白慶月 岳俊瑞 郭 肖

（山西工商學(xué)院計算機信息工程學(xué)院，山西太原030000）

1 OpenGL概述

追溯到計算機發(fā)展初期，人們就開始不斷探索和研究圖形圖像的形成與發(fā)展，接著就出現(xiàn)了大批從事計算機圖形、圖像開發(fā)和研究的專業(yè)人士，但直到20世紀80年代末90年代初，三維圖形才開始迅速發(fā)展。OpenGL作為一個性能優(yōu)越的圖形應(yīng)用程序設(shè)計界面（API），是專業(yè)圖形處理、科學(xué)計算等高端應(yīng)用領(lǐng)域的標準圖形庫。它具有以下功能：模型繪制、模型觀察、顏色模式指定、光照應(yīng)用、圖像效果增強、位圖和圖像處理、實時動畫、交互技術(shù)[1]。

OpenGL是一套標準圖形庫，它嚴格按照計算機圖形學(xué)原理設(shè)計而成，符合光學(xué)和視覺原理，非常適用于可視化仿真系統(tǒng)。通常，一個完整的窗口系統(tǒng)關(guān)于OpenGL圖形處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大致可以分為：圖形硬件、操作系統(tǒng)、窗口系統(tǒng)、OpenGL函數(shù)庫、應(yīng)用軟件[2]。

2 雨傘的建模

OpenGL實用程序庫中的函數(shù)以“glu”為前綴，這部分函數(shù)通過調(diào)用核心庫的函數(shù)，來實現(xiàn)一些較為復(fù)雜的操作，如紋理映射、坐標變換、網(wǎng)格化、曲線曲面以及二次物體的繪制等，如圓柱體、球體等實物圖形的繪制。本文以雨傘為例進行仿真應(yīng)用，如圖1所示。

圖1 雨傘傘面圖

2.1 OpenGL圖形操作步驟

根據(jù)OpenGL的基本工作流程，研究分析歸納出主要的圖形操作流程，具體過程由點及面，進而實現(xiàn)各部分顏色的繪制，直至模型形成之后在計算機屏幕上最后進行圖形的渲染，從而實現(xiàn)三維圖形景觀的繪制[3]。基本操作步驟如下：

（1）建立景物模型，并且進行數(shù)學(xué)描述：即將點、線、多邊形、圖像和位圖都作為基本圖形單元。

（2）設(shè)置視點位置景觀：把景物模型放在三維空間中合適的位置，并設(shè)置視點以觀察所感興趣的景觀。

（3）計算色彩：根據(jù)應(yīng)用要求計算并確定模型中所有物體的色彩，同時確定光照條件、紋理粘貼方式等。

（4）光柵化：將景物模型的數(shù)學(xué)描述及其色彩信息轉(zhuǎn)換至計算機屏幕上的像素，這個過程也就是光柵化。

在這些步驟執(zhí)行的過程中，OpenGL可能執(zhí)行其他的一些操作，例如自動消影處理等。在應(yīng)用功能調(diào)用時，一些命令就會被分配放置在一個命令區(qū)域，稱為“命令緩沖區(qū)”。景物光柵化之后被送入幀緩沖器之前還可以根據(jù)需要對像素數(shù)據(jù)進行操作，光柵階段根據(jù)圖形的顏色、幾何紋理數(shù)據(jù)等創(chuàng)建彩色圖像，從而完成圖形繪制的準備工作[4]。

2.2 圖形的繪制程序

根據(jù)模型的建立思想和圖像建模實施的操作流程，在具體實施過程中，遵循圖形繪制步驟，從傘桿、傘柄、傘筋、傘布這幾個部分進行分模型繪制，嘗試三維圖像圖形的繪制。對雨傘建模及其各部分繪制程序如表1所示。

表1 雨傘各部分建模程序

2.3 圖形成像分析

在圖像形成的過程中，最先是通過頂點數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換的，所有描述物體的幾何形狀的點又被重新計算，進一步確定表征物體的圖像的位置和方向，與此同時，光照計算確定了物體的投影每個頂點應(yīng)該具有的顏色與亮度，接著數(shù)據(jù)就會被輸入光柵化部分，再經(jīng)過創(chuàng)建彩色圖像的過程，圖像基本形成，被放入幀緩沖區(qū)部分，這就意味著物體不僅成像，而且將會在屏幕上被顯示出來[5]。

2.3.1 調(diào)整顏色背景、光照、材質(zhì)的圖例

依據(jù)信息變換計算和處理圖形圖像。這一模塊的作用是加強物體的圖像顏色管理，對圖形的材質(zhì)、背景和光照的渲染包括背景色的選取、邊框圖形的顏色定義。圖2、圖3是在調(diào)整了顏色背景、光照、材質(zhì)的情形下繪制的圖像。

圖2 傘面正面圖

圖3 傘面俯視圖

2.3.2 顯示頂點、線框旋轉(zhuǎn)、坐標變換的圖例

在這一模塊中，OpenGL對圖形的各種形式進行設(shè)計，針對某一個點的坐標實施旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等，通過鼠標拖動，設(shè)計隨機與繞固定點、定軸旋轉(zhuǎn)等狀態(tài)。圖4、圖5、圖6、圖7是對物體的線框、圖像實施旋轉(zhuǎn)、坐標變換的實例圖。

圖4 雨傘傘架結(jié)構(gòu)圖

圖5 雨傘傘面線框圖

圖6 傘面旋轉(zhuǎn)圖

圖7 傘面坐標變化圖

3 結(jié)語

本文通過對雨傘各部分的建模和圖像繪制從而實現(xiàn)三維可視化，更加直觀、形象地表達二維圖形所不能表達的信息，為現(xiàn)階段圖形的繪制技術(shù)提供了一定的理論驗證與技術(shù)支持，而且在質(zhì)量和效率上也有比較大的突破，顯示出了圖形繪制技術(shù)方面的優(yōu)越性，對后續(xù)三維圖形圖像的研究與應(yīng)用具有基礎(chǔ)性的作用。