OpenGL在游戏场景中的应用研究

论文摘要

在信息化高度发展的今天,人们以计算机技术为主,综合利用计算机三维图形技术、模拟技术等,来生成一个逼真的三维视觉世界,让用户可以从自己的视点出发,对所产生的虚拟世界这一客体进行浏览和交互式考察,虚拟现实技术就这样应运而生了,它对许多人来说都不陌生。虽然它出现在各种媒体上的时间不长,但它给人们展现的是一门神奇的技术,能把人类带入各种梦幻般的境界,因而引起人们的广泛关注。网络的发展,网络游戏已经逐渐取代以往的单机游戏成为游戏界的主流。网络游戏凭着它特有的互动性,深受各个年龄段人们的喜爱。游戏的发展趋势是从2D游戏到3D游戏,从小规模场景到大规模甚至超大规模的场景。游戏用户的要求和口味也越来越高。3D游戏的趋势就是往超大规模场景,真实感表现的虚拟世界发展。三维图形技术、虚拟现实技术自然也成为了世界上3D游戏行业非常热门和前沿的研究领域与方向。本课题以一个商业网络游戏开发的前期技术准备为背景,完成了如下研究工作:（1）根据等高线数据,建立一个三维地形模型,实现了由二维地形向三维地形的转换。（2）在三维地形中,获取地物的高程值,准确的将3D物体加入到三维地形中。根据动画模型提供的动作数和帧数来实现场景动画。（3）运用了多种渲染处理,改善了三维场景的品质,采用LOD技术,裁剪与消隐处理,碰撞检测技术,构造了具有高度真实感的三维景观。（4）利用VC++开发平台和OpenGL开发了一个虚拟场景系统,从动画模型文件中提取需要的各种动作,组成动画。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究的技术背景
• 1.2 课题国内外研究动态
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 本课题研究的目的、意义
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 虚拟场景中的关键技术
• 2.1 图形变换的数学知识
• 2.2 坐标系的转换
• 2.2.1 局部坐标系和世界坐标系
• 2.2.2 照相机/眼睛/观察坐标系
• 2.2.3 OpenGL 中的三维投影坐标系
• 2.3 OpenGL 概述
• 2.4 真实感图形技术
• 2.4.1 光照
• 2.4.2 材质
• 2.4.3 光照与材质的关系
• 2.5 顶点着色器与像素着色器
• 2.5.1 顶点着色器
• 2.5.2 像素着色器
• 2.6 本章小结
• 3 基于OpenGL 算法的虚拟场景设计
• 3.1 基于LOD 的地形数据的生成
• 3.1.1 层次细节技术特点
• 3.1.2 实时渲染算法
• 3.1.3 高度图
• 3.2 虚拟场景管理
• 3.2.1 BSP 管理虚拟场景
• 3.2.2 场景管理算法的实现
• 3.3 地形的纹理映射
• 3.3.1 纹理映射技术
• 3.3.2 光照映射
• 3.3.3 混合纹理映射的算法及函数处理流程
• 3.4 碰撞检测系统的实现
• 3.4.1 碰撞检测的基本原理
• 3.4.2 碰撞检测的BSP 剖分
• 3.4.3 层次包围盒技术的碰撞检测
• 3.5 场景性能的优化
• 3.5.1 改进的显示列表
• 3.5.2 双缓存技术
• 3.5.3 光栅化
• 3.5.4 视野载体剪切
• 3.6 本章小结
• 4 基于OpenGL 框架的虚拟场景实现
• 4.1 OpenGL 程序结构
• 4.2 虚拟场景系统总体框架
• 4.3 模型实体的读取
• 4.3.1 动画模型文件的组成
• 4.3.2 模型动画
• 4.3.3 场景动画的实现
• 4.4 自然环境的生成
• 4.4.1 天空的创建
• 4.4.2 树木的生成
• 4.4.3 粒子系统
• 4.5 场景中的人机交互
• 4.6 本系统用到的重要类
• 4.7 本系统运行的效果截图
• 4.8 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录