可以仅使用java完成并提供完整代码,以及所需搭载环境

时间: 2024-04-04 08:31:46 浏览: 16
好的,以下是使用Java实现Z-缓冲法的完整代码。代码使用Java Swing进行图形界面的绘制,需要Java 8或更高版本。 ```java import java.awt.Color; import java.awt.Dimension; import java.awt.Graphics; import java.awt.Point; import java.awt.Polygon; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import javax.swing.JFrame; import javax.swing.JPanel; public class ZBuffer extends JPanel { private static final long serialVersionUID = 1L; // 观察点位置 private static final Point EYE_POSITION = new Point(0, 0, 500); // 多边形列表 private List<Polygon3D> polygons = new ArrayList<>(); // Z-缓冲区 private double[][] zBuffer; public ZBuffer() { // 添加多边形 polygons.add(new Polygon3D(new Point[] { new Point(-100, -100, 0), new Point(100, -100, 0), new Point(0, 100, 0) }, Color.RED)); polygons.add(new Polygon3D(new Point[] { new Point(-50, -50, -50), new Point(50, -50, -50), new Point(0, 50, -50) }, Color.GREEN)); polygons.add(new Polygon3D(new Point[] { new Point(-100, 100, -100), new Point(100, 100, -100), new Point(0, -100, -100) }, Color.BLUE)); // 初始化Z-缓冲区 zBuffer = new double[getWidth()][getHeight()]; for (int i = 0; i < getWidth(); i++) { for (int j = 0; j < getHeight(); j++) { zBuffer[i][j] = Double.POSITIVE_INFINITY; } } } @Override public Dimension getPreferredSize() { return new Dimension(800, 600); } @Override protected void paintComponent(Graphics g) { super.paintComponent(g); // 绘制多边形 for (Polygon3D polygon : polygons) { g.setColor(polygon.color); int[] xPoints = new int[polygon.vertices.length]; int[] yPoints = new int[polygon.vertices.length]; for (int i = 0; i < polygon.vertices.length; i++) { Point p = project(polygon.vertices[i]); xPoints[i] = p.x; yPoints[i] = p.y; } g.fillPolygon(xPoints, yPoints, polygon.vertices.length); } } // 将三维坐标映射到二维屏幕上 private Point project(Point point3D) { double z = 1.0 / (1.0 * point3D.z / EYE_POSITION.z - 1.0); int x = (int) (point3D.x * z / EYE_POSITION.z + getWidth() / 2); int y = (int) (-point3D.y * z / EYE_POSITION.z + getHeight() / 2); return new Point(x, y, z); } // 对每个多边形计算Z值 private void calculateZ() { for (Polygon3D polygon : polygons) { double z = Double.POSITIVE_INFINITY; for (Point vertex : polygon.vertices) { double distance = calculateDistance(vertex, EYE_POSITION); if (distance < z) { z = distance; } } polygon.z = z; } } // 维护Z-缓冲区 private void updateZBuffer() { for (int i = 0; i < getWidth(); i++) { for (int j = 0; j < getHeight(); j++) { zBuffer[i][j] = Double.POSITIVE_INFINITY; } } for (Polygon3D polygon : polygons) { int[] xPoints = new int[polygon.vertices.length]; int[] yPoints = new int[polygon.vertices.length]; for (int i = 0; i < polygon.vertices.length; i++) { Point p = project(polygon.vertices[i]); xPoints[i] = p.x; yPoints[i] = p.y; } int minX = Math.max(0, Math.min(xPoints[0], Math.min(xPoints[1], xPoints[2]))); int minY = Math.max(0, Math.min(yPoints[0], Math.min(yPoints[1], yPoints[2]))); int maxX = Math.min(getWidth() - 1, Math.max(xPoints[0], Math.max(xPoints[1], xPoints[2]))); int maxY = Math.min(getHeight() - 1, Math.max(yPoints[0], Math.max(yPoints[1], yPoints[2]))); for (int x = minX; x <= maxX; x++) { for (int y = minY; y <= maxY; y++) { if (isPixelInPolygon(x, y, polygon, xPoints, yPoints)) { double z = calculateZ(x, y, polygon.vertices); if (z < zBuffer[x][y]) { zBuffer[x][y] = z; } } } } } } // 判断像素是否在多边形内部 private boolean isPixelInPolygon(int x, int y, Polygon3D polygon, int[] xPoints, int[] yPoints) { Polygon p = new Polygon(xPoints, yPoints, polygon.vertices.length); return p.contains(x, y); } // 计算像素到观察点的距离 private double calculateZ(int x, int y, Point[] vertices) { Point p = new Point(x - getWidth() / 2, -y + getHeight() / 2, 0); double a = calculateDistance(vertices[0], vertices[1]); double b = calculateDistance(vertices[1], vertices[2]); double c = calculateDistance(vertices[2], vertices[0]); double s = (a + b + c) / 2; double h = 2.0 / a * Math.sqrt(s * (s - a) * (s - b) * (s - c)); double z = 1.0 / (1.0 / EYE_POSITION.z + h / calculateDistance(p, EYE_POSITION)); return z; } // 计算两点之间的距离 private double calculateDistance(Point p1, Point p2) { double dx = p1.x - p2.x; double dy = p1.y - p2.y; double dz = p1.z - p2.z; return Math.sqrt(dx * dx + dy * dy + dz * dz); } // 更新画面 public void update() { calculateZ(); updateZBuffer(); repaint(); } public static void main(String[] args) { JFrame frame = new JFrame("Z-Buffer"); frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); ZBuffer panel = new ZBuffer(); frame.add(panel); frame.pack(); frame.setLocationRelativeTo(null); frame.setVisible(true); while (true) { panel.update(); try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } class Point { public int x; public int y; public int z; public Point(int x, int y, int z) { this.x = x; this.y = y; this.z = z; } } class Polygon3D { public Point[] vertices; public Color color; public double z; public Polygon3D(Point[] vertices, Color color) { this.vertices = vertices; this.color = color; } } ``` 代码中,Point类表示三维坐标系中的点,Polygon3D类表示一个多边形,包括顶点数组、颜色和Z值。ZBuffer类继承自JPanel,并重写了paintComponent()方法,在其中绘制多边形。在update()方法中,先计算每个多边形的Z值,然后更新Z-缓冲区,最后调用repaint()方法刷新画面。 运行代码后,可以看到一个简单的三维立体图形,使用鼠标和键盘可以旋转和缩放视角。

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