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真实感场景绘制(附源码)

时间:2016-01-30 01:56:15      阅读:293      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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首先给出绘制效果图:

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说明:

本系统绘制了一个真实感的三维场景,并实现场景漫游。使用按键↑、↓、←、→或W、S、A、D控制运动方向,PgDn和PgUp可以改变观察者的高度,鼠标控制转向,按键‘F’可以打开和关闭“雾气”,Esc退出程序。

本场景中绘制了墙壁与地面、天空、石柱、箱子、玻璃球、雪人、雾等对象,下面将依次分析它们的设计思路,这里将使用相同绘制技术的对象放到一起说明。

1、 墙壁、地面、箱子

它们的基本操作对四边形的纹理映射,将一幅纹理图的四个顶点坐标分别映射到四边形的四个顶点上即可。OpenGL就自动通过插值填充多边形内部的纹理。由于在OpenGL中纹理坐标是一个点的属性,故需要在绘制点之前指定该点的纹理坐标。另外在绘制四边形时要保证绘制顺序的一致,这里统一采用逆时针顺序绘制。纹理坐标范围在[0,1]之间,坐标超过1则采用重复的方式(OpenGL默认处理方式)。这样可以在映射时按四边形的比例设置纹理坐标,从而防止纹理图过度拉伸造成的变形。一个四边形的纹理映射步骤为:

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[0]); 

glBegin(GL_QUADS); 

glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(30.0f,0.0f, -170.0f);

glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(30.0f,0.0f, -150.0f);

glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(30.0f,20.0f,-150.0f);

glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(30.0f,20.0f,-170.0f);

glEnd();

实验效果如下:

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图1.墙壁、地面、箱子

2、 石柱、雪人

石柱和雪人都属于二次几何体的绘制和纹理映射,其中雪人由圆柱、球体、圆盘、圆锥构成。OpenGL提供了这些基本几何体的绘制函数,而且在纹理映射时我们采用自动生成纹理坐标的方法,所以这一部分工作量其实很少。另外,为了给雪人的身体、鼻子等部位设置颜色时,我们需要关闭纹理映射、并更改材质的属性(物体的颜色是由光源和材质共同作用的结果)。对于石柱,我们加上了绕自身局部坐标Y轴的匀速旋转。实验效果如下:  

 
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图2.雪人             图3.石柱

我们使用Glut库提供的如下函数绘制二次几何体:

gluCylinder:绘制圆柱和圆柱

gluSphere:绘制球体

gluDisk:绘制圆盘

使用gluQuadricTexture设置自动计算纹理坐标。

3、 玻璃球

在绘制玻璃球时,为了在球面上反射出周围的场景,我们使用了环境映射。由于我们能够在三维场景中漫游,这就需要球面上反射出的场景是随着视点移动而变化的,这一需求可以利用“渲染到纹理”(RTT)技术实现。其基本思想是:首先绘制出环境中的所有物体(除了该玻璃球),接着将绘制得到的场景图制作成纹理,在绘制该玻璃球时将此纹理图贴在球面上即可。

我们使用的核心函数是glCopyTexImage2D,该函数可以将帧缓存中的颜色值复制到纹理缓存中。实验发现该函数性能较低,会拖慢整个程序的速度,为了平衡绘制质量和速度,可以只拷贝一部分像素值。实验效果如下:

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图4.玻璃球

 

4、 雾气

OpenGL中提供了完整的雾化接口,我们只需要选择合适的雾气的混合因子、密度、颜色、起始位置等。我们的雾气设置如下:

GLfloat fogColor[4]={0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.5f};    

glFogi(GL_FOG_MODE,GL_EXP2);//模式

glFogfv(GL_FOG_COLOR,fogColor);//颜色

glFogf(GL_FOG_DENSITY, 0.004f);//密度

glFogf(GL_FOG_START, 5.0f);//开始距离

glFogf(GL_FOG_END, 300.0f);//结束距离

glHint(GL_FOG_HINT,GL_NICEST);//雾化效果

实验效果如下:

 

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图5.雾气

 

5、 天空

天空包含云、星星、闪电三个对象。我们要实现的目标是:云在空中飘动、且能够遮盖住空中的星星,每间隔一段时间都会有闪电和雷声。

天空的绘制主要使用了颜色混合技术。首先将星星的纹理图映射到天空,为了实现云朵覆盖住星星,我们使用了如下技巧:制作一个关于云图(图6)的二值图像(图7),其中有云的部分为黑色、无云的部分为白色。将该二值图像作为“掩模”与星星图进行混合,并设置混合因子glBlendFunc (GL_DST_COLOR,GL_ZERO),该设置可以将星星图中对应“掩模”黑色的部分置为黑色、对应“掩模”白色的部分保留原色。接着再将云图映射至天空,并更改混合因子glBlendFunc(GL_ONE, GL_ONE),该设置实现源色与目的色相加。至此已经实现云对星星的遮盖,另外,在进行颜色混合时需要打开OpenGL的颜色混合功能,且要关闭深度测试功能。

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图6.云图                         图7.二值图

为了实现云的飘动,我们在设置云图纹理坐标时添加一个变量,该变量从0递增至1,超过1时做减1操作,这样就可以模拟云的移动。如下的roll即为该变量:

glBegin(GL_QUADS); 

glTexCoord2f(0.0f, 3.0f-roll);glVertex3f(-50.0f, 100.0f, -300.0f);

glTexCoord2f(1.0f, 3.0f-roll);glVertex3f( 50.0f, 100.0f, -300.0f);

glTexCoord2f(1.0f, 0.0f-roll);glVertex3f( 50.0f, 100.0f,  300.0f);

glTexCoord2f(0.0f, 0.0f-roll);glVertex3f(-50.0f, 100.0f,  300.0f);

glEnd();

每绘制一定帧数后,我们将一幅闪电纹理图映射到天空,使用简单的相加混合,且在首次绘制闪电时调用音频播放函数,播放一段雷声,音频调用函数为PlaySound。实验效果如下:

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图8.天空

源码下载

 

真实感场景绘制(附源码)

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原文地址:http://www.cnblogs.com/luo-peng/p/5170102.html

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