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基于OpenGL的3D虚拟场景设计与实现
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负责教师
沈阳航空航天大学
2010年6月

沈阳航空航天大学毕业设计(论文)
摘 要
虚拟现实技术是一门新兴的学科,是迄今为止最强的人机接口技术,也是一项
最基本最重要的研究内容。目前,虚拟现实技术已广泛应用到许多领域。虚拟现实
技术是利用计算机中高逼真的虚拟环境,并通过多种传感器接口,使用户“沉浸”到该
虚拟环境中,从而实现用户与虚拟环境之间的交互。建立虚拟系统的首要问题便是
虚拟环境的构建。
本文主要论述了如何构建一幅“天涯共此时”的虚拟场景。该场景的实现基于
OpenGL绘图知识和MFC编程原理及应用程序的整体框架。在此基础上,本文主要开
展了以下几个方面的研究工作:
一、对OpenGL的编程功能和工作原理进行了分析,包括绘图流程以及OpenGL
的主要功能。对编程开发工具VC++进行了简单介绍,并概括出MFC的编程原理及应
用程序的整体框架。此外,还分析了OpenGL绘制图形的优化工具——显示列表的使
用与管理以及OpenGL绘制复杂图形的方法—图形变换。
二、利用MFC框架和OpenGL的显示列表知识以及有关绘图函数,完成了复杂的
雪花、花瓣、弯月、灯笼的绘制,实现了一幅“天涯共此时”场景的天空场景,同时,
还实现了花瓣飞舞、雪花飞舞、灯笼随风飘动、花瓣飞舞场景与雪花飞舞场景的相
互转化等功能。
三、基于图形方法,利用OpenGL绘图函数,实现了由小树、小人、小房子组成
的地面场景的绘制,使整个虚拟场景看起来更加和谐、唯美。
关键词:虚拟场景;OpenGL;显示列表;图形变换
I

沈阳航空航天大学毕业设计(论文)
Design and Implementation of 3D virtual Scene Using OpenGL
Abstract
As a rising subject, virtual reality is the best human-machine interface technology,
and it is also the fundamental and important study content. At present, the virtual reality
technology has broad applications to many areas. Virtual reality technology is the use of
sensor interface, users can immerse to the virtual environment. And through a variety of
s e n o r i n t e r f a c e , u s e r s c a n i m m e r s e t o t h e v i r t u a l e n v i r o n m e n t , a c h i e v i n g i n t e r a c t i o n
between user and the virtual environment.
T h i s p a p e r e l a b o r a t e s h o w t o e s t a b l i s h a s c e n e o f “T i m e T o g e t h e r A c r o s s t h e
Strait”. On this base, this paper carried out research in these aspects as follows:
F i r s t l y , m a k e s o m e a n a l y s i s a b o u t O p e n G L p r o g r a m m i n g a n d w o r k i n g t h e o r y ,
i n clu d i n g th e dra w i n g p r o c e ss a n d t h e ma in f u nctio n s of O penG L a n d s o on. M a ke an
introduction about VC++, at the same time summarize programming principles of MFC
a n d a p p l i c a t i o n f r a m e w o r k . B e s i d e s , a n a l y z e r e n d e r i n g g r a p h i c s o p t i m i z a t i o n t o o l s o f
OpenGL—the use and management of display list, and the method of drawing complex
graphics—graphics transformation.
S e c o n d , us i n g M F C f r a m e w o r k a n d O p e n G L d i s p l a y l i s t a n d r e l e v a n t d r a w i n g
function knowledge, finished drawing complex snowflakes, petals, moon, lantern. Realize
t h e s c e n e o f “T i m e T o g e t h e r A c r o s s t h e S t r a i t” , b u t a l s o a c h i e v e t h e s c e n e o f p e t a l s
f l y i n g, s n o w f l a k e s d a n c i n g , w a v i n g l a n t e r n d a n c i n g w i t h t h e w i n d a n d t h e m u t u a l
transformation function of petal flying and snowflakes dancing.
I n t h e e n d , b a s i n g o n t h e m e t h o d o f g r a p h i c s , r e a l i ze t h e c o n s t r u c t i o n o f g r o u n d
sy stem consisting of tr ee, litt le pe ople and s mal l hou se, ma ke wh ole virtual scene loo k
more harmonious and beautiful.
Keywords: virtual environment; OpenGL; display list; graphics transformation
II

沈阳航空航天大学毕业设计(论文)
目 录
摘 要...............................................................................................................................I
Design and Implementation of 3D virtual Scene Using OpenGL.................................II
目 录...........................................................................................................................III
1 绪论.................................................................................................................................1
1.1 虚拟现实的发展及研究现状.....................................................................................1
1.1.1 虚拟现实的起源和发展......................................................................................1
1.1.2 国内外研究现状..................................................................................................2
1.2 基于 OpenGL 的系统实现方法.................................................................................4
1.2.1 OpenGL 图形库技术............................................................................................4
1.2.2 VC++编程平台及 MFC 库..................................................................................6
1.3 小结.............................................................................................................................9
2 需求分析.......................................................................................................................10
2.1 任务背景及目标.......................................................................................................10
2.2 任务功能分析...........................................................................................................11
2.3 系统开发技术...........................................................................................................12
2.3.1 显示列表技术....................................................................................................12
2.3.2 场景变换原理....................................................................................................13
2.4 小结...........................................................................................................................13
3 软件设计与实现...........................................................................................................14
3.1 总体设计...................................................................................................................14
3.2 天空模块...................................................................................................................16
3.2.1 天空模块功能及原理........................................................................................16
3.2.2 天空模块中的数学关系....................................................................................17
3.2.3 天空模块的算法实现........................................................................................18
3.2.4 基于 OpenGL 的天空模块的设计与实现.........................................................20
3.3 灯笼模块...................................................................................................................20
3.3.1 灯笼模块的功能及原理....................................................................................20
3.3.2 基于 OpenGL 的灯笼模块的算法设计与实现.................................................21
3.4 地面模块...................................................................................................................22
3.4.1 地面模块功能及原理........................................................................................22
3.4.2 基于 OpenGL 的地面模块的算法设计与实现.................................................23
III

沈阳航空航天大学毕业设计(论文)
3.5 小结...........................................................................................................................24
4 软件测试和运行...........................................................................................................25
4.1 实验环境...................................................................................................................25
4.2 环境配置...................................................................................................................25
4.3 运行结果...................................................................................................................27
参考文献............................................................................................................................30
致 谢...................................................................................................................................31
IV
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