基于OpenGL的自然景物可视化技术的研究

论文摘要

随着计算机可视化技术的发展,计算机可视化应用的领域不断地拓宽,不仅应用在科学计算、工业控制、通信、人工智能等领域,而且应用在影视娱乐、仿真、三维图形的制作方面。可视化是计算机技术应用的热门领域。而这个热门领域的核心都集中在三维真实感图形的绘制这个问题上。OpenGL是一个图形硬件的软件接口,由于它的可移植性、高效性、实用性,事实上它已经成为三维图形构建领域的工业标准。本文以OpenGL为研究出发点,借助Visual C++工具研究了自然景物的可视化,模拟了三维地形、天空云图,构建了一个自然景物的控制系统。本文主要内容如下:⑴对可视化技术进行简单的概述,介绍近几年来国内外在可视化技术方面的发展。最后介绍本文研究的意义、内容及安排。⑵研究三维真实感图形生成过程中的视景生成原理、光照、材质、纹理映射等真实感绘制技术。⑶介绍OpenGL编程技术及在Windows环境下OpenGL绘制图形的过程。⑷研究绘制地形模型的两种算法,并运用这两种算法分别实现了三维真实感地形的可视化。最后对两种算法进行的比较,得出Diamond-Square算法建立三维地形模型已成为了计算机地形模拟中一个有代表性的方法。⑸研究用OpenGL提供的纹理映射技术实现了天空的可视化。⑹最后在地形和天空绘制成功后,运用人机交互技术,实现了整个自然景物的实时动态浏览和控制系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 可视化的概述
• 1.2 可视化技术的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文研究的现实意义及课题的来源
• 1.4 本文研究的主要内容及安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 三维真实感图形显示的基本原理
• 2.1 计算机图形学的起源与发展
• 2.2 图形绘制中涉及的几种坐标系
• 2.3 视景生成原理
• 2.3.1 OpenGL 三维图形变换的步骤
• 2.3.2 视点变换
• 2.3.3 模型变换
• 2.3.4 投影变换
• 2.3.5 视区变换
• 2.3.6 裁剪变换
• 2.4 光照模型
• 2.5 材质属性
• 2.6 纹理映射
• 2.7 另外几个关键技术
• 2.7.1 双缓存技术
• 2.7.2 显示列表技术
• 2.7.3 矩阵堆栈技术
• 2.8 本章小结
• 第三章 MFC 环境下OpenGL 绘图编程过程
• 3.1 OpenGL 基础知识
• 3.1.1 OpenGL 概述
• 3.1.2 OpenGL 工作流程
• 3.1.3 OpenGL 基本操作
• 3.1.4 OpenGL 函数库
• 3.1.5 OpenGL 与其它三维制作软件相比较
• 3.2 OpenGL 绘图方式
• 3.3 OpenGL 像素设置
• 3.4 Visual C++编程平台和MFC 库
• 3.4.1 Visual C++集成开发环境简介
• 3.4.2 MFC 简介
• 3.5 Visual C++环境下连接OpenGL 库
• 3.6 Visual C++环境下OpenGL 程序框架的建立
• 3.7 本章小结
• 第四章 自然景物的可视化
• 4.1 随机插值地形的模拟
• 4.1.1 Cardinal 插值样条曲线
• 4.1.2 该方法的两大关键技术及核心函数
• 4.1.3 天空的生成
• 4.1.4 三维地形模拟效果
• 4.2 Diamond-Square 地形的模拟
• 4.2.1 diamond-square 算法
• 4.2.2 实现算法的核心函数
• 4.2.3 蓝天白云的绘制
• 4.2.4 三维地形模拟效果
• 4.3 两种方法的比较和总结
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录：自然景物模拟的实验结果
• 硕士研究生期间发表论文清单
• 致谢