2023年計算機圖形學實驗報告3

實驗一3D模型的加載、渲染與三維操作

學院：

專業(yè)班級：

指導老師：8

學號：。

姓名:。

完畢日期：，

目錄

一、實驗目的.......................................................................3

二、使用的工具軟件及環(huán)境.........................................錯誤!未定義書簽。

三、實驗內容錯誤!未定義書簽。

四、實驗環(huán)節(jié)。錯誤!未定義書簽。

五、思考。錯誤!未定義書簽。

一、實驗目的

1、掌握在MicrosoftVisualStudio環(huán)境中使用OpenGL、GLUT和GLUI;

2、了解計算機圖形學固定流水線；

3、了解OpenGL編程基礎；

4、掌握三維觀測的數(shù)學表達和程序實現(xiàn)；

5、掌握多邊形網格的繪制；

二、使用的工具軟件及環(huán)境

MicrosoftVisualStudio2023、OpenGL>Glut>Glui

三、實驗內容

1、在VS2023中酉己置0penGL環(huán)境；

2、編譯簡樸的GLUT程序；

3、編譯GLUI源代碼，并在調試模式下執(zhí)行6個示例程序；

4、在給定的工程中添加繪制簡樸幾何體的代碼；

5、在給定的工程中添加讀取、繪制三維模型的代碼；

6、在給定的工程中添加旋轉、平移和縮放的控制代碼；

四、實驗環(huán)節(jié)

1、安裝MicrosoftVisualStudio軟件

版本選擇:MicrosoftVisua1Studio2023以上版本

2、VS2023中配置GLUT

1)下載GLUT。Windows環(huán)境下的GLUT下載地址：

2)將下載的壓縮包解開，將得到5個文獻:glut.h、glut.1ib>glut

32.lib%glut.dll>glut32.d11。3)將glut,h放至[,%WinDir%\Program

Files(x86)\MicrosoftSDKs\Windows\v7.OA\Include\g1\"文

獻夾中。

4)將g1ut.1ib和g1ut32.lib放到"%WinDir%\ProgramFile

s(x86)\MicrosoftVisualStudio10.O\VC\1ibV文獻夾中。

5)將glut.dll和glut32.d11放到級WinDir%\system32”文獻夾(3

2位操作系統(tǒng))或者"%WinDir%\SysWOW64"文獻夾(64位操作系統(tǒng))。

3、測試GLUT配置環(huán)境

1)打開VS2023,選擇文獻->新建-〉項目，選擇Win32控制臺應用程序，

填入合適的名字如OpenGLTest,然后選擇擬定。演在彈出的對話框中點擊

下一步，然后在附加選項中選擇空項目，點擊完畢。

3)然后向該工程添加一個源代碼文獻,取名為OpenGLTest.cpp。小)向0

penGLTest.c中添加代碼(可在公共郵箱下載)

#include<GL/glut,h>

#include<gl/gl.h>

#include<gl/GLU.h>

voidmyDisplay()

(

?glC1ear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

oglRectf(-0.5f,-0.5f,0.5f,0.5f);

?glFlush();

intmain(intargc,char*argv[])

glutInit(&argc,argv);

?g1utinitDisplayMode(GLUT_RGBIGLUT_SINGLE)；

glutInitWindowPosition(100,100);

glutlnitWindowSize(400,400);

oglutCreateWindow("第一個OpenGL程序")；

glutDisplayFunc(&myDisplay);

g1utMainLoop();

?return0;

}

5)設立必要的靜態(tài)鏈接庫列表

選擇“項目一＞屬性-＞鏈接器-＞輸入-＞附加包含目錄”，填寫必要的靜態(tài)鏈

接庫列表，如“openg132.lib；glu32.lib;glut32.libM

6)編譯、鏈接、執(zhí)行該程序,生成一個黑色的窗口，中央顯示一個白色的矩

形,表白配置環(huán)境對的。

學|民石達|9.。.二＞國|?|DebugWin32

1'-1十六進制力口?仁|享有工？|0GQ*0無*Q

W線程:

/glut.h>

gl.h>

；LU.h>

ay()

；L_COLOR_BUFFER_BIT):

-0.5f,-0.5f,0.5f,0.5f):

)：

argCjchar*argv[])

(&argc,argv)：

DisplayMode(GLUT_RGB|GLUT_SINGL

^indowPosition(100,100);

^indowSize(400,400);

teWindow("第一個OpenGL程序")：

1ayFunc(&myDisplay);

F.nnn(},

4、編譯GLUI庫文獻和示例程序

在公共郵箱中下載GLUI源代碼并解壓到合適的目錄

用VS2023打開"glui-2.36\src\msvc"目錄下的glui.s1n解決方案文

獻。

在“解決方案資源管理器”中右鍵點擊“解決方案"glui"”項，點擊批生成,

勾選前四項，點擊生成。

育出

痂遍出女⑸：|顰~|，|3金I京|至］

glui_window.cpp

quaternion.cpp

正在生成代碼…

C:\ProgramFilesGc86)\MSBuild\Microsoft.Cpp\v4.0\Microsoft.CppBuild.targets(1151,5)：warningMSB8012:TargetP

C:\ProgramFilesGc86)\MSBuild\Microsoft.Cpp\v4.0\Microsoft.CppBuild.targets(U53/5)：warningMSB8012:TargetN

Lib：

glui.vcxproj->E:\課件,計算機圖形學課件\glui_2.36\glui~2.36\src\msvc\.\Debug\_gluilibrary.lib

FinalizeBuildStatus：

正在刪除文件“.\Debug\_gluilibrary,xinsuccessfulbui1d,J。

正在對“?'Debug'gluilibrary,lastbuiIdstate”執(zhí)行Touch任務。

生成成功。

已用時間00:00:33.09

==========生成：成功4個，失敗0個，最賴0個，跳過0個==========

.IiiiI

在“解決方案資源管理器”中右鍵點擊“解決方案"g1ui〃”項，點擊批生

成，取消選擇前四項，勾選其余項，點擊生成。

是出

顯5遍出來源⑤：|生成F|5|321Tl司

InitializeBuildStatus:

正在創(chuàng)建"DebugDLL\example1.unsuccessfulbuildM，因為已指定“AlwaysCreateM。

CICompile：

examplel.cpp

C:\ProgramFiles6<86)\MSBuild\Microsoft.Cpp\v4.0\Microsoft.CppBuild.targets(990.5)：warningMSB8012:TargetPa

C:\ProgramFilesGc86)\MSBuild\Microsoft.Cpp\v4.0\Microsoft.CppBuild.targets(992?5)：warningMSB8012：TargetNai

Link：

example1.vcxproj->E：\課件，計算機圖形學課件\glui-2.36\glui_2.36\,src\msvc\DebugDLL\examplel.exe

FinalizeBuildStatus：

正在刪除文件“DebugDLLKexample1.unsuccessfulbuiId”。

正在對“DebugDLlAexamplel.lastbuildstate"執(zhí)行Touch任務"o

生成成功。

已用時間00:00:01.94

==========生成：成功24個，失敗0個，最新0個，跳過。個==========

在"glui-2.36\src\msvc\bin”目錄下可見到生成的動態(tài)鏈接庫文獻以

及可執(zhí)行文獻。

在"glui-2.36\src\msvc\lib”目錄下可見到生成的靜態(tài)鏈接庫文獻。

將glui相關的頭文獻、靜態(tài)鏈接庫文獻、動態(tài)鏈接庫文獻依次放入4.2節(jié)

中所述目錄下。

5、編譯MeshViewer示例程序

從公共郵箱中下載MeshViewer示例程序,試編譯運營。

6、在示例程序中添加代碼實現(xiàn)下述功能

1)在MeshViewer.cpp文獻myGlutDisplay函數(shù)的相應位置，添加繪

制圓柱的代碼

voidDrawCylinder0

{//繪制圓柱體

floath=1.Of;

//繪制上面的圓

?g1Begin(GL_TRIANGLES);

glNorma13f(0.Of,0.Of,1.Of);〃擬定法向

。for(inti=0;i<=n;i++)

。//點的順序(n,h),(0,h),(n+1,h)

8glVertex3f(R*cos((2*Pi)*i/n),R*sin((2*Pi)*i/n),h);

ogIVertex3f(0,0,h)；

。glVertex3f(R*cos((2*Pi)*(i+1)/n),R*sin((2*Pi)*(i

+1)/n),h);

°)

*End();

。//繪制下面的圓

glBegin(GL_TRIANGLES);

glNormal3f(0.Of,0.Of,-l.Of);〃擬定法向

。for(inti=0;i<=n;i++)

°{

//點的順序(n,0),(n+1,0),(0,0)

oglVertex3f(R*cos((2*Pi)*i/n),R*sin((2*Pi)*i/n),

-h);

oooglVertex3f(R*cos((2*Pi)*(i+1)/n),R*sin((2*Pi)*(i+1)

/n),-h);

og1Vertex3f(0,0,0);

glEnd();

//繪制側面

oglBegin(GL_QUADS);

ointi=0；

0for(inti=0;i<=n；i++)

1dOO

gINormal3f(R*cos((2*Pi)*i/n),R*sin((2*Pi)*i/n),0);

。//畫點的順序v(n,0),(n,h),(n+1,h),(n+1,0)

。glVertex3f(R*cos((2*Pi)*i/n),R*sin((2*Pi)*i/n),-h);

。。gIVertex3f(R*cos((2*Pi)*i/n),R*sin((2*Pi)*i/n),

h):

glVertex3f(R*cos((2*Pi)*(i+1)/n),R*sin((2*Pi)*

(i+1)/n),h)；

glVertex3f(R*cos((2*Pi)*(i+1)/n),R*sin((2*Pi)*

(i+1)/n),—h);

?)

glEnd();

}

2)在MeshViewer.cpp文獻myGlutDisp1ay函數(shù)的相應位置,添加繪

制圓錐的代碼

voidDrawCone()

{〃繪制圓錐

。floath=2.Of;〃定義圓錐的高

〃繪制下面的圓

glBegin(GL_TRIANGLES);

。g1Normal3f(0.Of,0.Of,-1.Of);//擬定法向

。for(inti=0;i<=n;i++)

8{

8〃點的順序(n,0),(n+1,0),(0,0)

8glVertex3f(R*cos((2*Pi)*i/n),R*sin((2*Pi)*i/n),0);

。oglVertex3f(R*cos((2*Pi)*(i+l)/n),R*sin((2*Pi)*(i+1)

/n),0);

glVertex3f(0,0,0);

)

?glEnd();

〃繪制圓錐的側面

oglBegin(GL_TR1ANGLES);

ointi=0；

3for(inti=0；i<=n;i++)

8{

。//計算圓錐面的法向量

?>Vector3v1(R*cos((2*Pi)*i/n),R*sin((2*Pi)*i/n),

0);

o?Vector3v2(0,0,h);

Vector3v3(R*cos((2*Pi)*(i+1)/n),R*sin((2*Pi)

*(i+1)/n),0);

的Vector3vnorma1=Cross((v3-v2),(v2-vl));

wogINormal3f(vnorma1.fX,vnorma1.fY,vnormal.fZ);

。//繪?制？順3序6(n,0),(0,h),(n+1,0)

oglVertex3f(R*cos((2*Pi)*i/n),R*sin((2*Pi)*i/n),0);

^glVertex3f(0,0,h);

IVertex3f(R*cos((2*Pi)*(i+1)/n),R*sin((2*Pi)

*(i+1)/n),0)；

^glEndO;

)

3)從.obj文獻中讀取頂點數(shù)據(jù)和面數(shù)據(jù):實現(xiàn)方法CObj：:ReadObjFile();

boolCObj:：ReadObjFile(constchar*pcszFi1eName)

{〃讀取模型文獻

oFILE*fpFile=fopen(pcszFileName,;//以只讀方式打開文獻

if(fpFi1e==NULL)

°(

eturnfalse;

)

3mpts.clear();

m—faces.clear();

〃將模型文獻中的點和面數(shù)據(jù)分別存入m_pts和faces中

oconstintnLineLenth=256；

charszLine[nLineLenth]；

0Pointpt;

Facef;

owhile(fgets(szLine,nLineLenth,fpFile))

ft(

std：:stringstream1ineStream(szLine);

?charszType[l0];

lineStream>>szType；

oif(szType[0]=='v'&&szType[1]=='\0')〃讀入頂點

q1ineStream>>pt.pos.fX?pt.pos.fY>>pt.pos.fZ;

m_pts.pushback(pt);

oaelseif(szType[0]&&szTypet1]=='\0')//讀入面

?ineStream>>f.pts[0]>>f.pts[l]>>f.pts[2];

。of.pts[0]一;

。f.pts[1]----;

0of.pts[2]一;

。m_faces.push_back(f)；

0}

)

。fclose(fpFile)；

UnifyMode1()；〃將模型歸一化

3computeNormaIs();//計算法線

returntrue;

)

4)將模型歸一化：實現(xiàn)方法CObj"UnifyModel。;

voidCObj::UnifyMode1()

(

〃模型歸一化

Vector3vMax,vMin;

vMax=vMin=mpts[0].pos;

?for(inti=1;i<m_pts.size()；++i)

ovMin.fX=min(vMin.fX,mjpts[i].pos.fX);

?vMin.fY=min(vMin.fY,m_pts[i].pos.fY);

ovMin.fZ=min(vMin.fZ,m_pts[i].pos.fZ)；

ovMax.fX=max(vMax.fX,m_pts[i].pos.fX)；

vMax.fY=max(vMax.fY,m_pts[i].pos.fY);

°vMax.fZ=max(vMax.fZ,m_pts[i].pos.fZ);

Vector3center=(vMax+vMin)*0.5;

。//Calcu1atescaleration

doublefScale;

Vector3vBounding;

ovBounding=vMax-vMin;

ofSca1e=vBounding.Length()；

ofSca1e=10.0/fScale;

ofor(inti=0;i<m_pts.size()；++i)

(

。Vector3&pos=m_pts[i].pos;

opos=(pos-center)*fScale；

}

)

5)計算各個三角面片的法向：實現(xiàn)方法CObj::ComputeFaceNorma1();

voidCObj::ComputeFaceNorma1(Face&f)

{//計算面f的法向量，并保存

Vector3one;

Vector3two；

oone=m_ptsLf.pts[l]J.pos-mpts[f.pts[0]].pos;

two=m_pts[f.pts[2]].pos—m_pts[f.pts[0]].pos；

of.normal=Cross(one,two)；//通過叉積y計算法線量

f.norma1.NormalizeO;//對法向量長度進行歸一化

)

6)繪制讀取的模型：實現(xiàn)函數(shù)DrawModelO;

voidDrawModel(CObj&mode1)

{〃繪制模型

oglBegin(GL_TRIANGLES);〃開始畫模型

for(inti=0;i<model.m_faces.size()；++i)

8for(intj=0;j<3;++j)

0{

glNorma13dv((double*)&