基于OpenGL的3D旋轉(zhuǎn)魔方的實(shí)現(xiàn)終期報(bào)告加源碼

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1、華中科技大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 ( 2011-- 2012年度第 2 學(xué)期) 名 稱： 軟件課程設(shè)計(jì) 題 目： 基于OpenGL的3D旋轉(zhuǎn)魔方實(shí)現(xiàn) 院 系： XXXXXX 班 級(jí)： XXXXX 學(xué) 號(hào)： U201014185 學(xué)生姓名： X X X 指導(dǎo)教師： X X X

2、設(shè)計(jì)周數(shù)： XXXX 成 績(jī)： 日期： 2012 年 5月 24日  1 目 錄 1．課程設(shè)計(jì)介紹……………………………………………………………… 1 1.1.內(nèi)容……………………………………………………………………… 1 1.2.目的 ………………………………………………………………………1 1.3.取得的成果 ……………………………………………………………… 1 2．程序分析 ……………………………

3、……………………… ……………2 2.1. 程序原理………………………………………………………………… 2 2.1. 程序流程………………………………………………………………… 3 2.3. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)………………………………………………………………… 8 2.4. 重要函數(shù)用法分析 ……………………………………………………… 8 3．結(jié)果演示與程序分析 …………………………………………………… 9 3.1. 成果演示………………………………………………………………… 9 3.2. 程序分析 ……………………………………………………………… 11 4．編程中遇到的問(wèn)題………

4、…………………………………………………12 5．課程設(shè)計(jì)小結(jié)………………………………………………………………13 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………14 基于OpenGL的3D旋轉(zhuǎn)魔方實(shí)現(xiàn) 1． 課程設(shè)計(jì)介紹 1.1 目的 當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)流行，引領(lǐng)了各行各業(yè)。而程序是計(jì)算機(jī)的靈魂，因此編程能力對(duì)當(dāng)今的學(xué)生而言至關(guān)重要。雖然我們?cè)谇捌谝呀?jīng)學(xué)習(xí)了C語(yǔ)言，但是還只對(duì)程序有一些簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)，說(shuō)實(shí)話，是很淺顯的認(rèn)識(shí)。通過(guò)本軟件課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，可以從整體上對(duì)軟件工程和項(xiàng)目有全面的認(rèn)識(shí)。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，可以鍛煉編程能力，激發(fā)對(duì)編程的興趣，同時(shí)也能培養(yǎng)

5、良好的編程習(xí)慣。這對(duì)于個(gè)人今后的學(xué)習(xí)，今后的工作乃至今后的生活都會(huì)產(chǎn)生重要的影響。對(duì)于國(guó)家而言，極大的推動(dòng)了計(jì)算機(jī)普及教育，提高了大學(xué)生的計(jì)算機(jī)使用水平，具有重大的意義。 1.2 內(nèi)容 （1） 通過(guò)此次項(xiàng)目掌握軟件開(kāi)發(fā)模式，模塊化結(jié)構(gòu)分析以及程序設(shè)計(jì)流程 （2） 學(xué)會(huì)使用VC++6.0進(jìn)行編程 （3） 掌握有關(guān)程序設(shè)計(jì)的思想，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識(shí)，掌握C語(yǔ)言算法，掌握OpenGL編程知識(shí)如貼圖與鍵盤控制 （4） 掌握win32編程知識(shí)，了解windows程序內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制 （5） 初步培養(yǎng)需求分析、軟件測(cè)試、調(diào)試的能力 （6） 在2X2魔方的基礎(chǔ)上，嘗試編寫(xiě)3X3的魔方，并實(shí)現(xiàn)其旋轉(zhuǎn)

6、 1.3 取得的成果 在理解Magic2D例子程序的基礎(chǔ)上，借助了Win32平臺(tái)進(jìn)行了一系列調(diào)試和學(xué)習(xí)。在此次項(xiàng)目中，學(xué)習(xí)了Visual C++6.0軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，熟練掌握了Win32 Application開(kāi)發(fā)流程。同時(shí)也學(xué)習(xí)了OpenGL的基本知識(shí)，掌握了一些OpenGL的重要技術(shù)與重要函數(shù)的使用，編寫(xiě)了一些簡(jiǎn)單的OpenGL程序。參考Magic2D例子流程，我對(duì)原程序進(jìn)行了比較大的修改，并換上了自己的圖片，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)立方體貼六張不同的圖片，并編寫(xiě)出了自己的2X2魔方程序。根據(jù)相似度分析，成功的編寫(xiě)出了3X3旋轉(zhuǎn)魔方，并自己設(shè)計(jì)了算法，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)層面的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)效果很完美。同時(shí)，為了增加

7、程序的娛樂(lè)效果，我加入了歌曲最炫民族風(fēng)，雖然很簡(jiǎn)單，不過(guò)感覺(jué)非常實(shí)用且有趣。 2． 程序分析 2.1 程序原理 （1）OpenGL OpenGL是一個(gè)開(kāi)放的三維圖形軟件包，它獨(dú)立于窗口系統(tǒng)和操作系統(tǒng)，以它為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序可以十分方便地在各種平臺(tái)間移植；OpenGL可以與Visual C++緊密接口，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的有關(guān)計(jì)算和圖形算法，可保證算法的正確性和可靠性；OpenGL使用簡(jiǎn)便，效率高。 本設(shè)計(jì)是在Visual C++6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境下，使用OpenGL（Open Graphics Library）函數(shù)庫(kù)，繪制魔方并實(shí)現(xiàn)魔方的繪制、隨機(jī)旋轉(zhuǎn)、貼圖以及鍵盤控制

8、等功能。采用基本圖形的繪圖函數(shù)及定位函數(shù)，添加相應(yīng)紋理來(lái)實(shí)現(xiàn)魔方模型的繪制。通過(guò)讀取載入BMP文件，應(yīng)用紋理貼圖技術(shù)來(lái)完成對(duì)魔方旋轉(zhuǎn)面的處理。 （2）模型的旋轉(zhuǎn) 首先對(duì)立方體進(jìn)行建模。一個(gè)立方體由8個(gè)點(diǎn)組成，8個(gè)點(diǎn)組成6個(gè)面片，對(duì)立方體的幾何操作本質(zhì)上就是對(duì)這6個(gè)平面的操作(繪制、紋理、旋轉(zhuǎn)和平移等)。點(diǎn)的索引號(hào)確定后，每個(gè)面片也就確定了，如{0,1,2,3}四個(gè)點(diǎn)構(gòu)成Z向正投影面。 立方體在空間的旋轉(zhuǎn)，歸根到底是其頂點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)，如空間點(diǎn)(x, y, z)繞Z軸旋轉(zhuǎn)a對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣： cosa sina -sina cosa 一個(gè)立方體pCube繞Z軸旋轉(zhuǎn)a后對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)變化

9、為： for( int i=0;i<8;i++) { float x,y; x= pCube->CubePoint[i].p[0]; y= pCube->CubePoint[i].p[1]; pCube->CubePoint[i].p[0] = x*cosa - y*sina; pCube->CubePoint[i].p[1] = x*sina + y*cosa; } 其它軸的旋轉(zhuǎn)類似。由于魔方體層面的旋轉(zhuǎn)是90，在某個(gè)層面內(nèi)一個(gè)子立方體Ci會(huì)被另外一個(gè)Cj完全替換，因此旋轉(zhuǎn)后必須同步更新魔

10、方體Cube各層面內(nèi)包含的子立方的索引號(hào)。為了簡(jiǎn)化算法，只需查找旋轉(zhuǎn)后Cube[i]在Static_Cube中對(duì)應(yīng)的小立方編號(hào)j與i的位置匹配。 2.2 程序的流程 通過(guò)分析，整個(gè)程序大致可以分為6個(gè)子功能模塊 （1） Win32應(yīng)用程序框架 WinMain主函數(shù)是所有Win32程序的入口點(diǎn)。在WinMain函數(shù)里實(shí)現(xiàn)Window是窗體的建立和消息循環(huán)，在消息循環(huán)中實(shí)現(xiàn)鍵盤、鼠標(biāo)輸入事件處理響應(yīng)，具體內(nèi)容可參考VC程序參考手冊(cè)。在本課程程序中，不僅要?jiǎng)?chuàng)建Window窗體，而且構(gòu)建OpenGL設(shè)備繪圖環(huán)境。 Window窗體創(chuàng)建步驟： l 窗體類注冊(cè)：RegisterCla

11、ss l 設(shè)置顯示分辨率：ChangeDisplaySettings l 設(shè)置窗體大?。篈djustWindowRectEx l 創(chuàng)建窗體：CreateWindowEx OpenGL繪圖環(huán)境搭建： l 獲取設(shè)備繪圖環(huán)境(DC，DeviceContext)：hDC=GetDC(hWnd) l 選擇繪圖環(huán)境像素格式：ChoosePixelFormat(hDC,&pfd)，其中pfd為像素格式描述符，如果設(shè)置不對(duì)，OpenGL繪圖失敗，看不到正確的顯示結(jié)果。 l 設(shè)置繪圖環(huán)境像素格式：SetPixelFormat(hDC,PixelFormat,&pfd) l 獲取Ope

12、nGL繪圖環(huán)境：hRC =wglCreateContext(hDC) l 設(shè)置OpenGL繪圖環(huán)境：wglMakeCurrent(hDC,hRC) （2）空間建模得到3階魔方 顯然，要建立3X3的魔方必須首先建立單個(gè)魔方的模型，然后通過(guò)對(duì)單個(gè)立方體進(jìn)行平移從而得到3X3的魔方。 平移單個(gè)立方體通過(guò)reset_model( )函數(shù)中的語(yǔ)句實(shí)現(xiàn) for(i=0;i<8;i++) { Cube[0].CubePoint[i].p[0] = CubePoint[i].p[0]-2.0f ; Cube[0].CubePoint[i].p[1]

13、= CubePoint[i].p[1]-2.0f ; Cube[0].CubePoint[i].p[2] = CubePoint[i].p[2]+2.0f; } 上述代碼只得到了編號(hào)為0的立方體，其他編號(hào)的立方體同理可以得到 構(gòu)成2X2的魔方需要8個(gè)立方體，構(gòu)建3X3的魔方則需要27個(gè)立方體。根據(jù)2階魔方的一些方法，類比到3階魔方。則首先對(duì)魔方的立方體進(jìn)行編號(hào)，然后通過(guò)編號(hào)得到魔方各層所包含立方體的編號(hào)。其中編號(hào)為 BYTE ZP[9] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8}; //z軸方向正向一層 BYTE ZZ[9] = {9,10,11,12

14、,13,14,15,16,17}; //z軸方向中間一層 BYTE ZM[9] = {18,19,20,21,22,23,24,25,26}; //z軸方向負(fù)向一層 BYTE YM[9] = {0,1,2,11,10,9,18,19,20}; //y軸方向負(fù)向一層 BYTE YZ[9] = {3,4,5,14,13,12,21,22,23}; //y軸方向中間一層 BYTE YP[9] = {6,7,8,17,16,15,24,25,26}; //y軸方向正向一層 BYTE XM[9] = {2,3,8,17,12,11,20,21,

15、26}; //x軸方向正向一層 BYTE XZ[9] = {1,4,7,16,13,10,19,22,25}; /x軸方向中間一層 BYTE XP[9] = {0,5,6,15,14,9,18,23,24}; //x軸方向負(fù)向一層 （3）OpenGL紋理貼圖 以下是紋理貼圖的流程，其中實(shí)現(xiàn)了一個(gè)立方體貼六張圖片 GLuint texture[6] 創(chuàng)建紋理存儲(chǔ) AUX_RGBImageRec* TextureImage[6]; 創(chuàng)建紋理的存儲(chǔ)空間

16、TextuteImage[i]=auxDIBImageLoad(“picture/y1.bmp) 調(diào)用此函數(shù)六次載入六張不同的圖片 glGenTexTures(1,&texture[i]) 用載入的圖像生成六個(gè)紋理 glBindTextures(GL_TEXTURE_2D,texture[i] 選擇生成的紋理 glBegin(GL_QUADS); glTexCoord(0.0f,0.0f); glVertex3fv(CubePoint[0].p); …… glEnd(); 每次選擇不同的紋理，然后利用OpenGL是狀態(tài)機(jī)的性質(zhì)，可以給每個(gè)面貼上不同的圖片

17、 （4）同步更新索引 在整個(gè)程序中，同步更新索引所涉及到的算法可以算是最核心的了。當(dāng)然，你也可以讓每層每個(gè)周期轉(zhuǎn)動(dòng)360度，這樣就不需要?jiǎng)討B(tài)更新索引了，因?yàn)槊看无D(zhuǎn)動(dòng)前后，立方體的相對(duì)坐標(biāo)位置并沒(méi)有改變。但是這樣得到的旋轉(zhuǎn)效果并不好，因?yàn)檫@并沒(méi)有考慮到魔方旋轉(zhuǎn)的所有情況，每次旋轉(zhuǎn)后魔方都沒(méi)有被打亂。 由于涉及到動(dòng)態(tài)刷新索引，于是按照常理定義一個(gè)靜態(tài)的魔方與動(dòng)態(tài)的魔方進(jìn)行比較。類似動(dòng)態(tài)魔方的編號(hào)可以得到靜態(tài)魔方的編號(hào)。 const BYTE SZP[9] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8}; //z軸

18、方向正向一層 const BYTE SZZ[9] = {9,10,11,12,13,14,15,16,17}; //z軸方向中間一層 const BYTE SZM[9] = {18,19,20,21,22,23,24,25,26}; //z軸方向負(fù)向一層 const BYTE SYM[9] = {0,1,2,11,10,9,18,19,20}; //y軸方向負(fù)向一層 const BYTE SYZ[9] = {3,4,5,14,13,12,21,22,23}; //y軸方向中間一層 const BYTE SYP[9] = {6,

19、7,8,17,16,15,24,25,26}; //y軸方向正向一層 const BYTE SXM[9] = {2,3,8,17,12,11,20,21,26}; //x軸方向正向一層 const BYTE SXZ[9] = {1,4,7,16,13,10,19,22,25}; //x軸方向中間一層 const BYTE SXP[9] = {0,5,6,15,14,9,18,23,24}; //x軸方向負(fù)向一層 然后編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)int is_equal(stCube *pc1,stCube *pc2)判斷兩個(gè)立方體是否重合，這

20、個(gè)函數(shù)的算法就是比較立方體所有頂點(diǎn)的坐標(biāo)是否相同。 最后一步編寫(xiě)函數(shù)void Update_Cube_index()，由于魔方轉(zhuǎn)動(dòng)情況總體上有九種情況，則該函數(shù)必須編寫(xiě)九塊功能類似的代碼，現(xiàn)在只列出X軸負(fù)向一層刷新索引的算法。 int i,j,k=0; k =0 ; for( i=0;i<9;i++) { for( j=0;j<27;j++) if( is_equal( &Cube[j], &Static_Cube[ SZM[i] ] ) ) { ZM[k++] = j; } } （5）魔方的旋轉(zhuǎn)以及

21、鍵盤控制對(duì)魔方的平移 魔方層面的旋轉(zhuǎn)已經(jīng)在前面介紹，此處除了層面旋轉(zhuǎn)還有魔方的整體旋轉(zhuǎn)。只需調(diào)用庫(kù)函數(shù)即可即可。 glRotatef(xrot,1.0,0.0,0.0); //使魔方繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)xrot度 glRotatef(yrot,0.0,1.0,0.0); //使魔方繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)yrot度 glRotatef(zrot,0.0,0.0,1.0); //使魔方繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)zrot度 （6）定時(shí)器對(duì)魔方層面旋轉(zhuǎn)的控制 為了控制魔方的轉(zhuǎn)

22、動(dòng)，首先定義了函數(shù)void enable_X_roatate(int direction)，void enable_Y_roatate(int direction)，void enable_Z_roatate(int direction)以確定旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)方向，同時(shí)定義了void Rotate_X(int ii)，void Rotate_Y(int ii)，void Rotate_Z(int ii)來(lái)指定是哪一層的旋轉(zhuǎn)。 然后定義兩個(gè)計(jì)時(shí)器Time1和Time2，其中Timer1的消息由WM_TIMER接收并處理，以實(shí)現(xiàn)立方體的旋轉(zhuǎn)。Timer2的消息由TimerProc函數(shù)處理，用于生

23、成控制量以控制旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)方向。 流程如圖： 魔方的層面旋轉(zhuǎn) r除6得到控制參數(shù) r=rand() 得到隨機(jī)數(shù)r Timer2 cs除3的余數(shù)得到控制參數(shù) Timer1實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn) cs=rand() 得到隨機(jī)數(shù)cs （7）背景音樂(lè)的添加 為了程序有更豐富的效果，我添加了歌曲最炫民族風(fēng)，方法也很簡(jiǎn)單。 #include //提供與多媒體有關(guān)的接口 #pragma comment(lib, "WINMM.LIB") //導(dǎo)入winmm.li

24、b庫(kù),實(shí)現(xiàn)對(duì)多媒體編程的支持 編寫(xiě)函數(shù)loadsound()，其調(diào)用函數(shù)PlaySound("sound\\最炫民族風(fēng).wav",NULL,SND_LOOP|SND_ASYNC|SND_FILENAME)加載最炫民族風(fēng)味背景音樂(lè)。 （8）窗口文字的添加 為了添加自己的信息，我在程序窗口中加了文字 void drawString(const char* str)，實(shí)現(xiàn)添加英文字符。 void drawCNString(const char* str)實(shí)現(xiàn)添加中文字符 void selectFont(int size, int cha

25、rset, const char* face)，實(shí)現(xiàn)變換字體 2.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 本程序定義了記錄魔方體每個(gè)小塊編號(hào)的數(shù)組Cube[i]及相應(yīng)的定態(tài)數(shù)組Static_Cube，用來(lái)對(duì)魔方體變化過(guò)程中的相對(duì)位置進(jìn)行索引及重新定位。定義了立方體記錄頂點(diǎn)位置的數(shù)組CubePoint[i]及相應(yīng)靜態(tài)數(shù)組stPoint CubePoint[i]，用來(lái)確定魔方體的旋轉(zhuǎn)，因?yàn)樾D(zhuǎn)歸根結(jié)底是其頂點(diǎn)位置的旋轉(zhuǎn)。定義了用來(lái)記錄魔方體各個(gè)面上子塊編號(hào)的數(shù)組ZP/ZZ/ZM,YP/YZ/YM,XP/XZ/XM,及其對(duì)應(yīng)靜態(tài)數(shù)組。定義了數(shù)組TextureImage[i]來(lái)接收紋理。 2.4 重要函數(shù)用法分

26、析 （1）窗口創(chuàng)建 GLvoid resizeScene(GLsizei width,GLsizei height ) 這個(gè)函數(shù)的目的是重置OpenGL窗口的大小，具體又包含以下五個(gè)函數(shù) glViewport(0,0,width,height); glViewport是OpenGL中視口變化函數(shù)，根據(jù)窗口的實(shí)時(shí)變化重繪窗口，它負(fù)責(zé)把視景體截取的圖像按照怎樣的高和寬顯示到屏幕上。 glMatrixMode(GL_PROJECTION)、glMatrixMode(GL_MODELVIEW) 這兩個(gè)函數(shù)原型都是glMatrixMode函數(shù)。glMatrixMo

27、de這個(gè)函數(shù)其實(shí)就是要指定操作的是哪種矩陣。如果參數(shù)是GL_PROJECTION，這個(gè)是投影的意思，如果參數(shù)是GL_MODELVIEW，這個(gè)是對(duì)模型視景的操作，用于對(duì)三維場(chǎng)景中坐標(biāo)系的變換操作。 glLoadIdentity() glLoadIdentity該函數(shù)的功能是將當(dāng)前的用戶坐標(biāo)系的原點(diǎn)移到了屏幕中心，就像一個(gè)復(fù)位操作 gluPerspective(45.0f,(GLfloat)width/(GLfloat)height,0.1f,100.0f) gluPerspective的作用是設(shè)置透視投影矩陣，意味著越遠(yuǎn)的東西看起來(lái)越小。45.0f表示將視角設(shè)置為45度，(GLfloat

28、)width/(GLfloat)height表示窗口的縱橫比，0.1f表示沿z軸方向的兩裁面之間的距離的近處為0.1，100f表示沿z軸方向的兩裁面之間的距離的遠(yuǎn)處為100 （2）初始化操作 glShadeModel(GL_SMOOTH)，作用是啟用陰影平滑。 glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.5f)，作用是將背景設(shè)置為黑色。 glClearDepth(1.0f)，作用是設(shè)置深度緩存。 glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT,GL_NICEST)，作用是做精細(xì)的透

29、視修正。 loadsound()，作用是導(dǎo)入歌曲最炫民族風(fēng)。 （3）OpenGL貼圖 glGenTextures(1, &texture[i])，作用是利用載入的圖像生成紋理。 glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[i])，作用是選擇生成的紋理。 glTexCoord2f(0.0f,0.0f)，作用是設(shè)置紋理坐標(biāo)。 glEnable(GL_TEXTURE_2D)，作用是啟用紋理映射，此點(diǎn)很關(guān)鍵。 （4）平移與旋轉(zhuǎn) glTranslatef(x, y, z)

30、 平移函數(shù)。表示相對(duì)于當(dāng)前所在的屏幕位置沿著 X, Y 和 Z 軸移動(dòng)x，y和z個(gè)單位。 glRotatef(angle, x, y, z) 旋轉(zhuǎn)函數(shù)。與glTranslatef(x, y, z)類似，glRotatef(angle, x, y, z)也是對(duì)坐標(biāo)系進(jìn)行操作。旋轉(zhuǎn)軸經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，方向?yàn)?x,y,z),旋轉(zhuǎn)角度為angle，方向滿足右手定則。 （5）添加窗口文字 void drawString(const char* str)，實(shí)現(xiàn)添加英文字符。 void drawCNString(const char* str)實(shí)現(xiàn)添加中文字符 void selectFont(

31、int size, int charset, const char* face)，實(shí)現(xiàn)變換字體 3． 結(jié)果演示與程序分析 3.1成果展示 魔方體旋轉(zhuǎn) 對(duì)魔方定位 對(duì)魔方進(jìn)行編號(hào) 3.2程序分析 紋理綁定 循環(huán)調(diào)用 生成紋理 3X3魔方有27個(gè)小塊，對(duì)每個(gè)小塊分別進(jìn)行編號(hào)。先畫(huà)出一個(gè)子塊，經(jīng)過(guò)向相應(yīng)方向的平移，獲得完整的魔方體。 魔方由函數(shù)glTranslatef(float x，float y，float z)定位，再由函數(shù)glRotate(float angle,float x,float y,float z)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，然

32、后由函數(shù)glBindTexture(GLenum target,GLunit textureName)進(jìn)行紋理與相應(yīng)面的綁定(紋理已由glGenTextures()函數(shù)來(lái)產(chǎn)生)，最后再用函數(shù)glBegin(GL_QUADS)畫(huà)出正方面，從而描繪出了魔方的一個(gè)小面。循環(huán)調(diào)用就可以繪制出的魔方。 循環(huán)調(diào)用程序的紋理綁定和旋轉(zhuǎn)過(guò)程就實(shí)現(xiàn)了魔方體的旋轉(zhuǎn)變化。 4.編程中遇到的問(wèn)題 在對(duì)2X2魔方理解的基礎(chǔ)上，我經(jīng)過(guò)自己的摸索終于在末期做出了自己的3階魔方。其中，遇到了很多問(wèn)題，不過(guò)都被我解決了。以下是我認(rèn)為的比較重要的問(wèn)題 （1）在編寫(xiě)判斷兩個(gè)立方體是否重合的函數(shù)時(shí)，開(kāi)始我沒(méi)

33、有消除累計(jì)誤差。說(shuō)實(shí)話，當(dāng)時(shí)我對(duì)這個(gè)程序并不是很了解。沒(méi)有加入這個(gè)功能，程序運(yùn)行結(jié)果如下： 剛開(kāi)始時(shí)還比較正常，運(yùn)行一段時(shí)間后，魔方錯(cuò)位了。想了很久，看了指導(dǎo)書(shū)才知道原來(lái)還差消除累計(jì)誤差這個(gè)功能。其實(shí)，這也很好解釋。因?yàn)槲覀兙帉?xiě)的旋轉(zhuǎn)函數(shù)涉及到計(jì)算cosa以及sina的值，而計(jì)算機(jī)計(jì)算這些值是不是很準(zhǔn)確的。在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期中，要計(jì)算180次cosa和sina的值，因此誤差會(huì)被放大，則消除累計(jì)誤差成了必須。只需判斷兩個(gè)數(shù)在一定誤差范圍內(nèi)相等即可。 （2）魔方循環(huán)控制算法的設(shè)計(jì)中，我遇到了前所未有的問(wèn)題。單獨(dú)編寫(xiě)控制最外面一層或是中間一層旋轉(zhuǎn)的函數(shù)確實(shí)比較簡(jiǎn)單，但是如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)現(xiàn)外層和中

34、間一層同時(shí)都可旋轉(zhuǎn)的魔方還是很有難度的，這涉及到如何合理調(diào)度的問(wèn)題。在多方調(diào)試后，我想到了一個(gè)很好的算法，就是再引入一個(gè)控制變量cs，可是變量應(yīng)該選擇在哪里賦值呢？剛開(kāi)始我毫不猶豫的就選擇在TimerProc函數(shù)里面賦值，可是一下子就出錯(cuò)了。后來(lái)我將Timer2的定時(shí)時(shí)間設(shè)置為1800ms，目的是等于Timer1的180倍，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)一個(gè)周期cs重新賦值一次，可結(jié)果表明我再次錯(cuò)了。因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)的延遲，所以轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)周期所需時(shí)間是不定的，但肯定不等于1800ms。在重新閱讀一遍程序后，我發(fā)現(xiàn)在void Rotate_ZM()函數(shù)中有轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)周期后的初始化操作，受到啟發(fā)后，我于是將cs的賦值移到了這個(gè)函數(shù)

35、中，運(yùn)行了觀察很久后都沒(méi)有出錯(cuò)，果然成功了。 （3）編程過(guò)程中還有一些小問(wèn)題，不過(guò)只要是因?yàn)镃語(yǔ)言編程的一些知識(shí)都忘記了，于是我又重新復(fù)習(xí)了一下C語(yǔ)言的有關(guān)知識(shí)，果然編起來(lái)得心應(yīng)手多了。 5.課程設(shè)計(jì)小結(jié) 編程是一件急需細(xì)心和耐心的事，剛開(kāi)始調(diào)試過(guò)程中遇到了很多弄不清楚原因的報(bào)錯(cuò)現(xiàn)象，但是經(jīng)過(guò)不斷地修改，那些問(wèn)題也都沒(méi)有了。一開(kāi)始寫(xiě)3X3程序的時(shí)候，為了避免犯錯(cuò)誤，我是沒(méi)有加旋轉(zhuǎn)的，只是建了一個(gè)魔方的模型并將其繪制出。 加了旋轉(zhuǎn)函數(shù)后果然遇到了一些問(wèn)題，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)折疊和重疊現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的檢查修改，發(fā)現(xiàn)原因是在調(diào)用旋轉(zhuǎn)函數(shù)時(shí)，有部分子塊的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有寫(xiě)入函數(shù)，于是問(wèn)

36、題得到了部分解決。但是隨后編寫(xiě)循環(huán)控制算法遇到了很大問(wèn)題，剛開(kāi)始都弄煩了，但是休息一段時(shí)間后，沉下心來(lái)仔細(xì)思考，我想到了非常好的控制算法，終于問(wèn)題全部解決了。 這次課程設(shè)計(jì)，我確實(shí)學(xué)到了很多。不僅有提升編程能力，而且也學(xué)習(xí)到了很多做人的道理。剛開(kāi)始入手這個(gè)項(xiàng)目，感覺(jué)壓力非常大，因?yàn)槲抑霸?D設(shè)計(jì)方面還是零基礎(chǔ)，OpenGL讓我感覺(jué)是那么的復(fù)雜。隨后，我掌握了OpenGL貼圖技術(shù)，并充分利用OpenGL的特性實(shí)現(xiàn)了一個(gè)立方體貼六張不同的圖片。在我以為實(shí)現(xiàn)了一個(gè)旋轉(zhuǎn)立方體后，實(shí)現(xiàn)2階魔方就難度不大時(shí)，我再次因?yàn)槲易约旱臒o(wú)知而停下了腳步。閱讀完老師的代碼，總感覺(jué)思維很混亂。于是此后很久都

37、沒(méi)有進(jìn)展。一段時(shí)間過(guò)后，當(dāng)我再次仔細(xì)閱讀這些算法時(shí)，我終于將它們完美的串接了起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了2階魔方。由2階魔方到3階魔方是類似的，但是循環(huán)控制算法要難一些。好在我再次編寫(xiě)出來(lái)了很好的控制算法，感覺(jué)效果很好 總的來(lái)說(shuō)總的來(lái)說(shuō)，本次軟件課程設(shè)計(jì)，對(duì)我來(lái)說(shuō)收獲不小。不僅復(fù)習(xí)了C語(yǔ)言知識(shí)，也對(duì)編程及3D設(shè)計(jì)產(chǎn)生了一定的興趣，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力也得到了不小的提高。而且，我也學(xué)到了很多人生的道理。在做一件看似很難的事時(shí)，我們要有一個(gè)總體的框架，不要有畏難心理。靜下心來(lái)，沉著的分析問(wèn)題，問(wèn)題總會(huì)迎刃而解的。因此，成功的關(guān)鍵在于你是否擁有這樣的心理。 參考文獻(xiàn) [1]孫鑫 VC++深入詳解

38、第三版 北京 電子工業(yè)出版社 2007年 1-26 [2]楊柏林，陳根浪，徐靜 OpenGL編程精粹 第三版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2010年 1-121 [3]周純杰，劉正林，何頂新，周凱波 標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用 第二版 武漢 華中科技大學(xué)出版社 2008年 1-263 [4]Dave Shreiner，The Khronons OpenGLARB Working Group OpenGL編程指南 第七版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2010年 21-328 附上源碼 第一個(gè)文件---頭文件

39、 MoFang.h #ifndef _MO_FANG_H_ #define _MO_FANG_H_ #include // windows的頭文件 #include #include // 包含OpenGL核心庫(kù) #include // 包含OpenGL實(shí)用庫(kù) #include // 包含OpenGL輔助庫(kù) #include // 包含數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù) #define PI2 6.2831853f

40、 #define CYCLE_COUNT 90 #define MAX_CHAR 128 //用于在窗口顯示文字而定義的常數(shù) #define FRONT 0 #define BACK 1 #define LEFT 2 #define RIGHT 3 #define TOP 4 #define BOTTOM 5 typedef struct { GLfloat vx,vy,vz; }CubeVertex; typedef struct { GLfloat p[3]; }stPoi

41、nt; typedef struct { stPoint CubePoint[8]; }stCube; void reset_model(); void Rotate_ZM(); void Rotate_ZZ(); void Rotate_ZP(); void Rotate_XM(); void Rotate_XZ(); void Rotate_XP(); void Rotate_YM(); void Rotate_YZ(); void Rotate_YP(); void Rotate_Z(int ii); void R

42、otate_Y(int ii); void Rotate_X(int ii); void enable_X_roatate(int direction); void enable_Y_roatate(int direction); void enable_Z_roatate(int direction); void selectFont(int size, int charset, const char* face); void drawCNString(const char* str); void drawString(const char* str); exte

43、rn stCube Cube[27]; extern int rotAngle; extern int rotCount; extern int rotX,rotY,rotZ; extern GLfloat Vx,Vy; #endif 第二個(gè)文件 MoFang.cpp /* * 這個(gè)cpp文件包含三階魔方變換的常規(guī)函數(shù) * 作者為張世清 學(xué)號(hào)U201014185 * 華中科技大學(xué)電子系集成1001班 2012.5.19 * 當(dāng)然成果還離不開(kāi)組員徐兮、雷韋拉以及何兆華的支持 */ //加入自己編寫(xiě)的魔方頭文件，其

44、中包含一些變量定義與函數(shù)聲明 #include "MoFang.h" //對(duì)立方體各頂點(diǎn)編號(hào) static stPoint CubePoint[8]= { { -1.0f, -1.0f, 1.0f}, //0 { 1.0f, -1.0f, 1.0f }, //1 {1.0f, 1.0f, 1.0f }, //2 {-1.0f, 1.0f, 1.0f}, //3 {-1.0f, -1.0f, -1.0f}, //4 {-1.0f, 1.0f, -1.0f}, //5 {1.0f, 1.

45、0f, -1.0f}, //6 {1.0f, -1.0f, -1.0f}, //7 }; extern int cs; stCube Cube[27]; //定義一個(gè)3階魔方 stCube Static_Cube[27]; //定義一個(gè)靜態(tài)的3階魔方 //旋轉(zhuǎn)控制 int rotAngle = 1; //旋轉(zhuǎn)角度 int rotCount; //一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)次數(shù) CYCLE_COUNT = 90/rotAngle; int rotX,rotY

46、,rotZ; //指定那個(gè)軸旋轉(zhuǎn) int rotDirect=1; //正反向旋轉(zhuǎn) //對(duì)當(dāng)前魔方各個(gè)立方體進(jìn)行編號(hào) BYTE ZP[9] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8}; //z軸方向正向一層 BYTE ZZ[9] = {9,10,11,12,13,14,15,16,17}; //z軸方向中間一層 BYTE ZM[9] = {18,19,20,21,22,23,24,25,26}; //z軸方向負(fù)向一層 BYTE YM[9] = {0,1,2,11,10,9,18,19,20};

47、 //y軸方向負(fù)向一層 BYTE YZ[9] = {3,4,5,14,13,12,21,22,23}; //y軸方向中間一層 BYTE YP[9] = {6,7,8,17,16,15,24,25,26}; //y軸方向正向一層 BYTE XM[9] = {2,3,8,17,12,11,20,21,26}; //x軸方向正向一層 BYTE XZ[9] = {1,4,7,16,13,10,19,22,25}; //x軸方向中間一層 BYTE XP[9] = {0,5,6,15,14,9,18,23,2

48、4}; //x軸方向負(fù)向一層 //對(duì)靜態(tài)魔方各個(gè)立方體進(jìn)行編號(hào) const BYTE SZP[9] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8}; //z軸方向正向一層 const BYTE SZZ[9] = {9,10,11,12,13,14,15,16,17}; //z軸方向中間一層 const BYTE SZM[9] = {18,19,20,21,22,23,24,25,26}; //z軸方向負(fù)向一層 const BYTE SYM[9] = {0,1,2,11,10,9,18,19,20};

49、 //y軸方向負(fù)向一層 const BYTE SYZ[9] = {3,4,5,14,13,12,21,22,23}; //y軸方向中間一層 const BYTE SYP[9] = {6,7,8,17,16,15,24,25,26}; //y軸方向正向一層 const BYTE SXM[9] = {2,3,8,17,12,11,20,21,26}; //x軸方向正向一層 const BYTE SXZ[9] = {1,4,7,16,13,10,19,22,25}; //x軸方向中間一層 const BYTE SXP[9

50、] = {0,5,6,15,14,9,18,23,24}; //x軸方向負(fù)向一層 void Rotate(stCube *pCube,float angle,float x0,float y0,float z0); //聲明旋轉(zhuǎn)函數(shù) //判斷兩個(gè)立方體是否重合，即判斷兩個(gè)立方體所包含的所有頂點(diǎn)坐標(biāo)是否相同 int is_equal(stCube *pc1,stCube *pc2){ float x1,x2,y1,y2,z1,z2; int isFind = 0; for( int i=0;i<8;i++) { x1 = pc1

51、->CubePoint[i].p[0]; y1 = pc1->CubePoint[i].p[1]; z1 = pc1->CubePoint[i].p[2]; isFind = 0; for(int j=0;j<8;j++) { x2 = pc2->CubePoint[j].p[0]; y2 = pc2->CubePoint[j].p[1]; z2 = pc2->CubePoint[j].p[2]; if( fabs(x1 - x2)<1e-1 && fabs(y1-y2)<1e-1 &&

52、 fabs(z1-z2)<1e-1) { pc1->CubePoint[i].p[0] = pc2->CubePoint[j].p[0]; //消除累計(jì)誤差 pc1->CubePoint[i].p[1] = pc2->CubePoint[j].p[1]; pc1->CubePoint[i].p[2] = pc2->CubePoint[j].p[2]; isFind = 1; break; } } if( isFind == 0) return 0; } r

53、eturn 1; } //旋轉(zhuǎn)之后，查找當(dāng)前旋轉(zhuǎn)面里面包含新的角點(diǎn) void Update_Cube_index() { int i,j,k=0; //根據(jù)逐一判斷立方體是否重合來(lái)更新每一層所包含的立方體的索引，總共三個(gè)方向有九層 k =0 ; for( i=0;i<9;i++) { for( j=0;j<27;j++) if( is_equal( &Cube[j], &Static_Cube[ SZM[i] ] ) ) { ZM[k++] = j; } } k=0; for(i=

54、0;i<9;i++) { for(j=0;j<27;j++) if(is_equal( &Cube[j], &Static_Cube[ SZZ[i] ] )) { ZZ[k++]=j; } } k = 0; for( i=0;i<9;i++) { for( j=0;j<27;j++) if( is_equal( &Cube[j] , &Static_Cube[ SZP[i] ] ) ) { ZP[k++] = j; } } k =0 ; for( i=0;

55、i<9;i++) { for( j=0;j<27;j++) if( is_equal( &Cube[j], &Static_Cube[ SXM[i] ] ) ) { XM[k++] = j; } } k =0 ; for( i=0;i<9;i++) { for( j=0;j<27;j++) if( is_equal( &Cube[j], &Static_Cube[ SXZ[i] ] ) ) { XZ[k++] = j; } }

56、 k = 0; for( i=0;i<9;i++) { for(j=0;j<27;j++) if( is_equal( &Cube[j], &Static_Cube[ SXP[i] ] ) ) { XP[k++] = j; } } k =0 ; for( i=0;i<9;i++) { for(j=0;j<27;j++) if( is_equal( &Cube[j], &Static_Cube[ SYM[i] ] ) ) {

57、 YM[k++] = j; } } k =0 ; for( i=0;i<9;i++) { for(j=0;j<27;j++) if( is_equal( &Cube[j], &Static_Cube[ SYZ[i] ] ) ) { YZ[k++] = j; } } k = 0; for( i=0;i<9;i++) { for( j=0;j<27;j++) if( is_equal( &Cube[j], &Static_Cube[ SYP[i]

58、] ) ) { YP[k++] = j; } } } //z軸負(fù)向一層繞著z軸轉(zhuǎn) void Rotate_ZM() { for(int i=0;i<9;i++) { Rotate(&Cube[ ZM[i] ],rotAngle*rotDirect, 0.0,0.0, 1.0); } //轉(zhuǎn)180度后重新更新立方體索引 if( rotCount++==CYCLE_COUNT) { cs=rand()%3; //每轉(zhuǎn)一個(gè)周期后重新對(duì)cs賦值

59、 Update_Cube_index(); rotAngle = 0; rotZ = 0; } } //z軸中間一層繞著z軸轉(zhuǎn) void Rotate_ZZ() { for(int i=0;i<9;i++) { Rotate(&Cube[ ZZ[i] ],rotAngle*rotDirect, 0.0,0.0, 1.0); } //轉(zhuǎn)180度后重新更新立方體索引 if( rotCount++==CYCLE_COUNT) { cs=rand()%3; //每轉(zhuǎn)一個(gè)周

60、期后重新對(duì)cs賦值 Update_Cube_index(); rotAngle = 0; rotZ = 0; } } //z軸正向一層繞著z軸轉(zhuǎn) void Rotate_ZP() { for(int i=0;i<9;i++) { Rotate(&Cube[ ZP[i] ],rotAngle*rotDirect, 0.0,0.0, 1.0); } //轉(zhuǎn)180度后重新更新立方體索引 if( rotCount++==CYCLE_COUNT) { cs=rand()%3;

61、 //每轉(zhuǎn)一個(gè)周期后重新對(duì)cs賦值 Update_Cube_index(); rotAngle = 0; rotZ = 0; } } //x軸負(fù)向一層繞著x軸轉(zhuǎn) void Rotate_XM() { for(int i=0;i<9;i++) { Rotate(&Cube[ XM[i] ],rotAngle*rotDirect, 1.0,0.0, 0.0); } //轉(zhuǎn)180度后重新更新立方體索引 if( rotCount++==CYCLE_COUNT) { cs=rand()%3;

62、 //每轉(zhuǎn)一個(gè)周期后重新對(duì)cs賦值 Update_Cube_index(); rotAngle = 0; rotX = 0; } } //x軸中間一層繞著x軸轉(zhuǎn) void Rotate_XZ() { for(int i=0;i<9;i++) { Rotate(&Cube[ XZ[i] ],rotAngle*rotDirect, 1.0,0.0, 0.0); } //轉(zhuǎn)180度后重新更新立方體索引 if( rotCount++==CYCLE_COUNT) { cs=rand()%3

63、; //每轉(zhuǎn)一個(gè)周期后重新對(duì)cs賦值 Update_Cube_index(); rotAngle = 0; rotX = 0; } } //x軸正向一層繞著x軸轉(zhuǎn) void Rotate_XP() { for(int i=0;i<9;i++) { Rotate(&Cube[ XP[i] ],rotAngle*rotDirect, 1.0,0.0, 0.0); } //轉(zhuǎn)180度后重新更新立方體索引 if( rotCount++==CYCLE_COUNT) { cs=ran

64、d()%3; //每轉(zhuǎn)一個(gè)周期后重新對(duì)cs賦值 Update_Cube_index(); rotAngle = 0; rotX = 0; } } //y軸負(fù)向一層繞著y軸轉(zhuǎn) void Rotate_YM() { for(int i=0;i<9;i++) { Rotate(&Cube[ YM[i] ],rotAngle*rotDirect, 0.0,1.0, 0.0); } //轉(zhuǎn)180度后重新更新立方體索引 if( rotCount++==CYCLE_COUNT) { cs

65、=rand()%3; //每轉(zhuǎn)一個(gè)周期后重新對(duì)cs賦值 Update_Cube_index(); rotAngle = 0; rotY = 0; } } //y軸中間一層繞著y軸轉(zhuǎn) void Rotate_YZ() { for(int i=0;i<9;i++) { Rotate(&Cube[ YZ[i] ],rotAngle*rotDirect, 0.0,1.0, 0.0); } //轉(zhuǎn)180度后重新更新立方體索引 if( rotCount++==CYCLE_COUNT) {

66、 cs=rand()%3; //每轉(zhuǎn)一個(gè)周期后重新對(duì)cs賦值 Update_Cube_index(); rotAngle = 0; rotY = 0; } } //y軸正向一層繞著y軸轉(zhuǎn) void Rotate_YP() { for(int i=0;i<9;i++) { Rotate(&Cube[ YP[i] ],rotAngle*rotDirect, 0.0,1.0, 0.0); } //轉(zhuǎn)180度后重新更新立方體索引 if( rotCount++==CYCLE_COUNT) { cs=rand()%3; //每轉(zhuǎn)一個(gè)周期后重新對(duì)cs賦值 Update_Cube_index(); rotAngle = 0; rotY = 0; } } //通過(guò)控制量ii來(lái)確定是那一層面繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng) void Rotate_Z(int ii) { switch(ii) { case 0: Rotate_ZP();