基于OpenGL的三維仿真技術研究【獨家畢業(yè)課程設計含任務書+開題報告+外文翻譯】

基于OpenGL的三維仿真技術研究【獨家畢業(yè)課程設計含任務書+開題報告+外文翻譯】,基于,opengl,三維,仿真,技術研究,獨家,畢業(yè),課程設計,任務書,開題,報告,講演,呈文,外文,翻譯 中期總結(jié) 本人選擇的畢業(yè)設計課題為《基于 三維仿真技術研究》，從開始選題、進行系統(tǒng)分析、撰寫開題報告至今，設計工作已進行了一半，在已完成的設計過程中，我能以較為嚴謹?shù)膽B(tài)度對待每一個實施細節(jié)，認真克服并解決設計過程中的問題，為下一步深入設計打下了穩(wěn)定的基礎。現(xiàn)就完成的工作情況進行總結(jié)，并對下一步的進度情況進行安排。 一．進展情況 在三月初，我首先進行了課題可行性的研究，在研究時，我深入 學習三維圖形原理算法， 進行了課題定位和可行性分析 ,確定了用戶的需求和具體設計目標。 三月下旬，我進行了系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)的設計，繪制出了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，對系統(tǒng)的各種具體功能進行細化，同時針對系統(tǒng)特點，繪制功能模塊的草圖，進行了功能實現(xiàn)分析與設計，明確了系統(tǒng)中主要功能應以何種代碼和語句進行描述，確定輸入輸出設計方案。同時將所做的內(nèi)容，提供給 張 老師指導，對于潛在的錯誤，給予糾正。以免日后返工。 四月上旬，我進行了系統(tǒng)中涉及的 模型轉(zhuǎn)換和模型導入學習，以及場景的繪制，實現(xiàn)了基本的場景繪制，包括地形和天空功能模塊的實現(xiàn)。 四月下旬，我進行了功能模塊代碼的編寫。功能模塊中實現(xiàn)的功能較多，特別是有的功能需要較 為復雜的步驟，我在設計時能認真地編寫分析代碼，不放過每個相聯(lián)系的具體環(huán)節(jié)，在代碼的輸入過程中，我力求不發(fā)生語法錯誤，在運行前時，都要檢查兩遍，使代碼的結(jié)構(gòu)和語句較為嚴謹穩(wěn)固。每當檢查完后，我都能進行測試，觀察其有無邏輯和使用上的問題。 至此，我的畢業(yè)設計工作已進行到代碼編制基本完畢狀態(tài)。 二．問題和解決方法 在系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)設計時，我遇到了調(diào)試的困惑，在調(diào)試過程中經(jīng)常出現(xiàn)一些問題，于是我通過和同小組成員討論，向呂老師咨詢，或者到網(wǎng)上查資料，到網(wǎng)上發(fā)貼子，錄找解決問題的方法。經(jīng)過反復的測試，最終使我的軟件成型 了，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也清晰明了。同時對下一步的任務，根據(jù)任務書中的工作進度計劃表，安排接下來的設計內(nèi)容。 在代碼設計時我遇到的問題也很多。對于 導入模型 這一大功能，使用語句多了存在邏輯上的隱患，語句少了又無法完成相應功能。于是，我及時調(diào)整了思路，對語句進行了適量的修改。不過，在設計搜索結(jié)果時又不知怎樣 顯示模型數(shù)據(jù)。通過我反復 研究實驗 ，最終 采用了 式的小車模型 ，本系統(tǒng)就是上述方式來顯示結(jié)果。 通過這一階段的畢業(yè)設計工作，使我在獨立思考能力上與解決實際問題能力上都經(jīng)受了一場嚴峻的考驗。我深切體會到了畢業(yè)設計的重 要性和必要性，畢業(yè)設計是對我四年知識的一個綜合檢驗。通過這次實驗，我在軟件開發(fā)方面有很大的提高，具備了獨立分析問題和解決問題的能力。 三．下一步安排 在完成了以上工作的基礎上，我計劃對做好的部分進行更細致的檢查和排錯，同時安排下一步的設計工作如下： 五月上、中旬要完成系統(tǒng)主程序的編寫，系統(tǒng)的調(diào)試，程序的功能相關聯(lián)，對控件的功能進行不斷完善，對系統(tǒng)進行嚴格的測試和性能分析。使本系統(tǒng)最終成為成品軟件。 四 在五月的下旬，我計劃在完成畢業(yè)設計的同時，開始畢業(yè)設計論文的撰寫，計劃使論文的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容 與程序緊密貼近，論文整體更具有科學性，合理性，規(guī)則性。論文的具體結(jié)構(gòu)目錄如下： 第一章 緒論 第二章 研究背景和意義 第三章 三維仿真的原理 第四章 原理 第五章 系統(tǒng)實現(xiàn) 第六章 系統(tǒng)測試 結(jié)束語 參考文獻 致 謝 附錄 共計劃用半個月的時間，即 6 月初完成論文主要部分的撰寫，然后讓 張 老師指導。 目錄 第一章 緒論 .................................................................................................................. 1 究背景和意義 .................................................................................................... 1 內(nèi)外 3D 仿真技術應用 ....................................................................................... 1 外研究現(xiàn)狀 .............................................................................................. 1 內(nèi)研究現(xiàn)狀 .............................................................................................. 2 D 仿真技術的應用發(fā)展 ............................................................................. 2 術簡介 .................................................................................................. 2 展歷程 ....................................................................................... 3 術特點 ....................................................................................... 4 要研究內(nèi)容 ........................................................................................................ 4 第二章 三維仿真基礎理論 .................................................................................. 6 維圖形學基礎 .................................................................................................... 6 .................................................................................................................. 6 量 .............................................................................................................. 6 陣 .............................................................................................................. 7 礎原理 ............................................................................................... 7 據(jù)類型 .................................................................................... 7 作方式 .................................................................................... 7 狀態(tài)機 ....................................................................................................... 8 染管線 .................................................................................... 9 標變換 ............................................................................................... 9 標系統(tǒng) .................................................................................................... 10 點變換 .................................................................................................... 10 型變換 .................................................................................................... 11 影變換 ................................................................................................... 11 口變換 .................................................................................................... 13 第三章 程原理 ............................................................................... 14 染環(huán)境搭建 ........................................................................................ 14 制的圖形輸出為位圖 ........................................................................ 15 本圖元繪制 ...................................................................................................... 16 照和材質(zhì) ............................................................................................ 17 照 ............................................................................................................ 17 質(zhì) ............................................................................................................ 18 場景中添加光線的步驟 ........................................................................ 18 示列表 .............................................................................................................. 20 配顯示列表編號 .................................................................................... 20 建顯示列表 ............................................................................................ 21 用顯示列表 ............................................................................................ 21 毀顯示列表 ............................................................................................ 22 理貼圖 .............................................................................................................. 23 建紋理圖像 ............................................................................................ 23 理纏繞 ................................................................................................... 25 理對象 .................................................................................................... 26 貼圖紋理 ............................................................................................... 27 游 ...................................................................................................................... 27 第四章 充電車仿真系統(tǒng)程序 ........................................................................... 30 統(tǒng)簡介 ............................................................................................................... 30 序模塊和流程圖 ............................................................................................... 31 體流程圖 ............................................................................................... 31 示模塊 ................................................................................................... 32 據(jù)接口模塊 ........................................................................................... 32 撞檢測模塊 ........................................................................................... 33 跡顯示模塊 ........................................................................................... 34 度調(diào)控模塊 ........................................................................................... 34 序運行結(jié)果 ....................................................................................................... 35 結(jié) ....................................................................................................................... 37 第五章 總結(jié)和展望 ................................................................................................ 38 結(jié) ....................................................................................................................... 38 望 ...................................................................................................................... 38 參考文獻 ........................................................................................................................ 40 致謝 ................................................................................................................................... 42 附錄 ................................................................................................................................... 43 I 摘 要 近幾年，電影院真實的 3D 場景，游戲中炫酷的特效，海外旅行，戰(zhàn)斗機虛擬演習，設計模擬展示等等都是三維仿真的魔力展現(xiàn)。三維仿真一直都是一個有趣的領域。它被廣泛的應用到計算機可視化、軍事仿真、虛擬漫游、以及商務虛擬展示等領域。 本文研究了基于 3D 仿真技術，包括 程序框架構(gòu)建，基本坐標系統(tǒng)、三維圖形的原理、三維矩陣的變換、渲染交互理論以及三維模型的導入等，構(gòu)建了一個充電 車兩車對接充電的過程，真實的模擬了兩車在真實環(huán)境下對接的各種可能情況，詳細計算了充電和碰撞距離，以及充電過程，大大減少了充電車檢測的成本和時間。該系統(tǒng)不僅可以實時接收真實的汽車的速度和角度數(shù)據(jù)，用以充電車進行跟蹤循跡至待沖車輛，還利用軌跡球技術實現(xiàn)角度調(diào)控模塊，可以任意模擬充電對接的角度用以測量預估充電的安全性和穩(wěn)定性，確立最佳的充電位置。該系統(tǒng)將輔助科技設計開發(fā)者更便捷、安全的完成產(chǎn)品的設計和檢測，大大推進了三維仿真技術在工業(yè)和環(huán)保事業(yè)中等的應用。 關鍵詞： 3D 仿真 程 漫游 n D in in so is an It is to on D of to in to in is to of he of to of in 3D 第 1 頁 第一章 緒論 本章共 3 小節(jié)，分別講述了本系統(tǒng)的研究背景和意義，簡單介紹了國內(nèi)外三維仿真技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，描述了系統(tǒng)采用的 維仿真技術的基本概況和發(fā)展歷程。 究背景和意義 3D 虛擬仿真是利用 3D 技術和網(wǎng)絡技術來真實體現(xiàn)現(xiàn)實場景，它具有真實性、可操作性和簡單重復性等特征，能夠模擬現(xiàn)實世界，幫助用戶構(gòu)造虛擬世界操作從而減少實際的實驗成本和危險。 隨著三維仿真技術的發(fā)展成熟，越來越多的工業(yè)設計等開始使用三維仿真技術進行前期的設計實驗，大大減少了實際開發(fā)的成本和實際，同時提高了設計的可靠 性。石油能源的緊缺，環(huán)境污染的嚴重使汽車能源向電能以及新能源的轉(zhuǎn)型，當今電池車的技術日漸成熟，比如硅谷誕生的“特斯拉”電池車性能良好，深受大眾喜愛，但是充電卻成為了其推廣的最大阻礙。修建充電樁的成本很高，為了達到使用方便，必須短距離就建立一個充電樁。但是如果把充電樁變成移動式的充電車就將大大減少成本，使環(huán)保的電池車成為馬路“環(huán)保達人”！ 內(nèi)外 3D 仿真技術應用 外研究現(xiàn)狀 近幾年深入研究 3D 仿真技術的國外公司已經(jīng)趨近成熟，并且將 3D 仿真技術應用在各個領域。 虛擬洛杉磯（ —— 是美國加利福尼亞大學洛杉磯分校（ 于 1994 年的一個科研與運用相結(jié)合的項目，計劃覆蓋面積超過 10,000平方英里，是當今城市仿真系統(tǒng)中最成功最為復雜的系統(tǒng) 【 3】 。視景包括從洛杉磯盆地的衛(wèi)星影像到街道景觀，精確到植物、建筑物的窗口、外墻的紋理等。 費城城市模型 (—— 是由美國 司利用 件和其自我開發(fā)出來的軟件工具，在 1996 年初的開始 第 2 頁 制作，至今已經(jīng)完成費城的中心區(qū)共 35 個街區(qū)。費城此項目的主要特點就是將完整的費城的模型用 據(jù)格式，通過使用 任何人都可以享受到虛擬的實時費城旅游體驗。城市的設計人員以及建筑師們通過 覽器可以對城市的三維景觀直觀的漫游，也可對真實的城市景觀去進行分析，獲得精準的土地以及建筑結(jié)構(gòu)這方面的相關的資料信息，大大地解決了建筑師在委托設計此項目時候缺乏詳細資料的問題。費城的模型同時也提供了精確的三維地下的管線系統(tǒng)，方便了城市的地下管網(wǎng)系統(tǒng)的維護以及更新，所以獲得了美國建筑師學會的 (度評價。 一家專門從事三維實時系統(tǒng)開發(fā)的美國公司，在視景仿真領域一直處于領先地位。其無與倫比的強大三維實體建模工具和三維地景生成工具，被公認為是當今最近優(yōu)秀的建模軟件。其可以滿足航海，紅外線，雷達，電路網(wǎng)絡，交通管理等多種模擬需求 【 5】 。 內(nèi)研究現(xiàn)狀 國內(nèi)的 3有比較先進的 3002 年，中視典與中科院遙感所合作，成功開發(fā)出國內(nèi)第一個數(shù)字地球原型系統(tǒng)，該系統(tǒng)為數(shù)字地球的研究工作提供了一個可操作的虛擬平臺，已經(jīng)在能源、災害、數(shù)字城市、數(shù)字戰(zhàn)場等各個方面的研究提供服務，并在 02 年和 07 年國家級重點項目數(shù)字奧運仿真中發(fā)揮了重要的作用，是相關部門指定的 08 奧運虛擬現(xiàn)實技術服務商 【 7】 。 2010 年上海世博會中國館的動態(tài)《清明上河圖》驚艷四方，他采用的 3D 仿真技術完美展現(xiàn)了古代的繁華生活，惟妙惟肖，如圖所示。 D 仿真技術的應用發(fā)展 隨著 3D 仿真技術的日益成熟，他將越來越被應用到生活當中，滲透到各個方面。未來的 3D 仿真技術將會大量應用于演示虛擬仿真，安全培訓虛擬仿真，礦山地形演示虛擬仿真，美術館虛擬仿真，數(shù)字展館虛擬仿真 事故演練。 術簡介 一個底層圖形庫規(guī)范。它為程序員提供了一個小的幾何圖元庫和一 第 3 頁 個支持 2D/3D 幾何對象繪圖命令庫，通過圖元和命令來控制對象的呈現(xiàn)（繪圖）。術適用于從普通 大型圖形工作站等各類計算機，而且還可以與各種操作系統(tǒng)兼容，從而成為主導地位的跨平臺的專業(yè) 3D 圖形應用開發(fā)包，進而也成為行業(yè)標準。 語言 關系 緊密。 使程序員很容易 熟練 高的可移植性。 目標就是作為一種獨立于硬件的接口 、 流線型的，在當今 的 主流操作系統(tǒng) 中（ T/2000/ 都有其相應的實現(xiàn)。 但是 述 3 函數(shù) (這類函數(shù)可 以 允許你指定相對來說 較為復雜 些 的形狀、例如 飛機、 身體的某個部位、汽車、分 子 或分 機 等 )。在 須 依 據(jù)少數(shù) 的 幾個基本圖元 (例如點、 曲 線、 四 邊形 )來創(chuàng)建你所 想 要的模型。 為適應 統(tǒng)下 的 序獨立編程接口需求而設計出來的，該接口被設計的簡單又實用。從 移除 統(tǒng)操作是一個很英明的決定，這意味著 圖形系統(tǒng)能夠被用于更加廣泛的操作系統(tǒng)中 (包括功能很強大但是昂貴的圖形工作站和需大量圖形運算地視頻游戲、個人電腦和互動電視機的機頂盒 )。 單化了 行渲染的程序的實現(xiàn)。 展歷程 1992 年 7 月， 司首次發(fā)布了 本，后又與微軟公司合作開發(fā)了 T 版本的 而使部 分原來必須在高級圖形工作站上面運行的大型的 3D 圖形處理軟件也能在微機上運用。 1995 年 本，此版本較 能提高很多，同時加入了一些新功能。包括 — 提高頂點位置、色彩指數(shù)、法線、顏色、紋理坐標、引入了新的紋理特性、多邊形邊緣標識的傳輸速度，等等。 2003 年的 7 月份， 同公布了 括了式 擴展規(guī)格的繪制語言即“ 乘方紋理、隱蔽 查詢、頂點 能等。 2004 年 8月， 本發(fā)布。 持了新的 展特性、 第 4 頁 及其他多項新增特性。 2008 年 作組在 008 大會上宣布了 形接口規(guī)范， 言以及其他新增功能再次為未來開放 3D 接口的發(fā)展指明方向。 2011 年 8 月 9 日，于溫哥華舉行的 011 大會上， 布了最新的 準，對于支持的現(xiàn)有硬件的 入了一些新的支持特性。同樣， 要應用在 別硬件（如 D 5000/6000，00/500 系列顯卡），不過 開發(fā)者社區(qū)曾經(jīng)表示，部分特性可以通過擴展功能在最老支持 別的硬件上實現(xiàn)。 術特點 為當前三維行業(yè)的標準，是從事三維工作開發(fā)人員必須掌握的開發(fā)工具，它的具有以下特點： ? 圖形質(zhì)量好、性 能高 ? 當前行業(yè)標準 ? 穩(wěn)定性高 ? 可移植性強 ? 充分的可擴展性 ? 適應性強 ? 易用性高 要研究內(nèi)容 本文主要研究了基于 三維仿真技術的研究背景和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀， 系統(tǒng)采用嵌入 染環(huán)境的窗口進行三維圖像的繪制，先進行主窗口渲染，在視圖模型下繪制出初始狀態(tài)的地形和小車。然后對小車軌跡進行讀取計算，碰撞檢測，軌跡的顯示，還可以通過鼠標進行角度調(diào)控等。 主要工作包括： 第一章 介紹了三維仿真技術的背景和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。 第二章 本章主要介紹了三維仿真的基礎三維圖形學，對點，向量，矩陣，還有 第 5 頁 工 作方式、坐標系統(tǒng)以及變換透視等重要三維圖像的基礎知識。 第三章 本章共包含了七小節(jié)，系統(tǒng)的講述了利用 術實現(xiàn)三維仿真的實際編程基礎。 第四章 本章主要針對充電車三維仿真系統(tǒng)做了詳細的介紹，對其系統(tǒng)的功能和模塊的實現(xiàn)進行了講解，包括主窗口模塊，數(shù)據(jù)接口模塊，碰撞檢測模塊等 。 第五章 總結(jié)了本課題的研究成果，同時對沒有研究成功的方法也做了系統(tǒng)的總結(jié)，并在接下來的時間里繼續(xù)努力的去完善它。 第 6 頁 第二章 三維仿真基礎理論 本章包含了三小節(jié)，主要介紹了三維仿真的基礎三維圖形學，對點，向量，矩陣，還有 工作方式、坐標系統(tǒng)以及變換透視等重要三維圖像的基礎知識。 維圖形學基礎 點是圖形中最基本的幾何對象。 3D 場景中用三維坐標 x,y,z 表示一個點，例如點A(2， 3)。并且三維空間兩點間的距離 D 也和二維空間相似，兩點 A( B(距離為： 222 )12()12()12( ????? 公式 2 向量 向量是一個具既有數(shù)量又有方向的量。向量的方向用來描述其在空間的指向 【 1】 。單位向量就是大小為 1 的向量，向量歸一化即為 ： ||o r m?公式 2量的運算在三維世界坐標變換的基礎，向量的運算包括點乘運算和叉乘運算。向量點乘的結(jié)果表示了兩個向量的方向相似程度，向量的點乘運算公式： ?c o s|||| ??? ?? 公式 2量 叉乘運算的到的是兩個向量的垂直向量，其結(jié)果應用于 3D 圖形很多領域，比如光照，物理計算和碰撞檢測等等。向量叉乘運算公式： ),,( A y B xA x B yA x B zA z B xA z B yA y B ???? ?? 公式 2第 7 頁 陣 矩陣是三維圖像的重要基礎，在線性代數(shù)里面，矩陣是以行和列的形式組成的數(shù)字塊。通常用 m*n 來定義矩陣的尺寸，它表示此矩陣為 m 行 n 列。一個矩陣通常用第 i 行第 j 列表示。例如 3*3 矩陣 B 表示如下： ???????????222120121110020100 公式 2三維世界里面，最重要的就是矩陣的乘法計算，矩陣的乘法有三種情況： 1、 標量和矩陣相乘； 2、 向量和矩陣相乘； 3、 矩陣和矩陣相乘，且 ； 礎原理 據(jù)類型 義了自己的數(shù)據(jù)類型，主要有 同的 現(xiàn)在選擇哪些 C 語言的數(shù)據(jù)類型來表示 數(shù)據(jù)類型方面存在某些差異。使用 己定義的數(shù)據(jù)類型，就可以在 碼跨平臺移植時避免不匹配類型的問題。 作方式 令模式是典型的 C/S(戶 /服務器 )模型，通常是把用戶程序 (客戶 )發(fā)出的命令提交給內(nèi)核程序 (比如服務器 )，內(nèi)核程序再對各種指令進行編譯，并初步處理，再交給操作系統(tǒng)而轉(zhuǎn)交給硬件。上述的過程可在同一臺計算機上完成，也能在網(wǎng)絡環(huán)境中，由不同的計算機一 體合作完成， 過上述的合作實現(xiàn)了網(wǎng)絡透明。 第 8 頁 應用程序框架作流程 封裝在庫或共享程序集中，應用程序 在 發(fā)出 行 處理。 再 傳 給 服務內(nèi)核 去 處理后 將 進一步交 給 操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng) 依 據(jù)具體的硬件，例如 用 不同的顯示卡 來 具體處理。 例如 調(diào)用調(diào)用公共驅(qū)動程序 或者 廠家的服務驅(qū)動程序， 然后再 傳給視頻顯示驅(qū)動， 由 驅(qū)動程序 的 驅(qū)動顯卡向顯示屏幕 進一步 提供顯示。 此 處理過 程 完全 在計算機 的 后臺完成，基本 上 不需程序員 的參與。程序員只要 在 應用程序開發(fā) 的 部分， 而 管理硬件的工作 都 交 給 計算機完成。 狀態(tài)機 一種狀態(tài)機模式，它保持自身的狀態(tài)，除非用戶輸入一條命令讓它改變狀態(tài)。 首先，從本質(zhì)上講，我們現(xiàn)在的電腦就是典型的狀態(tài)機?？梢詫φ绽斫猓弘娔X的存儲器，可以記住電腦自己當前的狀態(tài)（當前安裝在電腦中的軟件、保存在電腦中的數(shù)據(jù)，其實都是二進制的值，都屬于當前的狀態(tài)）。 電腦的輸入設備接收輸入，最后可以得出輸出。當它進入到某個特殊的狀態(tài)時，它就不再接收任何輸入，繼而 停止工作。 其次讓我們先對照理解一下： 以記錄自己的狀態(tài)（比如：當前所使用的顏色）。 以接收輸入，依據(jù)輸入的內(nèi)容以及自己的狀態(tài)，來判斷自己的狀態(tài)是否修改，并且可以得到輸出（比如我們調(diào)用 收到這個輸入后會修改自己的“當前顏色”狀態(tài)；我們調(diào)用 輸 第 9 頁 出一個矩形）。 夠進入到停止狀態(tài)，不再繼續(xù)接收輸入。這個或許在我們的程序當中表現(xiàn)得不是太明顯，不過在當下程序退出前， 定先停止當下的工作的。 舉例 來說比如我們可以使用 數(shù)來選擇一種顏色，以后繪制的所有物體都是這種顏色，除非再次使用 數(shù)重新設定?？梢允褂?數(shù)來設置一個紋理坐標，以后繪制的所有物體都是采用這種紋理坐標，除非再次使用數(shù)重新設置?？梢允褂?數(shù)來指定混合功能的源因子和目標因子，以后繪制的所有物體都是采用這個源因子和目標因子，除非再次使用數(shù)重新指定?？梢允褂?數(shù)來指定光源的位置、顏色，以后繪制的所有物體都是采 用這個光源的位置、顏色，除非再次使用 數(shù)重新指定。 染管線 有超強的圖形繪制能力，包括繪制物體、啟動光照、管理位圖、紋理映射、動畫、圖像增強以及交互技術等功能。作為圖形硬件的軟件接口， 要是將三維的物體投影到一個二維平面上，之后處理得到像素，進行顯示。 描述圖像的像素 (在執(zhí)行一系列操作后，最終將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成像素數(shù)據(jù)。也就是說， 基于點 的。在 ，無論何種情況，指令總是被順序處理。由一組頂點定義的圖元(行完繪制操作后，后繼圖元才能起作用。絕大部分 現(xiàn)都有相似的操作順序，即稱為 染管線的一系列相關的處理階段。 標變換 過對相機模擬可以實現(xiàn)計算機圖形學中最基本的三維變換，即投影變換、幾何變換、視口變換、裁剪變換等。同時， 實現(xiàn)了矩陣堆棧等。理解掌握了有關坐標變換的內(nèi)容，就算真正走進了精彩地三維世界。 第 10 頁 標系統(tǒng) 在真實的世界中，所 有的物體都具有三維特征，但是計算機僅僅能處理的是數(shù)字，可以顯示出來二維圖形，而將二維數(shù)據(jù)及三維物體緊密聯(lián)系在起來的唯一的紐帶就是—— 坐標。 為了數(shù)字化將要顯示的三維物體，就要在這個三維物體處在的空間里面定義一個合適的坐標系。這個坐標系的單位長度和坐標軸的指向都要適合對此三維物體的描述，這個坐標系被稱作世界坐標系。重要的一點就是世界坐標系，它是永遠不變的 【 10】 。 定義了局部坐標系，局部坐標系就是坐標系用物體的中心作為坐標原點的，其物體的旋轉(zhuǎn)或者平移等操作全是圍繞著局部坐標系進行的。此時 ，若物體模型在進行旋轉(zhuǎn)或者平移操作時，局部坐標系隨之也執(zhí)行相對應的旋轉(zhuǎn)或者平移操作。需要注意的地方是，如果對物體模型進行縮放操作，則局部坐標系也要進行相應的縮放，假若縮放比例在各坐標軸對應不同，那么經(jīng)過一系列旋轉(zhuǎn)等操作后，局部坐標軸可能不一定相互垂直。不管是在世界坐標系中進行變換，還是說在局部坐標系中進行變換，程序的代碼都是相同的，只不過不同的坐標系所考慮的變換方式不相同罷了。 計算機對數(shù)字化的三維物體做了適當?shù)募庸ぬ幚砗?，要使其在圖形顯示器上面顯示，就需要先在圖形顯示器的屏幕上定義出一個二維的直角坐標系， 這個坐標系被稱作屏幕坐標系。這個坐標系的坐標軸方向通常選取為平行于此屏幕的邊界，坐標原點一般取左下角，長度單位通常取為一個象素。 點變換 視點變換明確了場景里面物體的視點方向和位置，就向上述提到的，它可以看作是在場景當中放置的一臺照相機。讓相機鏡頭面向要拍攝的物體，相機（即視點）定位在坐標系的原點（相機初始方向都指向 Z 負軸），它和物體模型缺省的位置是對應的，明顯的，如若視點變換不進行，物體和相機是重疊的。 執(zhí)行視點變換和執(zhí)行模型變換的命令是一樣的，思考一下，我們在用相機拍照時，我們通常保 持被拍的物體位置不變，而將相機遠離物體，這就類似于三維世界的視點變換。此外，我們也可讓相機的位置保持不變，而將物體遠離相機，這就類似于模型轉(zhuǎn)換。結(jié)果就是，在 世界，以逆時針去旋轉(zhuǎn)物體就類似于以順時針去旋轉(zhuǎn) 第 11 頁 相機。所以，我們必須把模型變換同視點變換結(jié)合在一塊來考慮，也就是說對這兩種變換單獨去進行考慮是沒有意義的。除了使用模型變換命令來執(zhí)行視點變換以外，用庫還提供了 函數(shù)，該函數(shù)共三個變量，分別表示了視點的位置、相機的瞄準方向參考點以及相機的朝上方向。該函數(shù)的原型為： 該函數(shù)定義了視點矩陣，要用該視點矩陣乘以當前的矩陣。 義了當前視點的位置； 及 量指明了參考點位置，該點通常作為相機所要瞄準場景的中心軸上的點； 量指明了朝上向量方向。一般，視點變換操作在模型變換操作之前使用，以便模型變換先對三維物體產(chǎn)生作用。場景中三維物體的頂點通過模型變換以后移動到所想要的位置，然后再對整個場景進行視點的定位等等操作。視點變換和模型變換共同構(gòu)建成了模型視景矩陣。 型變換 模型變換是在世界坐標系中進行的。當其缺省時，物體模型的中心默認定位在世界坐標系的原點。 這個坐標系中，共有三個命令，可以用來進行模型變換。 1、模型平移 —— f d }( x, y, z);該函數(shù)沿著 x 軸、z 軸按照指定的 x,y,z 值平移物體（或者按照相同的值來移動物體的局部坐標系）。 2、 模型旋轉(zhuǎn) —— x, y, z)。該函數(shù)的第一個變量是制定模型旋轉(zhuǎn)角度的 位是度，其后三個變量用來表示以原點 A（ 0,0,0）到點 B(x,y,z)的連線為軸線來逆時針旋轉(zhuǎn)物體。 比如， 結(jié)果是繞 z 軸旋轉(zhuǎn) 45 度。 3、模型縮放 —— x, y, z );此函數(shù)可以沿著 x,y,數(shù)有三個參數(shù)，分別對應 x、 y、 z 軸坐標方向的變換比例因子。缺省時默認為 示物體沒變化。在程序中，若物體 Y 余值都為 表明將立方體變成了長方體。 影變換 經(jīng)過模型視景變換之后，場景中的三維物體被放在了所想要的位置上，但是顯示 第 12 頁 器僅能用二維圖象來體現(xiàn)三維物體，因此就得靠投影進一步降低維數(shù)（投影變換相當于相機選擇鏡頭）。實際上，投影變換的根本目的就是構(gòu)建一個適 合的視景體，裁剪掉視景體外多余的部分，最終視景體內(nèi)的有關部分才能進入圖像。投影包括兩種：正視投影（ 透視投影（ 透視投影是符合人們的心理習慣的，即是離視點近的物體比較大，而離視點遠的物體比較小，遠到極點就會消失，成為一個滅點。它的視景體可以被看作是一個底部和頂部都被切割了的棱椎，也就是所謂的棱臺。這個投影一般被用于視覺仿真、動畫影視以及其它的許多需要真實性展現(xiàn)的方面。 視投影的函數(shù)共兩個，其中函數(shù) 的原型為： 它創(chuàng)建了一個具有透視的視景體。其實現(xiàn)的是構(gòu)建出一個透視投影矩陣，然后用此透視矩陣去乘以當前的矩陣。該函數(shù)參數(shù)僅僅定義了近裁剪面的右上角點（ - 左下角點（ - 三維立體空間坐標；最后一個參數(shù) 遠裁剪平面的 Z 負值，其左下角點和右上角點空間坐標由函數(shù)根據(jù)透視投影原理自動生成。 示離視點的遠近，它們的值總是正值。另一個透視函數(shù)是： 它創(chuàng)建了一個的透視視景體，但是它和前面的的參數(shù)不同，參數(shù) 義視野在 面的角度，范圍是 [參數(shù) 投影平面寬度與高度的比率；參數(shù) 別是遠近裁剪面沿 Z 負軸到視點的距離，它們總為正值。以上兩個函數(shù)缺省時，視點都在原點，視線沿 Z 軸指向負方向。 正射投影，即是平行投影。正射投影的視景體是類似于一個矩形的平行管道，也即是一個立方體。正投影的一個最大特點是不管論物體離相機有多遠，投影出來的三維物體的大小尺寸是不變。正射投影也有兩個函數(shù)，一個函數(shù)是： 它創(chuàng)建一個平行視景體。實際上這個函數(shù)的操作是創(chuàng)建一個正射投影矩陣，并且用這個矩陣乘以當前矩陣。其中近裁剪平面是一個矩形，矩形左下角點三維空間坐標是（ 右上角點是（ 第 13 頁 遠裁剪平面也是一個矩形，右上角點是（ - 左下角點空間坐標是（ - 所有的 同時為正或者同時為負。 另一個函數(shù)是： 它是特殊的一個正射投影，此函數(shù)主要用于將二維圖像投影到二維屏幕上。它的 省值分別為 有的二維物體 Z 坐標都是 以它的裁剪面就是一個右上角點為（ 左下角點為（ 矩形。 口變換 視口變換實際上就是在二維的視口平面上顯示視景體內(nèi)投影的三維物體。運用相機模擬的方式，我們很好理解視口變換相當于就是把照片進行放大與縮小。計算機圖形學里面，視口變換的定義 —— 將經(jīng)過幾 何變換、裁剪變換和投影變換后的物體顯示在屏幕窗口指定的區(qū)域里面，這個區(qū)域一般為矩形，被稱作視口。 相關函數(shù)是： x,y,此函數(shù)定義了一個視口。函數(shù)參數(shù) (x, y)是視口在屏幕窗口坐標系中的左下角點坐標，參數(shù) 省時，參數(shù)值