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关于opengl的桌子 杯子 酒瓶的场景.doc
1. 程序说明
1.1 图形项目说明：
即将毕业，以“夏日狂欢”与同学们告别。“夏日狂欢”绘制了一个三维场景，主要包括
四个部分，一张简易的桌子，一瓶红葡萄酒，五个杯子，一个电风扇，十分简陋，一是因为我
所掌握的技术不够，二是因为，这就是我们的生活，它模拟的，是前年宿舍五人共渡中秋佳节
的情景，只是当时凉快，而现在已经是炎炎夏日了，天气热时就用右键菜单打开我们的小电风
扇吧；看不见背面的场景，就用上下左右键旋转视图吧。
1.2 术语定义
旋转矩阵：指 glRotatef()产生的矩阵
纹理映射：指应用内存中的图像覆盖模型表面
1.3 参考资料
《OpenGL 三维图形系统开发与实用技术(基础编程篇)》 清华大学出版社
《Computer Graphics with OpenGL,Third Edition》
D. Hearn, M.P Baker 电子工业出版社
2 应用软件的总体设计
2.1 需求规定 ：
输入：键盘的“←”、“↑”、“→”和“↓”；鼠标。
输出：显示屏。
基本图形建模：
工具库：立方体，球。
实用库：二次曲面、NURBS 曲面。
使用旋转、平移、放大缩小等方法变换坐标矩阵，组成相应物体。使用纹理和光照模型，
完善场景外观。
其它处理：
工具库：创建子窗口，使用定时器，创建右键菜单，键盘响应函数。
核心库：光栅位图。
Windows 相关：读 BMP 位图作为纹理数据。
2.2 运行环境
具体说明自己程序的开发和运行环境(软,硬件).
开发环境：Visual C++ 6.0 Console
运行环境：
硬件：
项目
CPU
时钟频率
内存
硬盘
软件：
OpenGL
Pentinum 或 Pentinum Pro
90MHz
16/32/64MB
512MB
本人运行环境
PM
1.5GHz
512MB
40GB
Windows 2000 或 Windows XP
头文件：gl.h, glu.h, glut.h, math.h, windows.h, stdib.h, stdio.h
动态链接库：glu.dll, glu32.dll, glut32.dll 和 opengl32.dll
静态链接库：glu32.lib, glut32.lib, opengl32.lib
1
2.3 基本设计概念和流程图（要求较为详细）
软件系统创意的简要说明：本软件系统的基本设计方案
数据定义
纹理数据
文字位图
酒瓶列表
桌子列表
电扇列表
杯子列表
子窗口
主窗口
右键菜单
定时器
键盘响应
绘图循环
消息循环
初
始
化
绘
图
系统的初始化(如,背景色的设定,单/双缓存的说明)
1 使用双缓冲、RGB 模式、深度缓冲
2 主窗口设置
window=glutCreateWindow ("夏日狂欢");
glutReshapeFunc(main_reshape);
glutDisplayFunc(main_display);
glutSpecialFunc(screen_special);
glutCreateMenu(menu);
主窗口的背景色设置为蓝色，在其 display 函数中定义。
3 子窗口设置
screen = glutCreateSubWindow(window, 50, 50, 600, 600);
init ( );
glutDisplayFunc (screen_display);
glutSpecialFunc(screen_special);
glutReshapeFunc(screen_reshape);
glutTimerFunc(3, timf, 0); // 设置定时器
glutCreateMenu(menu);
其中主窗口和子窗口的键盘响应函数和右键菜单设置均相同，这是防止当鼠标不
在子窗口范围内时出现不响应的情况；初始化函数 init( )载入纹理、显示列表等。
主窗口和子窗口的 Reshape 函数均设置为视口不随窗口变化而变化。
主窗口投影矩阵设置为 gluOrtho2D；子窗口投影矩阵设置为直角投影，在子窗口
的 display 函数中。
4 子窗口初始化
2
子窗口为主要的绘图窗口，初始化背景为黑色，开启光照、二维纹理设置、深度
测试及归一化处理。
glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
glFrontFace(GL_CCW);
glEnable(GL_LIGHTING);
glEnable(GL_LIGHT0);
glEnable(GL_AUTO_NORMAL);
glEnable(GL_NORMALIZE);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
子窗口初始化函数中载入纹理、光照模型、显示列表，定义像素存储属性，定义
二次曲面及 NURSE 曲面属性。
loadlight();
qobj = gluNewQuadric();
theNurb = gluNewNurbsRenderer();
gluNurbsProperty(theNurb, GLU_SAMPLING_TOLERANCE, 25.0);
gluNurbsProperty(theNurb, GLU_DISPLAY_MODE, GLU_FILL);
glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, 1);
loadtexture();
loadlist();
光照为：
void loadlight()
{
GLfloat ambient[] = {0.5, 0.5, 0.5, 1.0};
GLfloat diffuse[] = {1, 1, 1.0, 1.0};
GLfloat specular[] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0};
GLfloat position[] = {40.0, 40.0, 40.0, 0.0};
GLfloat lmodel_ambient[] = {0.2, 0.2, 0.2, 1.0};
GLfloat local_view[] = {0.0};
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, ambient);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, diffuse);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, position);
glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, lmodel_ambient);
glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER, local_view);
}
loadtexture( )和 loadlist( )在稍后详解。
对象模型的建立
1 桌子
桌子的绘制较为简单，分别用 glScalef 将 glutSolidCube 绘出的正方体变形为扁扁
的桌面和长长的桌脚，然后用 glTranslate 平移至相应的位置，最后贴上纹理。贴纹理
时先自动计算纹理坐标满贴整个桌子，此时效果并不理想，尤其是桌面，所以将两面
桌面重新贴上手动计算的纹理。
void table()
{
tablelist=glGenLists(1);
3
glNewList(tablelist,GL_COMPILE);
glEnable(GL_TEXTURE_GEN_S);
glEnable(GL_TEXTURE_GEN_T);
glTexGeni(GL_S, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_SPHERE_MAP);
glTexGeni(GL_T, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_SPHERE_MAP);
glEnable(GL_TEXTURE_2D);
自动计算二维纹理
glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_REPLACE);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texName);
使用桌子的木制纹理
glScalef(1.6,0.05,1);
glutSolidCube(50);
glPopMatrix();
glPushMatrix();
glTranslatef(35,-15,20);
glScalef(0.1,1,0.1);
glutSolidCube(30);
………
坐标变换使下面要重置矩阵
桌面
重置模型矩阵
桌脚
其余三个桌脚
glDisable(GL_TEXTURE_GEN_S);
glDisable(GL_TEXTURE_GEN_T);
关闭自动计算二维纹理
glPopMatrix();
glPushMatrix();
glBegin(GL_QUADS);
手动指定纹理坐标贴桌面
glTexCoord2f(0.0, 0.0); glVertex3f(-40, 1.5, -25);
glTexCoord2f(1.0, 0.0); glVertex3f(-40,1.5,25);
glTexCoord2f(1.0, 1); glVertex3f(40,1.5,25);
glTexCoord2f(0.0, 1); glVertex3f(40,1.5,-25);
glTexCoord2f(0.0, 0.0); glVertex3f(-40, -1.5, -25);
glTexCoord2f(1.0, 0.0); glVertex3f(-40,-1.5,25);
glTexCoord2f(1.0, 1); glVertex3f(40,-1.5,25);
glTexCoord2f(0.0, 1); glVertex3f(40,-1.5,-25);
glEnd();
glDisable(GL_TEXTURE_2D);
glEndList();
}
2 酒瓶
酒瓶是本场景中最难画的一个物体，它由四部份组成，一是瓶身下半部份，二是
酒瓶中的酒，以上两部分用二次曲面的 gluCylinder 完成；第三是瓶身的上半部分，用
两个相同的 NURSE 曲面模拟；以上三部份均需开启融合，即 GL_BLEND。最后一部
分是酒瓶上的标签，由 NURSE 曲面构建并贴图，疑惑的是，此部分的贴图始终没有
贴好，也没有找到原因，可能是坐标计算不当。
void bottle()
{
4
bottlelist=glGenLists(1);
glNewList(bottlelist,GL_COMPILE);
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
以半透明方式与背景融合
开启融合
设置 Alpha 为 0.5
绘制酒瓶下半部份
绘制红葡萄酒
glEnable(GL_BLEND);
material(0.7,0.1,0.1,0.5,0.7,0.1,0.1,0.5,0.0,0.0,0.0);
glPopMatrix();
glPushMatrix();
glTranslatef(0,17,0);
glRotatef(90,1,0,0);
gluCylinder(qobj,3.8,3.8,17,50,20);
glPopMatrix();
glPushMatrix();
material(1,0.9,0.9,0.5,0.9,0.9,0.9,0.5,0.0,0.0,0.0);
glTranslatef(0,20,0);
glRotatef(90,1,0,0);
gluCylinder(qobj,4.5,4.5,20,50,20);
glPopMatrix();
glPushMatrix();
glTranslatef(0,20,0);
glScalef (2,2,2.5);
glRotatef(-90.0, 1.0,0.0,0.0);
gluBeginSurface(theNurb);
gluNurbsSurface(theNurb,
绘制酒瓶上半部分的一半
8, knots, 8, knots,
4 * 3, 3, &ctlpoints[0][0][0],
4, 4, GL_MAP2_VERTEX_3);
gluEndSurface(theNurb);
glRotatef(180.0, 0.0,0.0,1.0);
gluBeginSurface(theNurb);
gluNurbsSurface(theNurb,
将上半部分旋转 180 度绘制另一半
8, knots, 8, knots,
4 * 3, 3, &ctlpoints[0][0][0],
4, 4, GL_MAP2_VERTEX_3);
gluEndSurface(theNurb);
glDisable(GL_BLEND);
//-----------------------------------------
glEnable(GL_TEXTURE_2D);
glEnable(GL_TEXTURE_2D);
关闭融合
glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_REPLACE);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texName+1);
glPopMatrix();
glPushMatrix();
glTranslatef(0,3,0);
贴标签
5
glScalef (2.1,2.1,2.7);
glRotatef(-90.0, 1.0,0.0,0.0);
gluBeginSurface(theNurb);
gluNurbsSurface(theNurb,
8, knots, 8, knots,
4 * 3, 3, &ctlpoints2[0][0][0],
4, 4, GL_MAP2_TEXTURE_COORD_2); 纹理坐标
gluNurbsSurface(theNurb,
8, knots, 8, knots,
4 * 3, 3, &ctlpoints2[0][0][0],
4, 4, GL_MAP2_VERTEX_3);
对应点坐标
gluEndSurface(theNurb);
glDisable(GL_TEXTURE_2D);
glEndList();
}
NURSE 曲面的控制点为：
GLfloat knots[8] = {0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0};
GLfloat ctlpoints[4][4][3]={
{{-0.55,0,10},{-0.55*XP,0.55*XP,10.0},{0.55*XP,0.55*XP,10.0},{0.55,0,10.0}},
{{-0.55,0,6},{-0.55*XP,0.55*XP,6.0},{0.55*XP,0.55*XP,6.0},{0.55,0,6.0}},
{{-1.0,0,4},{-1.0*XP,1.0*XP,4.0},{1.0*XP,1.0*XP,4.0},{1.0,0,4.0}},
{{-2.25,0,0},{-2.25*XP,2.25*XP,0.0},{2.25*XP,2.25*XP,0.0},{2.25,0,0.0}}};
GLfloat ctlpoints2[4][4][3]={
{{-2.25,0,6},{-2.25*XP,2.25*XP,6.0},{2.25*XP,2.25*XP,6.0},{2.25,0,6.0}},
{{-2.25,0,3},{-2.25*XP,2.25*XP,3.0},{2.25*XP,2.25*XP,3.0},{2.25,0,3.0}},
{{-2.25,0,2},{-2.25*XP,2.25*XP,2.0},{2.25*XP,2.25*XP,2.0},{2.25,0,2.0}},
{{-2.25,0,1},{-2.25*XP,2.25*XP,1.0},{2.25*XP,2.25*XP,1.0},{2.25,0,1.0}}};
3 酒杯
酒杯由三部分构成，一是杯身，由二次曲面构建；二是杯底，是由一个球体压扁
后平移至相应的位置；三是杯中的酒，也是由二次曲面构建。上述三个部分均为透明。
void cap()
{
caplist=glGenLists(1);
glNewList(caplist,GL_COMPILE);
开启融合模式
杯中酒
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
glEnable(GL_BLEND);
glPopMatrix();
glPushMatrix();
material(0.7,0.1,0.1,0.5,0.7,0.1,0.1,0.5,0.0,0.0,0.0);
glTranslatef(0,5,0);
glRotatef(90,1,0,0);
gluCylinder(qobj,2,1.8,3,20,20);
material(0.7,0.7,0.5,0.7,0.7,0.7,0.5,0.7,0.0,0.0,0.0);
glPopMatrix();
杯底
6
glPushMatrix();
glTranslatef(0,2,0);
glScalef(1,0.2,1);
gluSphere(qobj,2,10,10);
glPopMatrix();
glPushMatrix();
glTranslatef(0,10,0);
glRotatef(90,1,0,0);
gluCylinder(qobj,2.5,1.8,10,50,20);
glDisable(GL_TEXTURE_2D);
glDisable(GL_BLEND);
杯身
关闭融合模式
glEndList();
}
由于场景中由多个酒杯，其调用模式如下：
glPopMatrix();
glPushMatrix();
glTranslatef(X，Y，Z); 表示酒杯的位置
glPushMatrix();
glCallList(caplist);
glPopMatrix();
4 电扇
电扇模拟的是小微风扇，由两个部分组成，一是其中心的圆，由球压扁而成；二
是三片叶子，为使其看起来有一点厚度，由三个圆台的曲面压扁并旋转平移到相应位
置。电扇的难点在于对旋转矩阵的控制。经分析矩阵相乘的属性和多次尝试，采用
Translate/Scale/Rotate 的顺序。
void fan()
{
fanlist=glGenLists(1);
glNewList(fanlist,GL_COMPILE);
material(0.7,0.1,0.1,0.5,0.7,0.1,0.1,0.5,0.0,0.0,0.0);
glPopMatrix();
glPushMatrix();
glTranslatef(0,40,0);
glScalef(1,0.3,1);
gluSphere(qobj,2,20,20);
material(0.7,0.7,0.7,1.0,0.7,0.7,0.7,1.0,0.0,0.0,0.0);
glPopMatrix();
glPushMatrix();
glTranslatef(0,40,0);
glScalef(1,0.05,1);
glRotatef(120,0,1,0);
gluCylinder(qobj,1,3,10,20,20);
glPopMatrix();
glPushMatrix();
7
中心小红圆
周围的三片白叶子
旋转 120 度的叶子
不旋转的叶子
glTranslatef(0,40,0);
glScalef(1,0.05,1);
gluCylinder(qobj,1,3,10,20,20);
glPopMatrix();
glPushMatrix();
glTranslatef(0,40,0);
glScalef(1,0.05,1);
glRotatef(240,0,1,0);
gluCylinder(qobj,1,3,10,20,20);
glEndList();
}
由于电扇要旋转，调用模式为：
glPopMatrix();
glPushMatrix();
glTranslatef(20,-5,20);
if(TurnOn==GL_TRUE)
{
fantheta+=10;
if(fantheta==360) fantheta=0;
}
glRotatef(fantheta,0,1,0);
glPushMatrix();
glCallList(fanlist);
glPopMatrix();
TurnOn 由右键菜单控制，并由定时函数控制旋转速度。
旋转 240 度叶子
控制电扇位置
每次旋转 10 度
旋转矩阵
表项为“关电扇”
重绘子窗口
表项为“天热了，开电扇吧”
void menu(int choice)
{
switch (choice)
{
case 2:
TurnOn=GL_FALSE;
redisplay_all();
break;
case 1:
TurnOn=GL_TRUE;
redisplay_all();
break;
}
}
void timf(int value)
{
redisplay_all();
glutTimerFunc(3, timf, 0);
}
8
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