用python设计一个带有纹理贴图的六面体,在空中一边自传一边沿椐圆轨道绕地球运行的程序,具有多重效果和一确定的复杂度

时间: 2024-03-15 09:42:13 浏览: 154
好的,以下是一个可能的代码实现。请注意,这个程序需要 PyOpenGL、Pygame、Numpy 等库,因此您需要先安装这些库才能运行程序。 ```python import pygame from pygame.locals import * from OpenGL.GL import * from OpenGL.GLU import * from OpenGL.GLUT import * import numpy as np # 顶点坐标 vertices = [ # 前面 (-1, -1, 1), (1, -1, 1), (1, 1, 1), (-1, 1, 1), # 后面 (-1, -1, -1), (1, -1, -1), (1, 1, -1), (-1, 1, -1), ] # 面的顶点索引 faces = [ # 前面 (0, 1, 2, 3), # 后面 (4, 5, 6, 7), # 左面 (0, 3, 7, 4), # 右面 (1, 2, 6, 5), # 上面 (3, 2, 6, 7), # 下面 (0, 1, 5, 4), ] # 纹理坐标 texcoords = [ # 前面 (0, 0), (1, 0), (1, 1), (0, 1), # 后面 (0, 0), (1, 0), (1, 1), (0, 1), # 左面 (0, 0), (1, 0), (1, 1), (0, 1), # 右面 (0, 0), (1, 0), (1, 1), (0, 1), # 上面 (0, 0), (1, 0), (1, 1), (0, 1), # 下面 (0, 0), (1, 0), (1, 1), (0, 1), ] # 加载纹理贴图 def load_texture(filename): surface = pygame.image.load(filename) data = pygame.image.tostring(surface, "RGBA", True) width, height = surface.get_size() texture = glGenTextures(1) glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture) glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR) glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR) glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, width, height, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, data) return texture # 创建六面体的顶点、面和纹理坐标缓存 def create_buffer(): vertex_buffer = glGenBuffers(1) glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertex_buffer) glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, np.array(vertices, dtype=np.float32), GL_STATIC_DRAW) face_buffer = glGenBuffers(1) glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, face_buffer) glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, np.array(faces, dtype=np.uint8), GL_STATIC_DRAW) texcoord_buffer = glGenBuffers(1) glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, texcoord_buffer) glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, np.array(texcoords, dtype=np.float32), GL_STATIC_DRAW) return vertex_buffer, face_buffer, texcoord_buffer # 绘制六面体 def draw_cube(vertex_buffer, face_buffer, texcoord_buffer, texture): glEnable(GL_TEXTURE_2D) glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture) glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY) glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertex_buffer) glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, None) glEnableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY) glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, texcoord_buffer) glTexCoordPointer(2, GL_FLOAT, 0, None) glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, face_buffer) glDrawElements(GL_QUADS, len(faces) * 4, GL_UNSIGNED_BYTE, None) glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY) glDisableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY) glDisable(GL_TEXTURE_2D) # 创建地球的顶点、面和纹理坐标缓存 def create_sphere_buffer(radius=1.0, slices=32, stacks=16): vertices = [] texcoords = [] for i in range(stacks + 1): lat = np.pi / 2 - i * np.pi / stacks y = np.sin(lat) * radius xz = np.cos(lat) * radius for j in range(slices): lng = j * 2 * np.pi / slices x = np.cos(lng) * xz z = np.sin(lng) * xz u = j / slices v = i / stacks vertices.append((x, y, z)) texcoords.append((u, v)) faces = [] for i in range(stacks): for j in range(slices): a = i * (slices + 1) + j b = a + slices + 1 faces.append((a, b, b+1, a+1)) vertex_buffer = glGenBuffers(1) glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertex_buffer) glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, np.array(vertices, dtype=np.float32), GL_STATIC_DRAW) face_buffer = glGenBuffers(1) glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, face_buffer) glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, np.array(faces, dtype=np.uint32), GL_STATIC_DRAW) texcoord_buffer = glGenBuffers(1) glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, texcoord_buffer) glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, np.array(texcoords, dtype=np.float32), GL_STATIC_DRAW) return vertex_buffer, face_buffer, texcoord_buffer, len(faces) * 4 # 绘制地球 def draw_sphere(vertex_buffer, face_buffer, texcoord_buffer, texture): glEnable(GL_TEXTURE_2D) glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture) glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY) glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertex_buffer) glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, None) glEnableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY) glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, texcoord_buffer) glTexCoordPointer(2, GL_FLOAT, 0, None) glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, face_buffer) glDrawElements(GL_QUADS, len(faces) * 4, GL_UNSIGNED_INT, None) glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY) glDisableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY) glDisable(GL_TEXTURE_2D) # 创建椭圆轨道的顶点缓存 def create_orbit_buffer(radius1, radius2, slices): vertices = [] for i in range(slices): lng = i * 2 * np.pi / slices x = np.cos(lng) * radius1 z = np.sin(lng) * radius2 vertices.append((x, 0, z)) vertex_buffer = glGenBuffers(1) glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertex_buffer) glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, np.array(vertices, dtype=np.float32), GL_STATIC_DRAW) return vertex_buffer, len(vertices) # 绘制椭圆轨道 def draw_orbit(vertex_buffer, count): glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY) glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertex_buffer) glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, None) glDrawArrays(GL_LINE_LOOP, 0, count) glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY) # 计算旋转矩阵 def rotation_matrix(axis, angle): axis = np.asarray(axis) axis = axis / np.sqrt(np.dot(axis, axis)) a = np.cos(angle / 2.0) b, c, d = -axis * np.sin(angle / 2.0) aa, bb, cc, dd = a * a, b * b, c * c, d * d bc, ad, ac, ab, bd, cd = b * c, a * d, a * c, a * b, b * d, c * d return np.array([[aa+bb-cc-dd, 2*(bc+ad), 2*(bd-ac), 0], [2*(bc-ad), aa+cc-bb-dd, 2*(cd+ab), 0], [2*(bd+ac), 2*(cd-ab), aa+dd-bb-cc, 0], [0, 0, 0, 1]], dtype=np.float32) # 主函数 def main(): pygame.init() pygame.display.set_mode((800, 600), DOUBLEBUF|OPENGL) glClearColor(0, 0, 0, 0) glEnable(GL_DEPTH_TEST) cube_vertex_buffer, cube_face_buffer, cube_texcoord_buffer = create_buffer() cube_texture = load_texture("texture.png") sphere_vertex_buffer, sphere_face_buffer, sphere_texcoord_buffer, sphere_face_count = create_sphere_buffer(1.0, 32, 16) sphere_texture = load_texture("earth.png") orbit_vertex_buffer, orbit_count = create_orbit_buffer(4.0, 2.0, 100) # 初始位置和角速度 position = np.array([4.0, 0.0, 0.0], dtype=np.float32) velocity = np.array([0.0, 0.0, 1.0], dtype=np.float32) angular_velocity = np.array([0.0, 0.5, 0.0], dtype=np.float32) # 椭圆轨道参数 a = 4.0 b = 2.0 e = np.sqrt(1 - b * b / a / a) period = 10.0 t = 0.0 clock = pygame.time.Clock() while True: for event in pygame.event.get(): if event.type == pygame.QUIT: pygame.quit() quit() glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT) # 计算旋转矩阵和模型矩阵 angle = np.linalg.norm(angular_velocity) * 0.01 axis = angular_velocity / np.linalg.norm(angular_velocity) rotation = rotation_matrix(axis, angle) model = np.eye(4, dtype=np.float32) model[0:3, 0:3] = rotation model[0:3, 3] = position # 绘制六面体 glMatrixMode(GL_MODELVIEW) glLoadMatrixf(model.T) draw_cube(cube_vertex_buffer, cube_face_buffer, cube_texcoord_buffer, cube_texture) # 绘制地球 glLoadMatrixf(np.eye(4, dtype=np.float32).T) draw_sphere(sphere_vertex_buffer, sphere_face_buffer, sphere_texcoord_buffer, sphere_texture) # 绘制椭圆轨道 glLoadMatrixf(np.eye(4, dtype=np.float32).T) draw_orbit(orbit_vertex_buffer, orbit_count) # 更新位置和角速度 position += velocity * 0.01 angle = 2 * np.pi * t / period r = a * (1 - e * e) / (1 + e * np.cos(angle)) x = r * np.cos(angle) z = r * np.sin(angle) position[0] = x position[2] = z velocity = np.cross(angular_velocity, position) t += 0.01 pygame.display.flip() clock.tick(60) if __name__ == "__main__": main() ``` 这个程序实现了一个旋转的六面体沿着椭圆轨道绕地球运行的效果。您可以根据需要调整六面体和地球的纹理贴图,以及椭圆轨道的大小和形状,以获得不同的效果。
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