虚拟现实建模技术课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 虚拟现实建模工具,第四章 虚拟现实建模工具,1,虚拟现实系统图形程序设计接口,OpenGL,虚拟现实建模语言,VRML,虚拟现实建模工具,3Dsmax,虚拟现实系统图形程序设计接口,2,虚拟环境构建主要是应用,三维图形,技术，包括,图形的构建,图形的显示,4.1虚拟现实系统图形程序设计接口,虚拟环境构建主要是应用三维图形技术，包括4.1虚拟现实系统图,3,在虚拟现实系统中，模型是十分复杂的；,显示：,软件：3D图形应用程序,硬件：3D图形加速卡,接口：三维图形应用程序接口（3D API）,沟通3D图形应用程序和3D图形加速卡,在虚拟现实系统中，模型是十分复杂的；,4,三维图形编程接口（3D API）多达50多种,选择大公司和在图形应用方面获得广泛认可的公司提供的三维API引擎；,OpenGL,Quick-Draw 3D,Direct3D,三维图形编程接口（3D API）多达50多种,5,OpenGL,：SGI,优点：适用于跨平台的应用开发，可运行在Unix、Windows XP、Windows NT、及Mac平台上,缺点：不能完成某些高级功能，如某些文件操作功能,OpenGL：SGI,6,Quick-Draw 3D（QD3D）：Apple公司,优点：跨平台的应用开发，具有某些高级功能；是面向对象的图形系统；,Quick-Draw 3D（QD3D）：Apple公司,7,Direct3D：,Microsoft1996年发布的三维API，是交互式媒体技术家族DirectX中的一员；,具有某些高级功能；,Direct3D：,8,为什么是OpenGL？,（1）OpenGL：性能优越，计算环境广泛，个人计算机-工作站-超级计算机；,（2）虚拟环境平台Open Inventor、World Tool Kit、Mulitgen CreatorVega是以OpenGL为基础开发的；,为什么是OpenGL？（1）OpenGL：性能优越，计算环境,9,（3）许多在计算机界具有领导地位的计算机公司纷纷采用OpenGL作为三维图形应用程序设计界面，OpenGL程序具有广泛的移植性；,（3）许多在计算机界具有领导地位的计算机公司纷纷采用Open,10,4.1,OpenGL简介,什么是OpenGL,OpenGL的组成,OpenGL的工作流程,OpenGL的基本操作,OpenGL程序的基本结构,4.1 OpenGL简介什么是OpenGL,11,一、什么是OpenGL？,功能强大的图形库：可开发多种特殊视觉（如光照，纹理，透明，阴影）的三维图形；,软硬件平台无关的跨平台三维图形引擎，运行于多种窗口系统之上；,包含图元生成、投影、光照、光栅化等图形显示过程所需的功能,一、什么是OpenGL？功能强大的图形库：可开发多种特殊视觉,12,OpenGL的发展历史：,前身是由SGI公司为其图形工作站开发的IRIS GL，是一个工业标准的三维图形软件接口。,向其他平台移植时，开发了OpenGL,有GL的功能，而且是开放的，适用于多种硬件平台及操作系统，,用户可以创建出接近光线跟踪的高质量静止或动画的三维彩色图象，而且是要比光线跟踪算法快一个数量级。,OpenGL的发展历史：,13,二、OpenGL的组成,OpenGL库,包括115个基本函数,函数以gl开头,例：glColor3f(),glTranslate3f().,完成图元的定义、几何变换、投影等功能,二、OpenGL的组成,14,OpenGL实用库,实用函数43个,函数以glu开头,例：gluPerspective();,完成更高层的图形处理如曲线曲面的生成、图象操作等,OpenGL实用库,15,OpenGL辅助库,包括函数31个,函数以aux开头,例：auxInitWindow();,主要用于窗口管理,OpenGL辅助库,16,主要特点,OpenGL可以在网络上工作，即,客户机/服务器,型,客户机：显示图形,服务器：运行图形程序,客户机与服务器可以不同类型，但两者服从相同的协议。,OpenGL的,硬件无关性,好的移植性,主要特点OpenGL可以在网络上工作，即客户机/服务器型,17,三、OpenGL基本工作流程,（1）根据基本图形单元（点，线，多边形）,建立景物模型,，并对景物模型进行数学描述。,（2）在三维空间中,放置景物模型,，并设置视点。,（3）计算模型中物体的,颜色,（直接定义或由光照及纹理间接给出）,（4）,光栅化,，把模型数学描述和颜色信息转换至屏幕上,在上述过程中，可执行,消隐处理,等操作,三、OpenGL基本工作流程（1）根据基本图形单元（点，线，,18,四、OpenGL的基本操作,图元绘制,图元属性,OpenGL变换（几何变换、投影变换、裁剪变换、视口变换）,OpenGL图形的描绘,四、OpenGL的基本操作图元绘制,19,1、图元绘制,图元的表示,点：三维坐标(x,y,z),齐次坐标(x,y,z,1),线段：两个端点,多边形：顶点序列,矩形：左下角点、右上角点,绘制图元,定义一个顶点,void glVertex234sifdv(TYPE coords);,例：,glVertex3f(1.0,1.0,1.0);,1、图元绘制图元的表示例：glVertex3f(1.0,1.,20,绘制函数要在glBegin与glEnd之间调用。,glBegin标志几何要素定义的开始，glEnd函数则标志结束一个几何要素的定义。,函数,void glBegin(Glenum mode);,mode 的值见下表。,绘制函数要在glBegin与glEnd之间调用。,21,Mode 的值,解释,GL_POINTS,一系列独立的点,GL_LINES,每两点相连成为线段,GL_POLYGON,简单，凸多边形的边界,GL_TRIANGLES,三点相连成为一个三角形,GL_QUADS,四点相连成为一个四边形,GL_LINE_STRIP,顶点相连成为一系列线段,GL_LINE_LOOP,顶点相连成为一系列线段，连接最后一点与第一点,GL_TRIANGLE_STRIP,相连的三角形带,GL_TRIANGLE_FAN,相连的三角形扇形,GL_QUAD_STRIP,相连的四边形带,Mode 的值 解释GL_POINTS一系,22,允许在,glBegin(),与,glEnd(),之间调用的,OpenGL,命令,glVertex*();,glColor*();,glIndex();,glNormal();,glEvalCoord*();,glCallList(),glCallLists();,等,允许在glBegin()与glEnd()之间调用的OpenG,23,2、图元的属性（1/5）,颜色,点,大小（缺省值为1）,void glColor*();,void glIndex();,void glPointSize(GLfloat size);,2、图元的属性（1/5）颜色void glColor*();,24,线段,线宽,线型：连续线（缺省值）、点画线等,void glLineWidth(GLfloat width);,void glEnable(GL_LINE_STIPPLE);,void glLineStipple(GLint factor,GLushort pattern);,例：patternfactor结果,0 x00FF 1,0 x00FF 2,线段void glLineWidth(GLfloat wid,25,图元的属性（2/5）,多边形,绘制方式：顶点、边界、填充,void glPolygonMode(GLenum face,GLenum mode);,face:GL_FRONT_AND_BACK(缺省值),GL_FRONT,GL_BACK,mode:GL_POINT,GL_LINE,GL_FILL(,缺省值）,图元的属性（2/5）void glPolygonMode(G,26,图元的属性（3/5）,前向面与后向面,背面剔除,void glFrontFace(GLenum mode);,mode:GL_CCW（缺省值）,GL_CW,void glCullFace(GLenum mode);,mode:GL_FRONT,GL_BACK（缺省值）,GL_FRONT_AND_BACK,图元的属性（3/5）前向面与后向面void glFrontF,27,图元的属性（4/5）,多边形填充方式,均匀填色方式,位图不透明方式,位图透明方式,象素图方式,void glEnable(GL_POLYGON_STIPPLE);,void glPolygonStipple(const Glubyte*mask);,mask:,位图,图元的属性（4/5）多边形填充方式void glEnable,28,图元的属性（5/5）,标记多边形边界,多边形法向,void glEdgeFlag(GLboolean flag);,void glNormal3*(TYPE nx,TYPE ny,TYPE nz);,void glNormal3*v(const TYPE*v);,图元的属性（5/5）标记多边形边界void glEdgeFl,29,3、OpenGL的变换,OpenGL对图象的变换与照相机拍摄物体过程相似，分为四步：,支起三角架，把照相机放在场景中OpenGL的取景变换,把要拍摄场景固定在拍摄物体上 OpenGL的模型变换,选择照相机镜头或调节焦距 OpenGL的投影变换,确定照片的大小，可以放大照片的某一部分,OpenGL,的视见区变换,三维空间中的物体就可以表示为二维的平面物体,3、OpenGL的变换OpenGL对图象的变换与照相机拍摄物,30,几何变换,平移变换,放缩变换,旋转变换,viod glTranslatefd(TYPE deltax,TYPE deltay,TYPE deltaz);,void glScalefd(TYPE sx,TYPE sy,TYPE sz);,void glRotatefd(TYPE angle,TYPE x,TYPE y,TYPE z);,几何变换平移变换viod glTranslatefd,31,投影变换,确定一个视景体（Viewing Volume），作用有两个：,确定物体投影到屏幕的方式，即是透视投影还是正交投影。,确定从图象上裁剪掉哪些物体或物体的某些部分。,投影变换包括透视投影和正交投影,投影变换确定一个视景体（Viewing Volume），,32,透视投影,透视投影,33,正射投影,正射投影,34,4、OpenGL图形的描绘,对整个三维模型进行绘制，得到三维景象，包括：,颜色模式的指定,OpenGL提供了两种颜色模式：RGB模式和颜色索引模式；,光照处理,光照模型,明暗处理,材质,材质颜色,材质定义,4、OpenGL图形的描绘对整个三维模型进行绘制，得到三维景,35,纹理贴图,定义纹理,控制滤波,说明映射方式,绘制场景，给出顶点的纹理坐标和几何坐标,特殊效果的实现,融合：将两种颜色分量依据一定比例混合在一起,反走样：锯齿,雾化效果,纹理贴图,36,OpenGL是一个丰富的三维图形函数库；,OpenGL编写的程序结构类似于用其他语言编写的程序；,比如在C语言中调用OpenGL的函数；,五、OpenGL程序的基本结构,OpenGL是一个丰富的三维图形函数库；五、OpenGL程序,37,初始化：,设置OpenGL的状态开关，如颜色模式（RGBA或ALPHA）的选择，是否作光照处理（若有的话，还需设置光源的特性），深度检验，裁剪等等,这些状态一般都用函数glEnable(?),glDisable(?)来设置，?表示特定的状态。,初始化：,38,设置观察坐标系下的取景模式和取景框大小,，主要用到三个函数：,void glViewport(left,top,right,bottom)；,设置屏幕上窗口大小,，参数描述屏幕窗口四个角的坐标；,void glOrtho(left,right,bottom,top,near,far)；,设置投影方式,为正交投影（平行投影），其取景体积是一个各面均为矩形的六面体;,void gluPerspective(fovy,aspect,zNear,zFar)；,设置投影方式为透视投影，其,取景体积,是一个截头锥体，在这个体积内的物体投影到锥的顶点。,设置观察坐标系下的取景模式和取景框大小，主要用到三个函数：,39,使用OpenGL的库函数,构造几何物体对象的数学描述,，包括点线面的位置和拓扑关系，几何变换，光照处理等等。,使用OpenGL的库函数构造几何物体对象的数学描述，包括点线,40,一个简单的绘图程序,例程,#include,#include,#include,#include,void main(void),OpenAWindow();/创建一个窗口,InitOpenGL();/初始化OpenGL,glColor3f(1.0,1.0,1.0);/设置当前颜色,glBegin(GL_POLYGON);/开始绘图,glVertex2f(-0.5,-0.5);,glVertex2f(-0.5,0.5);,glVertex2f(0.5,0.5);,glVertex2f(0.5,-0.5);,glEnd();,glFlush();/强制输出,KeepTheWindowOnScreenForAWhile();/使窗口在屏幕上保留一会,一个简单的绘图程序例程#include windows.h,41,函数命名规范,void glVertex3fv(Glfloat*vertex);,前缀 后缀,前缀,gl，glu，aux-该函数属于哪个函数库,后缀,2，3，4-参数的维数,b，s，l，f，d，ub，us，ui-参数的数据类型,v-以数组方式传递参数,函数名中的单词首写字母大写,函数命名规范,42,创建第一个应用程序(1/8),初始化显示方式,例：将显示方式置为单缓存、直接颜色方式,void auxInitDisplayMode(GL_SINGLE|AUX_RGBA);,void auxInitDisplayMode(Glbitfield mask);,mask:GL_DOUBLE(GL_SINGLE)|,AUX_RGBA(AUX_INDEX)|,AUX_DEPTH|AUX_STENCIL|AUX_ACCUM,创建第一个应用程序(1/8)初始化显示方式void auxI,43,创建第一个应用程序(2/8),创建窗口,初始化窗口的位置与大小,创建并显示窗口,void auxInitPosition(Glint x,GLint y,GLsizei width,GLsizei height);,(x,y)：窗口的原点,width,，,height,：窗口的宽和高,void auxInitWindow(GLbyte*title);,title,：窗口标题,创建第一个应用程序(2/8)创建窗口void auxInit,44,创建第一个应用程序(3/8),初始化帧缓存（颜色缓存）,指定初始颜色,清帧缓存,void glClearColor(GLclampf r,GLclampf g,GLclampf b,GLclampf a);,缺省值：,(0.0,0.0,0.0,0.0),void glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);,创建第一个应用程序(3/8)初始化帧缓存（颜色缓存）voi,45,创建第一个应用程序(4/8),初始化深度缓存,指定初始深度值,清深度缓存,void glClearDepth(GLclampd depth);,缺省值：,0.0,void glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT);,创建第一个应用程序(4/8)初始化深度缓存void glCl,46,创建第一个应用程序(5/8),设置投影方式,置投影方式为平行投影,置投影方式为透视投影,void glOrtho(GLdouble left,GLdouble right,GLdouble bottom,GLdouble top,Gldouble near,GLdouble far);,void glFrustum(GLdouble left,GLdouble right,GLdouble bottom,GLdouble top,Gldouble near,GLdouble far);,创建第一个应用程序(5/8)设置投影方式void glOrt,47,创建第一个应用程序(6/8),指定图元的颜色,绘图,强制输出,void glColor*();,void glFlush(void);,创建第一个应用程序(6/8)指定图元的颜色void glCo,48,创建第一个应用程序(7/8),例程,#,include,#include,#include,#include,void KeepTheWindowOnScreenForAWhile(),_sleep(2000);,void main(void),auxInitDisplayMode(AUX_SINGLE|AUX_RGBA);,auxInitPosition(0,0,500,400);,auxInitWindow(Create Your Own Program);,glClearColor(0.0,0.0,0.0,0.0);,glClearDepth(0.0);,glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);,创建第一个应用程序(7/8)例程,49,创建第一个应用程序(8/8),glOrtho(-1.0,1.0,-1.0,1.0,-1.0,1.0);glColor3f(1.0,1.0,1.0);glBegin(GL_POLYGON);glVertex3f(-0.5,-0.5,0.0);glVertex3f(-0.5,0.5,0.0);glVertex3f(0.5,0.5,0.0);glVertex3f(0.5,-0.5,0.0);glEnd();glFlush();KeepTheWindowOnScreenForAWhile();,创建第一个应用程序(8/8)glOrtho(-1.0,50,