢資料并結(jié)合自己的理解來一行行的敲代碼。在敲代碼的過程中自然是錯誤百出，無論是變量定義錯誤還是輸入大小寫錯誤或是標點符號輸入錯誤都會導(dǎo)致最后的圖形出不來。此次寫代碼用的語言是C++，與此代碼類似，編過相關(guān)類型的代碼，也思考了實現(xiàn)相關(guān)功能的對應(yīng)函數(shù)，并完整的實現(xiàn)過程序。在這個過程中，需要不斷地改進，不斷地完善，調(diào)試，分析，和嘗試，才能最終得出結(jié)果。而且復(fù)合基本要求，就要在設(shè)計過程中勇于探討，勇于實踐。當時是剛開始寫這門科目的代碼，一開始無從下手，直到查閱了很多資料，了解了一些相關(guān)知識，然后慢慢嘗試。這次在以前的基礎(chǔ)上增加了一些難度，雖然程序總體來說較復(fù)雜，因為要區(qū)分字母的大小寫，還要區(qū)分標點符號，寫的過程中容易出錯，并充分使用所給的已知信息。如何通過空間模型來實現(xiàn)，如何使用函數(shù)來繪制模型的各個部分，并進行異常處理整個過程要足夠的細心和耐心，但我相信，只要不斷嘗試，不斷分析