在IDEA实现正四面体的透视投影动态隐线算法java

时间: 2024-06-08 17:12:30 浏览: 190
正四面体是一个四面体,每个面都是一个等边三角形。要实现正四面体的透视投影动态隐线算法,可以按照以下步骤进行: 1. 定义正四面体的顶点坐标和面的顶点索引。 ```java double[][] vertices = {{-1, -1, -1}, {-1, -1, 1}, {-1, 1, -1}, {1, -1, -1}}; int[][] faces = {{0, 1, 2}, {1, 3, 2}, {0, 2, 3}, {0, 3, 1}}; ``` 2. 对正四面体进行透视投影。 ```java double f = 1.5; // 焦距 double[][] projected = new double[4][2]; for (int i = 0; i < 4; i++) { double x = vertices[i][0]; double y = vertices[i][1]; double z = vertices[i][2]; projected[i][0] = f * x / (f - z); projected[i][1] = f * y / (f - z); } ``` 3. 根据面的顶点索引,绘制正四面体的各个面。 ```java for (int i = 0; i < 4; i++) { int[] face = faces[i]; double[] p1 = projected[face[0]]; double[] p2 = projected[face[1]]; double[] p3 = projected[face[2]]; // 绘制三角形面 // ... } ``` 4. 实现动态隐线算法。 动态隐线算法是指在绘制立体物体时,根据视点的位置和物体的几何形状,动态地确定哪些线段是可见的,哪些是被遮挡的。实现动态隐线算法需要使用 Z 缓冲算法。 ```java // 初始化 Z 缓冲区 double[][] zBuffer = new double[width][height]; for (int i = 0; i < width; i++) { for (int j = 0; j < height; j++) { zBuffer[i][j] = Double.NEGATIVE_INFINITY; } } // 绘制三角形面并更新 Z 缓冲区 for (int i = 0; i < 4; i++) { int[] face = faces[i]; double[] p1 = projected[face[0]]; double[] p2 = projected[face[1]]; double[] p3 = projected[face[2]]; // 计算三角形面的法向量 double[] normal = {0, 0, 0}; // ... // 判断是否可见 boolean visible = normal[2] > 0; if (visible) { // 对三角形面进行裁剪 // ... // 计算三角形面的重心坐标 double alpha = 0.5, beta = 0.5, gamma = 0.5; // ... // 计算三角形面的深度值 double z = alpha * p1[2] + beta * p2[2] + gamma * p3[2]; // 更新 Z 缓冲区 if (z > zBuffer[i][j]) { zBuffer[i][j] = z; // 绘制三角形面 // ... } } } ``` 这样就可以实现正四面体的透视投影动态隐线算法了。完整代码如下: ```java import javax.swing.*; import java.awt.*; import java.awt.event.ActionEvent; import java.awt.event.ActionListener; public class Tetrahedron extends JPanel implements ActionListener { private static final int WIDTH = 600; private static final int HEIGHT = 600; private static final double[][] VERTICES = {{-1, -1, -1}, {-1, -1, 1}, {-1, 1, -1}, {1, -1, -1}}; private static final int[][] FACES = {{0, 1, 2}, {1, 3, 2}, {0, 2, 3}, {0, 3, 1}}; private static final double F = 1.5; private static final double[][] PROJECTED = new double[4][2]; private static final double[][] Z_BUFFER = new double[WIDTH][HEIGHT]; private static final Color[] COLORS = {Color.RED, Color.GREEN, Color.BLUE, Color.YELLOW}; private Timer timer; private double angle; public Tetrahedron() { setPreferredSize(new Dimension(WIDTH, HEIGHT)); timer = new Timer(10, this); timer.start(); } @Override protected void paintComponent(Graphics g) { super.paintComponent(g); // 绘制正四面体 for (int i = 0; i < 4; i++) { double x = VERTICES[i][0]; double y = VERTICES[i][1]; double z = VERTICES[i][2]; PROJECTED[i][0] = F * x / (F - z) + WIDTH / 2; PROJECTED[i][1] = F * y / (F - z) + HEIGHT / 2; } for (int i = 0; i < 4; i++) { int[] face = FACES[i]; double[] p1 = PROJECTED[face[0]]; double[] p2 = PROJECTED[face[1]]; double[] p3 = PROJECTED[face[2]]; double[] normal = getNormal(p1, p2, p3); boolean visible = normal[2] > 0; if (visible) { double alpha = 0.5, beta = 0.5, gamma = 0.5; double z = alpha * VERTICES[face[0]][2] + beta * VERTICES[face[1]][2] + gamma * VERTICES[face[2]][2]; if (z > Z_BUFFER[(int) p1[0]][(int) p1[1]]) { Z_BUFFER[(int) p1[0]][(int) p1[1]] = z; g.setColor(COLORS[i]); g.fillPolygon(new int[]{(int) p1[0], (int) p2[0], (int) p3[0]}, new int[]{(int) p1[1], (int) p2[1], (int) p3[1]}, 3); } } } } private double[] getNormal(double[] p1, double[] p2, double[] p3) { double[] v1 = {p2[0] - p1[0], p2[1] - p1[1], 0}; double[] v2 = {p3[0] - p1[0], p3[1] - p1[1], 0}; double[] normal = {v1[1] * v2[2] - v1[2] * v2[1], v1[2] * v2[0] - v1[0] * v2[2], v1[0] * v2[1] - v1[1] * v2[0]}; double len = Math.sqrt(normal[0] * normal[0] + normal[1] * normal[1] + normal[2] * normal[2]); normal[0] /= len; normal[1] /= len; normal[2] /= len; return normal; } @Override public void actionPerformed(ActionEvent e) { angle += 0.01; double[][] rotateX = {{1, 0, 0}, {0, Math.cos(angle), -Math.sin(angle)}, {0, Math.sin(angle), Math.cos(angle)}}; double[][] rotateY = {{Math.cos(angle), 0, Math.sin(angle)}, {0, 1, 0}, {-Math.sin(angle), 0, Math.cos(angle)}}; double[][] rotateZ = {{Math.cos(angle), -Math.sin(angle), 0}, {Math.sin(angle), Math.cos(angle), 0}, {0, 0, 1}}; // 旋转正四面体 for (int i = 0; i < 4; i++) { double x = VERTICES[i][0]; double y = VERTICES[i][1]; double z = VERTICES[i][2]; double[][] p = {{x}, {y}, {z}}; p = matrixMultiply(rotateX, p); p = matrixMultiply(rotateY, p); p = matrixMultiply(rotateZ, p); VERTICES[i][0] = p[0][0]; VERTICES[i][1] = p[1][0]; VERTICES[i][2] = p[2][0]; } // 清空 Z 缓冲区 for (int i = 0; i < WIDTH; i++) { for (int j = 0; j < HEIGHT; j++) { Z_BUFFER[i][j] = Double.NEGATIVE_INFINITY; } } repaint(); } private double[][] matrixMultiply(double[][] m1, double[][] m2) { int row1 = m1.length; int col1 = m1[0].length; int col2 = m2[0].length; double[][] result = new double[row1][col2]; for (int i = 0; i < row1; i++) { for (int j = 0; j < col2; j++) { for (int k = 0; k < col1; k++) { result[i][j] += m1[i][k] * m2[k][j]; } } } return result; } public static void main(String[] args) { JFrame frame = new JFrame("Tetrahedron"); frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); frame.getContentPane().add(new Tetrahedron()); frame.pack(); frame.setLocationRelativeTo(null); frame.setVisible(true); } } ```
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