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1、华中科技大学电子科学与技术系课程设计报告( 2011- 2012年度第 2 学期)名 称： 软件课程设计 题 目： 基于OpenGL的3D旋转魔方实现院 系： XXXXXX 班 级： XXXXX 学 号： U201014185 学生姓名： X X X 指导教师： X X X 设计周数： XXXX 成 绩： 日期： 2012 年 5月 24日目 录1课程设计介绍 11.1.内容 1 1 12程序分析 2 2.1. 程序原理 22.1. 程序流程 3. 数据结构 8 2.4. 重要函数用法分析 83结果演示与程序分析 9. 成果演示 9. 程序分析 114编程中遇到的问题125课程设计小结13参考
2、文献14 基于OpenGL的3D旋转魔方实现1 课程设计介绍1.1 目的当今计算机技术流行，引领了各行各业。而程序是计算机的灵魂，因此编程能力对当今的学生而言至关重要。虽然我们在前期已经学习了C语言，但是还只对程序有一些简单的认识，说实话，是很浅显的认识。通过本软件课程设计的学习，可以从整体上对软件工程和项目有全面的认识。通过此次课程设计，可以锻炼编程能力，激发对编程的兴趣，同时也能培养良好的编程习惯。这对于个人今后的学习，今后的工作乃至今后的生活都会产生重要的影响。对于国家而言，极大的推动了计算机普及教育，提高了大学生的计算机使用水平，具有重大的意义。1.2 内容（1） 通过此次项目掌握软件
3、开发模式，模块化结构分析以及程序设计流程（2）（3） 掌握有关程序设计的思想，数据结构的知识，掌握C语言算法，掌握OpenGL编程知识如贴图与键盘控制（4） 掌握win32编程知识，了解windows程序内部运行机制（5） 初步培养需求分析、软件测试、调试的能力（6） 在2X2魔方的基础上，尝试编写3X3的魔方，并实现其旋转1.3 取得的成果在理解Magic2D例子程序的基础上，借助了Win32平台进行了一系列调试和学习。在此次项目中，学习了Visual C+6.0软件开发环境，熟练掌握了Win32 Application开发流程。同时也学习了OpenGL的基本知识，掌握了一些OpenGL的重
4、要技术与重要函数的使用，编写了一些简单的OpenGL程序。参考Magic2D例子流程，我对原程序进行了比较大的修改，并换上了自己的图片，实现了一个立方体贴六张不同的图片，并编写出了自己的2X2魔方程序。根据相似度分析，成功的编写出了3X3旋转魔方，并自己设计了算法，实现了各个层面的转动，转动效果很完美。同时，为了增加程序的娱乐效果，我加入了歌曲最炫民族风，虽然很简单，不过感觉非常实用且有趣。2 程序分析2.1 程序原理 （1）OpenGLOpenGL是一个开放的三维图形软件包，它独立于窗口系统和操作系统，以它为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植；OpenGL可以与Visual C
5、+紧密接口，便于实现机械手的有关计算和图形算法，可保证算法的正确性和可靠性；OpenGL使用简便，效率高。本设计是在环境下，使用OpenGL（Open Graphics Library）函数库，绘制魔方并实现魔方的绘制、随机旋转、贴图以及键盘控制等功能。采用基本图形的绘图函数及定位函数，添加相应纹理来实现魔方模型的绘制。通过读取载入BMP文件，应用纹理贴图技术来完成对魔方旋转面的处理。 （2）模型的旋转首先对立方体进行建模。一个立方体由8个点组成，8个点组成6个面片，对立方体的几何操作本质上就是对这6个平面的操作(绘制、纹理、旋转和平移等)。点的索引号确定后，每个面片也就确定了，如0,1,2,
6、3四个点构成Z向正投影面。立方体在空间的旋转，归根到底是其顶点的旋转，如空间点(x, y, z)绕Z轴旋转a对应的旋转矩阵：cosa sina-sina cosa一个立方体pCube绕Z轴旋转a后对应的坐标变化为：for( int i=0;iCubePointi.p0; y= pCube-CubePointi.p1; pCube-CubePointi.p0 = x*cosa - y*sina; pCube-CubePointi.p1 = x*sina + y*cosa;其它轴的旋转类似。由于魔方体层面的旋转是90，在某个层面内一个子立方体Ci会被另外一个Cj完全替换，因此旋转后必须同步更新魔方
7、体Cube各层面内包含的子立方的索引号。为了简化算法，只需查找旋转后Cubei在Static_Cube中对应的小立方编号j与i的位置匹配。 2.2 程序的流程 通过分析，整个程序大致可以分为6个子功能模块（1） Win32应用程序框架WinMain主函数是所有Win32程序的入口点。在WinMain函数里实现Window是窗体的建立和消息循环，在消息循环中实现键盘、鼠标输入事件处理响应，具体内容可参考VC程序参考手册。在本课程程序中，不仅要创建Window窗体，而且构建OpenGL设备绘图环境。 Window窗体创建步骤：l 窗体类注册：RegisterClassl 设置显示分辨率：Chang
8、eDisplaySettingsl 设置窗体大小：AdjustWindowRectExl 创建窗体：CreateWindowExOpenGL绘图环境搭建：l 获取设备绘图环境(DC，DeviceContext)：hDC=GetDC(hWnd)l 选择绘图环境像素格式：ChoosePixelFormat(hDC,&pfd)，其中pfd为像素格式描述符，如果设置不对，OpenGL绘图失败，看不到正确的显示结果。l 设置绘图环境像素格式：SetPixelFormat(hDC,PixelFormat,&pfd)l 获取OpenGL绘图环境：hRC =wglCreateContext(hDC)l 设置O
9、penGL绘图环境：wglMakeCurrent(hDC,hRC)（2）空间建模得到3阶魔方 显然，要建立3X3的魔方必须首先建立单个魔方的模型，然后通过对单个立方体进行平移从而得到3X3的魔方。 平移单个立方体通过reset_model( )函数中的语句实现 for(i=0;i8;i+)Cube0.CubePointi.p0 = CubePointi.p0-2.0f ;Cube0.CubePointi.p1 = CubePointi.p1-2.0f ;Cube0.CubePointi.p2 = CubePointi.p2+2.0f;上述代码只得到了编号为0的立方体，其他编号的立方体同理可以得
10、到构成2X2的魔方需要8个立方体，构建3X3的魔方则需要27个立方体。根据2阶魔方的一些方法，类比到3阶魔方。则首先对魔方的立方体进行编号，然后通过编号得到魔方各层所包含立方体的编号。其中编号为BYTE ZP9 = 0,1,2,3,4,5,6,7,8; /z轴方向正向一层BYTE ZZ9 = 9,10,11,12,13,14,15,16,17; /z轴方向中间一层BYTE ZM9 = 18,19,20,21,22,23,24,25,26; /z轴方向负向一层BYTE YM9 = 0,1,2,11,10,9,18,19,20; /y轴方向负向一层BYTE YZ9 = 3,4,5,14,13,12
11、,21,22,23; /y轴方向中间一层BYTE YP9 = 6,7,8,17,16,15,24,25,26; /y轴方向正向一层BYTE XM9 = 2,3,8,17,12,11,20,21,26; /x轴方向正向一层BYTE XZ9 = 1,4,7,16,13,10,19,22,25; /x轴方向中间一层BYTE XP9 = 0,5,6,15,14,9,18,23,24; /x轴方向负向一层（3）OpenGL纹理贴图以下是纹理贴图的流程，其中实现了一个立方体贴六张图片 GLuint texture6创建纹理存储AUX_RGBImageRec* TextureImage6; 创建纹理的存储空
12、间 TextuteImagei=auxDIBImageLoad(“picture/y1.bmp)调用此函数六次载入六张不同的图片glGenTexTures(1,&texturei)用载入的图像生成六个纹理glBindTextures(GL_TEXTURE_2D,texturei选择生成的纹理glBegin(GL_QUADS);glTexCoord(0.0f,0.0f);glVertex3fv(CubePoint0.p);glEnd();每次选择不同的纹理，然后利用OpenGL是状态机的性质，可以给每个面贴上不同的图片（4）同步更新索引在整个程序中，同步更新索引所涉及到的算法可以算是最核心的了。当然，你也可以让每层每个周期转动360度，这样就不需要动态更新索引了，因为每次转动前后，立方体的相对坐标位置并没有改变。但是这样得到的旋转效果并不好，因为这并没有考虑到魔方旋转的所有情况，每次旋转后魔方都没有被打乱。由于涉及到动态刷新索引，于是按照常理定义一个静态的魔方与动态的魔方进行比较。类似动态魔方的编号可以得到静态魔方的编号。const BYTE SZ
