在OpenGL中绘制太阳、地球和月亮的运动模型。  当按下键盘“E”或“e”时,地球将实现自转;按下键盘“S”或“s”时,地球将绕太阳旋转。按下键盘“Y”或“y”时,月球将绕地球旋转,按下“l(L)”键显示线框模型,按下“F”或“f”键显示带光照的实体模型,三种天体在不同材质(反射率)下的光照效果 ,假设太阳不动,地球和月亮运动到不同位置的光照效果

时间: 2023-07-16 18:14:24 浏览: 183
这是一个比较复杂的问题,需要使用OpenGL进行建模和渲染,以及键盘事件处理。以下是代码的主要框架和思路: 1. 初始化OpenGL窗口和场景,包括视角、光照、材质等设置。 2. 创建太阳、地球和月亮的3D模型,包括几何形状、纹理贴图等。 3. 在每一帧中,更新天体的位置和旋转角度,并根据按键事件进行相应的操作。 4. 根据当前位置和光照设置计算每个天体的颜色和亮度,并进行渲染。 以下是可能的代码实现,仅供参考: ```c++ #include <GL/glut.h> #include <cmath> // 天体半径和距离比例 const float SUN_RADIUS = 6.96e8; const float EARTH_RADIUS = 6.371e6; const float MOON_RADIUS = 1.737e6; const float EARTH_ORBIT = 1.496e11; const float MOON_ORBIT = 3.844e8; // 天体材质和光照设置 const GLfloat SUN_AMBIENT[] = { 1.0, 1.0, 0.0, 1.0 }; const GLfloat SUN_DIFFUSE[] = { 1.0, 1.0, 0.0, 1.0 }; const GLfloat SUN_SPECULAR[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 }; const GLfloat SUN_SHININESS = 100.0; const GLfloat EARTH_AMBIENT[] = { 0.0, 0.5, 1.0, 1.0 }; const GLfloat EARTH_DIFFUSE[] = { 0.0, 0.5, 1.0, 1.0 }; const GLfloat EARTH_SPECULAR[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 }; const GLfloat EARTH_SHININESS = 50.0; const GLfloat MOON_AMBIENT[] = { 0.7, 0.7, 0.7, 1.0 }; const GLfloat MOON_DIFFUSE[] = { 0.7, 0.7, 0.7, 1.0 }; const GLfloat MOON_SPECULAR[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 }; const GLfloat MOON_SHININESS = 10.0; const GLfloat LIGHT_POSITION[] = { 0.0, 0.0, 0.0, 1.0 }; const GLfloat LIGHT_AMBIENT[] = { 0.2, 0.2, 0.2, 1.0 }; const GLfloat LIGHT_DIFFUSE[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 }; const GLfloat LIGHT_SPECULAR[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 }; // 天体的位置和旋转角度 float sunAngle = 0.0; float earthAngle = 0.0; float moonAngle = 0.0; bool earthRotation = false; bool earthOrbit = false; bool moonOrbit = false; bool wireframe = false; bool lighting = true; // 创建天体的3D模型 void createSphere(float radius, int slices, int stacks) { GLUquadricObj* quadric = gluNewQuadric(); gluQuadricTexture(quadric, GL_TRUE); gluSphere(quadric, radius, slices, stacks); gluDeleteQuadric(quadric); } void createSun() { if (wireframe) { glutWireSphere(SUN_RADIUS, 32, 32); } else { glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, SUN_AMBIENT); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, SUN_DIFFUSE); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, SUN_SPECULAR); glMaterialf(GL_FRONT, GL_SHININESS, SUN_SHININESS); createSphere(SUN_RADIUS, 32, 32); } } void createEarth() { if (wireframe) { glutWireSphere(EARTH_RADIUS, 32, 32); } else { glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, EARTH_AMBIENT); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, EARTH_DIFFUSE); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, EARTH_SPECULAR); glMaterialf(GL_FRONT, GL_SHININESS, EARTH_SHININESS); createSphere(EARTH_RADIUS, 32, 32); } } void createMoon() { if (wireframe) { glutWireSphere(MOON_RADIUS, 16, 16); } else { glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, MOON_AMBIENT); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, MOON_DIFFUSE); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, MOON_SPECULAR); glMaterialf(GL_FRONT, GL_SHININESS, MOON_SHININESS); createSphere(MOON_RADIUS, 16, 16); } } // 更新天体的位置和旋转角度 void updateSun() { // 太阳不动 } void updateEarth() { if (earthRotation) { earthAngle += 0.5; if (earthAngle > 360.0) { earthAngle -= 360.0; } } if (earthOrbit) { earthAngle += 0.1; if (earthAngle > 360.0) { earthAngle -= 360.0; } } } void updateMoon() { if (moonOrbit) { moonAngle += 1.2; if (moonAngle > 360.0) { moonAngle -= 360.0; } } } // 根据当前位置和光照设置计算颜色和亮度 void computeColor(float radius, GLfloat* ambient, GLfloat* diffuse, GLfloat* specular, GLfloat* shininess) { GLfloat distance = sqrtf(LIGHT_POSITION[0] * LIGHT_POSITION[0] + LIGHT_POSITION[1] * LIGHT_POSITION[1] + LIGHT_POSITION[2] * LIGHT_POSITION[2]); GLfloat attenuation = 1.0 / (1.0 + 0.0001 * distance + 0.00000001 * distance * distance); GLfloat intensity = attenuation * LIGHT_DIFFUSE[0]; GLfloat angle = acosf(LIGHT_POSITION[2] / distance); GLfloat height = radius * sinf(angle); GLfloat slope = height / radius; GLfloat aspect = LIGHT_POSITION[0] / LIGHT_POSITION[1]; GLfloat azimuth = atanf(aspect); GLfloat orientation = LIGHT_POSITION[1] > 0 ? 1.0 : -1.0; GLfloat rotation = (azimuth + orientation * slope) / M_PI; if (rotation < 0.0) { rotation += 2.0; } GLfloat r = 0.8 + 0.2 * rotation; GLfloat g = 0.5 + 0.5 * sinf(height / 1000.0); GLfloat b = 0.2 + 0.8 * sinf(height / 5000.0); ambient[0] = diffuse[0] = specular[0] = intensity * r; ambient[1] = diffuse[1] = specular[1] = intensity * g; ambient[2] = diffuse[2] = specular[2] = intensity * b; *shininess = 10.0 + 90.0 * sinf(height / 10000.0); } void computeSunColor() { computeColor(SUN_RADIUS, SUN_AMBIENT, SUN_DIFFUSE, SUN_SPECULAR, &SUN_SHININESS); } void computeEarthColor() { computeColor(EARTH_RADIUS, EARTH_AMBIENT, EARTH_DIFFUSE, EARTH_SPECULAR, &EARTH_SHININESS); } void computeMoonColor() { computeColor(MOON_RADIUS, MOON_AMBIENT, MOON_DIFFUSE, MOON_SPECULAR, &MOON_SHININESS); } // 渲染场景 void display() { glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 设置视角和光照 glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); gluLookAt(0.0, 0.0, 5.0e11, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, LIGHT_POSITION); if (lighting) { glEnable(GL_LIGHTING); glEnable(GL_LIGHT0); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, LIGHT_AMBIENT); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, LIGHT_DIFFUSE); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, LIGHT_SPECULAR); } else { glDisable(GL_LIGHTING); } // 绘制太阳、地球和月亮 glPushMatrix(); computeSunColor(); glRotatef(sunAngle, 0.0, 1.0, 0.0); createSun(); glPopMatrix(); glPushMatrix(); computeEarthColor(); glRotatef(earthAngle, 0.0, 1.0, 0.0); glTranslatef(EARTH_ORBIT, 0.0, 0.0); createEarth(); glPushMatrix(); computeMoonColor(); glRotatef(moonAngle, 0.0, 1.0, 0.0); glTranslatef(MOON_ORBIT, 0.0, 0.0); createMoon(); glPopMatrix(); glPopMatrix(); glutSwapBuffers(); } // 处理键盘事件 void keyboard(unsigned char key, int x, int y) { switch (key) { case 'e': case 'E': earthRotation = !earthRotation; break; case 's': case 'S': earthOrbit = !earthOrbit; break; case 'y': case 'Y': moonOrbit = !moonOrbit; break; case 'l': case 'L': wireframe = !wireframe; break; case 'f': case 'F': lighting = !lighting; break; } } // 初始化OpenGL窗口和场景 void init() { glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glShadeModel(GL_SMOOTH); glEnable(GL_DEPTH_TEST); glEnable(GL_TEXTURE_2D); glEnable(GL_NORMALIZE); glEnable(GL_COLOR_MATERIAL); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); gluPerspective(60.0, 1.0, 0.1, 1.0e15); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, SUN_SPECULAR); glMaterialf(GL_FRONT, GL_SHININESS, SUN_SHININESS); } // 主函数 int main(int argc, char* argv[]) { glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH); glutInitWindowSize(800, 800); glutCreateWindow("Solar System"); glutDisplayFunc(display); glutIdleFunc(display); glutKeyboardFunc(keyboard); init(); glutMainLoop(); return 0; } ``` 注意,这只是一个简单的实现,并没有考虑到很多细节,比如天体的轨道形状、倾斜角度等,还有光照计算的精度和效率问题。实际上,这个问题可以拆分成多个子问题,每个子问题都需要更加详细的实现和调试。但是,这个代码可以作为一个基础框架,供进一步学习和改进。
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