Чайковский филиал
Кафедра Информационных технологий
Курсовая работа
по дисциплине «Компьютерная графика»
Выполнил:
студент группы БИ 02-01
Фёдоров А. Б.
Проверил:
ст. преподаватель
Русских Т. И.
г.Чайковский
2005
Оглавление1. Оглавление 2
2. Задание на курсовую работу 3
3. Введение 4
4. Краткое описание программы 5
5. Список ограничений при работе 6
6. Руководство по использованию программы 7
7. Описание используемых переменных 11
8. Текст основных подпрограмм 14
9. Заключение 18
10. Список литературы 19
Задание на курсовую работуВведение
Библиотека OpenGL была разработана фирмой Silicon Graphics для графических станций и развивается с 1992 года. Она. представляет из себя интерфейс программирования трехмерной графики. Единицей информации является вершина, из них состоят более сложные объекты. Программист создает вершины, указывает как их соединять (линиями или многоугольниками), устанавливает координаты и параметры камеры и ламп, а библиотека OpenGL берет на себя работу создания изображения на экране. OpenGL идеально подходит для программистов, которым необходимо создать небольшую трехмерную сцену и не задумываться о деталях реализации алгоритмов трехмерной графики. Для профессионалов, занимающихся программированием трехмерной графики, библиотека тоже будет полезной, т.к. она представляет основные механизмы и выполняет определенную автоматизацию. Используя OpenGL вы с легкостью создадите трехмерные поверхности, наложите на них текстуры, осветите источниками света, сможете сделать эффект тумана, прозрачности, смешивания цветов, а также сможете наложить трафарет, передвигать объекты сцены, лампы и камеры по заданным траекториям, сделав, тем самым, анимацию. По сравнению со своим главным конкурентом - Direct3D, библиотека OpenGL несколько проигрывает в скорости, но значительно превосходит Direct3D благодаря удобству работы, меньшему объему набираемого программистом текста и доступности технической документации.
Краткое описание программы
Курсовая работа написана с использованием пакета Delphi 6 и представляет собой *.exe файл размером в 513 килобайт. Основное действие, выполняемое программой – наложение какого-либо изображения на поверхность произвольного объекта (созданного заранее). При желании можно изменить рисунок текстуры для любой из граней и сохранить отредактированный объект.
Объекты, использующиеся программой, имеют оригинальный внутренний формат, позволяющий сжимать большие массивы координат точек и полигонов. Программа дает возможность рассмотреть предметы как с наложенной текстурой, так и в ‘проволочном ’ виде. При написании программы, основной упор сделан на максимальное удобство работы пользователя и на приближение интерфейса пользователя к интерфейсам используемых в среде Windows программ работы с графикой. Заложена возможность дальнейшего расширения программного продукта.
В процессе написания использовался драйвер OpenGL версии 1.1.0 (входящий в комплект поставки Microsoft Windows).
Ограничения
В данном разделе описаны основные ограничения, накладываемые на программу, причины их присутствия (ограничений), возможные следствия их несоблюдений.
Загружаемая текстура должна иметь расширение *.bmp, предпочтительный размер – 256х256 точек.
К
ласс Delphi Picture способен работать лишь с *.bmp файлами. При загрузке файла размером более 256х256 изображение сжимается с потерей качества. Данный размер выбран как оптимальный, на мой взгляд, для учебных целей.
При попытке загрузки не Bitmap файла, появится сообщение об ошибке.
Максимально возможное количество точек и полигонов =255
Для их подсчета используется тип данных byte. Данного количества точек вполне достаточно для создания довольно сложного и детального объекта.
Объект может состоять лишь из плоских невыпуклых граней и плоскостей, число точек полигона ограничено до 6-и
Отсутствие библиотек-надстроек работы с искривленными поверхностями для языка Pascal.
Как правило, при качественной детализации, основная масса полигонов состоит из 3-х или 4-х вершин. При обработке таких полигонов достигается наивысшая скорость.
Отсутствует удобное средство создания 3D объектов.
Нет смысла создавать специальную программу. В перспективе возможно написание утилиты для импорта информации из SAT-файлов.
Руководство по использованию программы
Конструктивно программа состоит из 2-х форм. Первая – основная, в ней пользователь может изменять режимы работы программы либо манипулировать объектом, поворачивая его с помощью мыши. Для этого, удерживая нажатой любую из кнопок мыши, необходимо переместить указатель мыши. При перемещении вправо (или влево) объект поворачивается вокруг оси OY по часовой стрелке (или против часовой стрелки). При перемещении указателя вверх-вниз меняется угол поворота вокруг оси OX. Перемещению курсора мыши на один пиксель соответствует поворот на один градус. При работе с объектом большого размера, для просмотра его целиком, можно воспользоваться колесиком мыши и изменить расстояние между фигурой и камерой.
В первой форме имеется строка состояния внизу экрана и выпадающее меню вверху, состоящее из трех пунктов.
В строке состояния отображается о названии текущего объекта, количестве точек и полигонов, из которых он состоит.
Пункты меню:
Load Object
Можно загрузить другой объект (по умолчанию – пирамида ) загружаемый файл должен иметь расширение *.S3D. После загрузки на экране сразу же появится новый предмет, изменится информация в строке состояния, координаты текстур в форме №2 (если она включена).
Load Texture
Диалог загрузки рисунка. После выполнения загрузки, на экране появляется форме №2, предназначенная для нарезки из изображения кусков текстур, покрывающих полигоны. Если появившаяся форма мешает, то её можно закрыть, заслонив основным окном.
Save Object
Сохраняет всю информацию об объекте в файл. Если указать имя текущего файла, то он перезапишется.
Texturing Yes
Включение режима текстурирования, первоначально режим выключен.
Texturing No
Включение ‘проволочного’ роежима.
рисунок 1 – форма №1 в режиме ‘проволочной’ графики
Вторая форма первоначально, т.к. режим текстурирования отключен и не загружено изображение, невидима. Появляется она после загрузки Bitmap файла. В левой части формы находится изображение, зелеными линиями обведен контур текущей редактируемой грани. Справа расположены координаты текстуры для всех точек грани. Изменяя эти числа, можно сменить расположение углов полигона.
рисунок 2 – форма №2
Есть и другой, более удобный способ – навести курсор мыши на одну из точек (при этом под рисунком появится надпись “Dot N Locked’) и перетащить выбранную точку в нужное место. Однако следует помнить, что если точки расположены слишком близко друг от друга, то вы не сможете ‘схватить’ те из них, что имеют больший порядковый номер. Для более точного позиционирования точек, имеется указатель, показывающий текущие координаты курсора. Наилучшее качество изображения, покрывающее грани объекта, можно достичь лишь при соответствии пропорций грани и вырезанного для нее куска текстуры. Особо заметны отклонения такого рода на гранях строго симметричной формы.
Разместив на свои места все точки и переключившись на главную форму полюбуйтесь новым нарядом объекта.
рисунок 3 – форма №1 в режиме текстурирования граней
Описание используемых переменных
logo:array [0..15] of byte
массив, использующийся для проверки корректности загружаемого файла.
Первые 16 байт файла должны соответствовать этому массиву
mclick:boolean
состояние мыши: если нажата одна из кнопок, то true, иначе - false
dx,dy:integer
расстояние в пикселях, пройденное мышью во время последнего передвижения.
mx,my:integer
текущие координаты курсора мыши.
texturing:boolean
включен ли режим текстурирования граней, если да, то true, иначе – false.
bitmap:tbitmap
использующееся изображение.
d:double=1/256
константа для перевода координат текстуры из типа данных byte в double.
Необходима из за того, что команда glTexCoord2b по непонятной причине отсутствует.
dots:byte
количество составляющих объект точек
poligons:byte
количество полигонов объекта
fx:array [0..255] of gldouble;
X координаты точек
fy:array [0..255] of gldouble;
Y координаты точек
fz:array [0..255] of gldouble;
Z координаты точек
pols:array [0..511] of byte
последовательно описаны все точки полигонов, формат массива следующий:
0 N N - количество точек в полигоне 0
1 x в полигон входит точка x
… … последовательный список точек, входящих в полигон
N M M - количество точек в полигоне 1
… … последовательный список точек, входящих в полигон
N+M T T - количество точек в полигоне 2
Последнее значение массива = 0
pols_pointer:array [0..255] of word
полигоны могут иметь различный размер и для их быстрого нахождения создан этот массив. Каждое значение – индекс, с которого начинается описание полигона в массиве pols.
texture_xcoords:array [0..511] of glubyte
X координаты текстур
texture_ycoords:array [0..511] of glubyte
Y координаты текстур
object_name:array [0..15] of char
имя текущего объекта
texture:array[0..$ff,0..$ff,0..2] of glubyte
последовательно перечислены составляющие красного, зеленого и голубого цветов для каждой из точек рисунка.
rx,ry : Glfloat
поворот объекта от начального состояния вокруг осей OX и OY.
tx : Glfloat
перенос от начального положения оп оси OZ.
current_poligon:byte
номер полигона, обрабатываемого в данный момент. Счет начинается с нуля.
ptr:word
Указатель. Т.к. создан массив для каждой из координат точек и каждой из координат текстуры, то по этому индексу одновременно можно обратиться ко всем характеристикам какой-либо точки.
dots_num:word
число точек из которых состоит грань.
current_dot:word
текущая обрабатываемая точка грани
locked_dot:byte
номер вершины текстуры на которую наведен курсор (форма №2).
Если курсор не указывает не на одну из точек, то переменная равна $FF
Кроме вышеперечисленных, существует еще ряд переменных, использующихся, в основном, при организации циклов FOR.
Текст основных подпрограмм
Процедура ‘Detal’ - собственна само изображение объекта на экране.
Для повышения быстродействия, написаны отдельные части кода для работы с треугольниками, четырехугольниками, и гранями, имеющими количество углом больше четырех. В зависимости от режима работы, текстура либо налагается, либо нет.
procedure TForm1.Detal;
var a:integer;
begin
a:=0;
if texturing=true then glEnable (GL_TEXTURE_2D);
while pols[a]<>0 do begin
if pols[a]=3 then begin inc (a);
glBegin (GL_TRIANGLES) ;
if texturing=true then glTexCoord2d (d*texture_ycoords[a],d*texture_xcoords[a]);
glVertex3f(fx[pols[a]], fy[pols[a]], fz[pols[a]]); inc (a);
if texturing=true then glTexCoord2d (d*texture_ycoords[a],d*texture_xcoords[a]);
glVertex3f(fx[pols[a]], fy[pols[a]], fz[pols[a]]); inc (a);
if texturing=true then glTexCoord2d (d*texture_ycoords[a],d*texture_xcoords[a]);
glVertex3f(fx[pols[a]], fy[pols[a]], fz[pols[a]]); inc (a);
glEnd; end;
if pols[a]=4 then begin inc (a);
glBegin (GL_Quads) ;
if texturing=true then glTexCoord2d (d*texture_ycoords[a],d*texture_xcoords[a]);
glVertex3f(fx[pols[a]], fy[pols[a]], fz[pols[a]]); inc (a);
if texturing=true then glTexCoord2d (d*texture_ycoords[a],d*texture_xcoords[a]);
glVertex3f(fx[pols[a]], fy[pols[a]], fz[pols[a]]); inc (a);
if texturing=true then glTexCoord2d (d*texture_ycoords[a],d*texture_xcoords[a]);
glVertex3f(fx[pols[a]], fy[pols[a]], fz[pols[a]]); inc (a);
if texturing=true then glTexCoord2d (d*texture_ycoords[a],d*texture_xcoords[a]);
glVertex3f(fx[pols[a]], fy[pols[a]], fz[pols[a]]); inc (a);
glEnd; end;
if pols[a]>4 then begin inc (a);
glBegin (GL_Polygon) ;
if texturing=true then glTexCoord2d (d*texture_ycoords[a],d*texture_xcoords[a]);
glVertex3f(fx[pols[a]], fy[pols[a]], fz[pols[a]]); inc (a);
if texturing=true then glTexCoord2d (d*texture_ycoords[a],d*texture_xcoords[a]);
glVertex3f(fx[pols[a]], fy[pols[a]], fz[pols[a]]); inc (a);
if texturing=true then glTexCoord2d (d*texture_ycoords[a],d*texture_xcoords[a]);
glVertex3f(fx[pols[a]], fy[pols[a]], fz[pols[a]]); inc (a);
if texturing=true then glTexCoord2d (d*texture_ycoords[a],d*texture_xcoords[a]);
glVertex3f(fx[pols[a]], fy[pols[a]], fz[pols[a]]); inc (a);
if texturing=true then glTexCoord2d (d*texture_ycoords[a],d*texture_xcoords[a]);
glVertex3f(fx[pols[a]], fy[pols[a]], fz[pols[a]]); inc (a);
if pols[a]=$ff then continue;
if texturing=true then glTexCoord2d (d*texture_ycoords[a],d*texture_xcoords[a]);
glVertex3f(fx[pols[a]], fy[pols[a]], fz[pols[a]]); inc (a);
glEnd;
end; end;
if texturing=true then glDisable (GL_TEXTURE_2D);
end;
Выполняется подготовка к выводу очередного кадра: очищается Z буфер, выполняются необходимые преобразования координат. Затем обрисовывается объект и изображение переносится из виртуального экрана на экран.
procedure TForm1.FormPaint(Sender: TObject);
begin
glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT or GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glPushMatrix;
glTranslatef (0, 0.0, tx);
glRotatef (rx, 1.0, 0.0, 0.0);
glRotatef (ry, 0.0, 1.0, 0.0);
Detal;
glPopMatrix;
SwapBuffers(DC);
end;
Установка формата пикселей и связь его с текущим контекстом воспроизведения, выполняется один раз при запуске приложения.
procedure SetDCPixelFormat (hdc : HDC);
var
pfd : TPixelFormatDescriptor;
nPixelFormat : Integer;
begin
FillChar (pfd, SizeOf (pfd), 0);
pfd.dwFlags := PFD_DRAW_TO_WINDOW or PFD_SUPPORT_OPENGL or PFD_DOUBLEBUFFER;
nPixelFormat := ChoosePixelFormat (hdc, @pfd);
SetPixelFormat (hdc, nPixelFormat, @pfd);
end;
Создание формы. Инициализация рабочих массивов, создание контекста воспроизведения и связь его с окном формы. Определение атрибутов формы, включение Z буфера.
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
var x:integer;
begin
for x:=0 to 22 do pols[x]:=pols_start[x];
for x:=0 to dots do fx[x]:=fx_start[x];
for x:=0 to dots do fy[x]:=fy_start[x];
for x:=0 to dots do fz[x]:=fz_start[x];
for x:=0 to poligons do pols_pointer[x]:=pols_pointer_start[x];
for x:=0 to 22 do texture_xcoords[x]:=texture_xcoords_start[x];
for x:=0 to 22 do texture_ycoords[x]:=texture_ycoords_start[x];
Bitmap := TBitmap.Create;
DC := GetDC (Handle);
SetDCPixelFormat(DC);
hrc := wglCreateContext(DC);
wglMakeCurrent(DC, hrc);
glClearColor (0.5, 0.5, 0.75, 1.0);
glColor3f (0.0, 0.0, 0.0
glLineWidth (1);
Form1.Color:=$c08080;
glEnable (GL_DEPTH_TEST);
statusbar1.Panels.Items[0].Text:='Имя объекта: '+object_name;
statusbar1.Panels.Items[1].Text:='Точек: '+inttostr(dots);
statusbar1.Panels.Items[2].Text:=Полигонов: '+inttostr(poligons);
end;
Освобождение памяти занимаемой программой, выполняется при закрытии приложения.
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
begin
wglMakeCurrent(0, 0);
wglDeleteContext(hrc);
ReleaseDC (Handle, DC);
DeleteDC (DC);
Bitmap.Free;
end;
Изменение размеров формы. Т.к. размер формы в ходе работы приложения изменить невозможно, то процедура выполняется лишь раз, при запуске программы. Выполняются действия, необходимые для корректной работы OpenGL.
procedure TForm1.FormResize(Sender: TObject);
begin
glViewport(0, 0, ClientWidth, ClientHeight);
glMatrixMode (GL_PROJECTION);
glLoadIdentity;
glFrustum (-1, 1, -1, 1, 2, 29);
glMatrixMode (GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity;
glTranslatef(0.0, 0.0, -6.0);
glPolygonMode (GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE) ;
end;
Процедура загрузки текстуры в предназначенный для нее массив. После загрузки задаются необходимые параметры текстурирования, инициализируется форма №2.
procedure TForm1.Texture1Click(Sender: TObject);
var x,y:integer;
begin
opendialog1.Filter:='Texture file (Bitmap 256*256)|*.bmp';
if opendialog1.Execute then begin
Form2.Image1.Picture.LoadFromFile(opendialog1.FileName);
Bitmap.LoadFromFile(opendialog1.FileName);
for y:=0 to $ff do begin
for x:=0 to $ff do begin
texture[x,y,0]:=GetRValue(Bitmap.Canvas.Pixels [x,y]);
texture[x,y,1]:=GetGValue(Bitmap.Canvas.Pixels[x,y]);;
texture[x,y,2]:=GetBValue(Bitmap.Canvas.Pixels[x,y]);
end; end;
glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT,1);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexImage2d(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, 256, 256, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, @texture);
glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_DECAL);
Form2_prepearing;
Form2.show;
Form2.paintpoligon;
end; end;
Заключение
Конечно же, данная работа не претендует на пример использования библиотеки OpenGL с полной отдачей. Даже затронутая тема облегания тела поверхностью раскрыта не полностью. Однако, это скорее говорит не о слабом использовании предоставляемых OpenGL возможностей, а об их почти неограниченном количестве. С внедрением этой библиотеки, программисты при работе с графикой освободились от написания огромного количества одинаковых процедур и от требования обязательных навыков программирования на языках низкого уровня. Кроме того, появилась возможность создать полноценное качественное приложение почти без знаний математических принципов трехмерной графики и формул цветовых смешений.
Список литературы
1. OpenGL. Графика в проектах Delphi. М. Краснов.
2. OpenGL. Игорь Тарасов.
3. Материалы с сайта ‘opengl’.
4. Компьютерная графика. Полигональные модели Шикин А. В., Боресков Л. В.
5. 3D programming FAQ. Андрей Аксёнов.