Управление элементами поверхности

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему:

«Управление элементами поверхности»

Орел, 2010

• Введение
• Понятие «компьютерная графика» существует уже давно. Трудно определить, когда именно и кем были разработаны первые понятия компьютерной графики. В настоящее время компьютерная графика — это огромный мир, такой же, как мир операционных систем, или программирования, это нечто большее, чем просто графика. Вообще, все, что на компьютере рисует пользователь — это и есть компьютерная графика.
• Компьютерная графика применяется в самых разнообразных сферах деятельности человека: в кино, в сфере рекламы, в полиграфии, в информационных сферах (телевидение, интернет), в сфере игростроения и многих других.
• Исходя из этого, давайте подробно рассмотрим значимость компьютерной графики на сегодняшний день. Киноиндустрия получает ежегодную многомиллионную прибыль от фильмов, в которых использованы современные спецэффекты. Вспомнить хотя бы такие известные фантастические фильмы, как Люди в черном, Матрица и тому подобные. Во всех них использовалась компьютерная графика, создающая эффект максимальной реалистичности происходящего. Смотря на все происходящее в фильме, создается впечатление, что все это было на самом деле.
• Компьютерная графика широко используется на телевидении. Все больше и больше последнее время компьютерная графика используется при создании красивых телевизионных заставок, которые вещают на телеканалах. Красивые заставки — это залог успеха телеканала. Последнее время проводятся даже соревнования между телеканалами, у кого лучше заставка. Компьютерная графика стала самым основный ресурсом, который затрачивается при создании компьютерных игр. Любая компьютерная графика представляется в играх в так называемом трехмерном виде, или 3d. Данным подразделением компьютерной графики занимаются специализированные графические редакторы, например Maya, 3d-Studio Max.
• Целью данной курсовой работы является получение практических знаний по курсу компьютерная графика.
• Задачами является изучение основных возможностей создания трехмерных объектов в OpenGL, наложения текстур.

1. Постановка задачи

Целью данной курсовой работы является получение практических знаний по курсу компьютерная графика. С помощью возможностей OpenGL будет создана модель управления элементами поверхности.

Задачами является изучение основных возможностей создания трехмерных объектов, наложения текстур, работа с координатами.

2. Описание алгоритма решения задачи

Для упрощения описания работы программы, алгоритм выполнения

был разбит на части: подключение библиотек, создание поверхности ландшафта, изменение поверхности ландшафта, реализация ориентирования на поверхности.

2.1 Подключение библиотек

Сначала необходимо инициализировать библиотеки и установить

общие свойства сцены. Для этого создадим обработчик события onCreate формы и занесем в него следующий код:

InitOpenGL (Handle);

glViewport (0, 0, ClientWidth-Panel1. Width, ClientHeight);

glClearColor (0,0,0,0);

glEnable (GL_DEPTH_TEST);

glMatrixMode (GL_PROJECTION);

gluPerspective (30.0, ClientWidth / ClientHeight, 0.1, 1000.0);

glMatrixMode (GL_MODELVIEW);

glLoadIdentity;

Первый оператор инициализирует библиотеку OpenGL и устанавливает связь с окном приложения, в котором будет производиться вывод. После получения контекста воспроизведения сообщаем системе OpenGL о том, что необходимо корректировать построения в соответствии с глубиной командой glEnable (GL_DEPTH_TEST). Команда glClearColor определяет величину, которой будет заполняться буфер цвета при его очистке, т. е. это будет цвет фона — черный.

2.2 Создание поверхности ландшафта

Для того чтобы создать ландшафт, было принято решение использовать массив, в котором будет храниться высота координат:

Var

…

height:array [-11.11, -11.11] of single;

…

При создании формы происходит вызов процедуры initmas, которая инициализирует массив высот:

…

procedure initmas;

var i, j: integer;

begin

for i:= -11 to 11 do

for j:=-11 to 11 do

begin

height [i, j]: =-1;

end;

end;

…

Рисование поверхности производится вызовом процедуры Draw в обработчике события OnPaint:

procedure Draw;

…

for i:=-10 to 10 do

for j:=-10 to 10 do

begin

x:=i*zoom;

z:=j*zoom;

glBindTexture (GL_TEXTURE_2D, MyTextureTex);

glBegin (GL_QUADS);

glTexCoord2f (0.0, 0.0); glVertex3f (x, height [i, j], z);

glTexCoord2f (1.0, 0.0); glVertex3f (x, height [i, j+1], z+zoom);

glTexCoord2f (1.0, 1.0); glVertex3f (x+Zoom, height [i+1, j+1], z+zoom);

glTexCoord2f (0.0, 1.0); glVertex3f (x+Zoom, height [i+1, j], z);

glEnd;

end;

end;

В этой процедуре по каждому значению массива height строится ландшафт.

2.3 Реализация ориентирования на поверхности

Для того чтобы наглядно продемонстрировать ландшафт, было принято решение дать наблюдателю возможность перемещаться по поверхности. Для того, чтобы это реализовать в обработчик события OnFormKeyDown формы занесем следующий код:

case key of

27: Form1. Close;

65: begin

Human. Position. z:=Human. Position. z+

sin (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

Human. Position. x:=Human. Position. x+

cos (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

end;

87: begin

Human. Position. z:=Human. Position. z+

cos (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

Human. Position. x:=Human. Position. x;

sin (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

end;

68: begin

Human. Position. z:=Human. Position. z;

sin (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

Human. Position. x:=Human. Position. x;

cos (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

end;

83: begin

Human. Position. z:=Human. Position. z;

cos (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

Human. Position. x:=Human. Position. x+

sin (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

end;

end;

При нажатии клавиши изменяется позиция наблюдателя в пространстве.

2.4 Изменение поверхности ландшафта

Чтобы изменить поверхность мы сначала должны получить координаты изменяемой поверхности. Получение координат реализуется процедурой GetCoordinate. Далее происходит изменение массива высот:

…

i:=Trunc (wx);

j:=Trunc (wz);

height [i, j]: =vis;

…

В переменной vis содержится значение, определенное пользователем, на которое изменится высота.

Заключение

В результате выполнения курсовой работы были выполнены все поставленные цели, изучены основные возможности создания трехмерных объектов, наложения текстур и перемещения в пространстве.

1. Михаил Краснов, OpenGL в Delphi, электронный вариант.

2. Эйнджел, Эдвард, Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL, 2 изд.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2001. — 592 с: ил. — Парал. тит. Англ.

3. Райт, OpenGL. Суперкнига, 3-е издание [Электронный ресурс] / Райт, Ричард С.-мл., Липчак, Бенджамин // Книги по программированию. [Режим доступа: http://www.pmg.org.ru/nehe/nehe07.htm

Приложение А

unit Unit1;

interface

uses

Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

Dialogs, OpenGL, ExtCtrls, Math, StdCtrls, ComCtrls, TEXTURES;

type

TForm1 = class (TForm)

Timer1: TTimer;

Panel1: TPanel;

Button1: TButton;

Button2: TButton;

Button3: TButton;

Button4: TButton;

TrackBar1: TTrackBar;

Label1: TLabel;

Label2: TLabel;

Label3: TLabel;

Button5: TButton;

Button6: TButton;

procedure FormKeyDown (Sender: TObject; var Key: Word;

Shift: TShiftState);

procedure FormCreate (Sender: TObject);

procedure FormDestroy (Sender: TObject);

procedure Timer1Timer (Sender: TObject);

procedure FormResize (Sender: TObject);

procedure FormPaint (Sender: TObject);

procedure FormMouseMove (Sender: TObject; Shift: TShiftState; X,

Y: Integer);

procedure FormMouseDown (Sender: TObject; Button: TMouseButton;

Shift: TShiftState; X, Y: Integer);

procedure Button3Click (Sender: TObject);

procedure Button4Click (Sender: TObject);

procedure Button1Click (Sender: TObject);

procedure Button2Click (Sender: TObject);

procedure TrackBar1Change (Sender: TObject);

procedure Button5Click (Sender: TObject);

procedure Button6Click (Sender: TObject);

private

{Private declarations}

public

{Public declarations}

end;

type

User=record

Position:record

x, y, z: Single;

end;

Rotation:record

y, zx: Single;

end;

end;

var

vis:single;

Form1: TForm1;

DC:HDC;

HRC:HGLRC;

Human: User;

MyTextureTex: glUint;

wx, wy, wz: GLdouble; // возвращаемые мировые x, у, z координаты

height:array [-11.11, -11.11] of single;

implementation

procedure glBindTexture (target: GLenum; texture: GLuint); stdcall; external opengl32;

{$R *.dfm}

procedure GetCoordinate (const x, y: integer);

var

Viewport: Array [0.3] of GLInt; // область вывода

mvMatrix, // матрица модели

ProjMatrix: Array [0.15] of GLDouble; // матрица проекций

RealY: GLint; // OpenGL у — координата

Zval: GLfloat; // оконная z — координата

Begin

glGetIntegerv (GL_VIEWPORT, @Viewport); // матрица области вывода

// заполняем массивы матриц

glGetDoublev (GL_MODELVIEW_MATRIX, @mvMatrix);

glGetDoublev (GL_PROJECTION_MATRIX, @ProjMatrix); // viewport[3] - высота окна в пикселах, соответствует Height

RealY:= viewport[3] - Y — 1;

FloatToStr (RealY);

glReadPixels (X, RealY, 1, 1, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, @Zval);

gluUnProject (X, RealY, Zval,

@mvMatrix, @ProjMatrix, @Viewport, wx, wy, wz);

end;

procedure initmas;

var i, j: integer;

begin

for i:= -11 to 11 do

for j:=-11 to 11 do

begin

height [i, j]: =-1;

end;

end;

procedure changemas;

var i, j: integer;

begin

i:=Trunc (wx);

j:=Trunc (wz);

height [i, j]: =vis;

end;

procedure Draw;

var i, j: integer;

x, z: integer;

zoom:integer;

begin

glColor3f (1,0,0);

glPointSize (5);

glBegin (GL_POINTS);

glVertex3f (wx, wy, wz);

glEnd;

zoom:=1;

glColor3f (0. 7,1. 0,0.7);

for i:=-10 to 10 do

for j:=-10 to 10 do

begin

x:=i*zoom;

z:=j*zoom;

glPointSize (1);

glBindTexture (GL_TEXTURE_2D, MyTextureTex);

glBegin (GL_QUADS);

glTexCoord2f (0.0, 0.0); glVertex3f (x, height [i, j], z);

glTexCoord2f (1.0, 0.0); glVertex3f (x, height [i, j+1], z+zoom);

glTexCoord2f (1.0, 1.0); glVertex3f (x+Zoom, height [i+1, j+1], z+zoom);

glTexCoord2f (0.0, 1.0); glVertex3f (x+Zoom, height [i+1, j], z);

glEnd;

end;

end;

procedure TForm1. FormKeyDown (Sender: TObject; var Key: Word;

Shift: TShiftState);

const

SPEED=0.2;

begin

case key of

27: Form1. Close;

65: begin

Human. Position. z:=Human. Position. z+

sin (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

Human. Position. x:=Human. Position. x+

cos (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

end;

87: begin

Human. Position. z:=Human. Position. z+

cos (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

Human. Position. x:=Human. Position. x;

sin (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

end;

68: begin

Human. Position. z:=Human. Position. z;

sin (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

Human. Position. x:=Human. Position. x;

cos (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

end;

83: begin

Human. Position. z:=Human. Position. z;

cos (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

Human. Position. x:=Human. Position. x+

sin (DegToRad (Human. Rotation. y))*SPEED;

end;

end;

end;

procedure SetDCPixelFormat;

var

pfd:TPixelFormatDescriptor;

nPixelFormat: Integer;

begin

FillChar (pfd, SizeOf (pfd), 0);

pfd.dwFlags:=PFD_DRAW_TO_WINDOW or

PFD_DOUBLEBUFFER or

PFD_SUPPORT_OPENGL;

nPixelFormat:=ChoosePixelFormat (DC,@pfd);

SetPixelFormat (DC, nPixelFormat,@pfd);

end;

procedure TForm1. Button1Click (Sender: TObject);

begin

Human. Rotation. y:=Human. Rotation. y-4;

if Human. Rotation. y>=360 then Human. Rotation. y:=0;

if Human. Rotation. y<0 then Human. Rotation. y:=360;

end;

procedure TForm1. Button2Click (Sender: TObject);

begin

Human. Rotation. y:=Human. Rotation. y+4;

if Human. Rotation. y>=360 then Human. Rotation. y:=0;

if Human. Rotation. y<0 then Human. Rotation. y:=360;

end;

procedure TForm1. Button3Click (Sender: TObject);

begin

glPolygonMode (GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);

end;

procedure TForm1. Button4Click (Sender: TObject);

begin

glPolygonMode (GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);

end;

procedure TForm1. Button5Click (Sender: TObject);

begin

Human. Rotation. zx:=Human. Rotation. zx+0.2;

end;

procedure TForm1. Button6Click (Sender: TObject);

begin

Human. Rotation. zx:=Human. Rotation. zx-0.2;

end;

procedure TForm1. FormCreate (Sender: TObject);

begin

vis:=0;

initmas;

DC:=GetDC (Handle);

SetDCPixelFormat;

HRC:=wglCreateContext (DC);

wglMakeCurrent (DC, HRC);

glViewport (0, 0, ClientWidth-Panel1. Width, ClientHeight);

glClearColor (0,0,0,0);

glEnable (GL_DEPTH_TEST);

glMatrixMode (GL_PROJECTION);

glLoadIdentity;

gluPerspective (30.0, ClientWidth / ClientHeight, 0.1, 1000.0);

glMatrixMode (GL_MODELVIEW);

glLoadIdentity;

glEnable (GL_TEXTURE_2D); // Enable Texture Mapping

LoadTexture ('texture.bmp', MyTextureTex, FALSE);

with Human do

begin

with Position do

begin

x:=6.4;

y:=0;

z:=-0.3878;

end;

with Rotation do

begin

y:=91;

zx:=10;

end;

end;

end;

procedure TForm1. FormDestroy (Sender: TObject);

begin

wglMakeCurrent (0,0);

wglDeleteContext (HRC);

ReleaseDC (Handle, DC);

DeleteDC (DC);

end;

procedure TForm1. Timer1Timer (Sender: TObject);

begin

InvalidateRect (Handle, nil, false);

end;

procedure TForm1. TrackBar1Change (Sender: TObject);

begin

Label2. Caption:=floattostr (TrackBar1. Position);

vis:=TrackBar1. Position;

end;

procedure TForm1. FormResize (Sender: TObject);

begin

glViewport (0, 0, ClientWidth-Panel1. Width, ClientHeight);

glMatrixMode (GL_PROJECTION);

glLoadIdentity;

gluPerspective (30.0, ClientWidth / ClientHeight, 0.1, 1000.0);

glMatrixMode (GL_MODELVIEW);

glLoadIdentity;

end;

procedure TForm1. FormPaint (Sender: TObject);

var

ps:TPaintStruct;

Const

LPos: Array [0.3] of GLFloat = (3.0, 10, -100.0, 1.0);

begin

BeginPaint (Handle, ps);

glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT or

GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

glLoadIdentity;

glRotatef (Human. Rotation. zx, Abs (cos (DegToRad (Human. Rotation. y))), 0,0);

glRotatef (Human. Rotation. y, 0,1,0);

glTranslatef (Human. Position. x,

Human. Position. y,

Human. Position. z);

Draw;

EndPaint (Handle, ps);

SwapBuffers (DC);

end;

procedure TForm1. FormMouseDown (Sender: TObject; Button: TMouseButton;

Shift: TShiftState; X, Y: Integer);

begin

changemas;

end;

procedure TForm1. FormMouseMove (Sender: TObject; Shift: TShiftState; X,

Y: Integer);

begin

GetCoordinate (x, y);

end;

end.