实验1 实验环境的熟悉#

一、实验要求：#

1、实验目的： 熟悉编程环境；了解光栅图形显示器的特点；了解计算机绘图的特点；掌握GLUT工具包的安装过程；利用GLUT开发库，使用编译OpenGL程序。

2、实验要求：

1. 将实验代码输入到编程环境中运行，得到运行结果。
2. 在main函数中的各语句，除了最后的return之外，其余全部以glut开头。这种以glut开头的函数都是GLUT工具包所提供的函数，分析代码中出现的glut和gl开头的函数以及参数的含义是什么。
3. 修改函数的参数，得到不同颜色和不同大小的模型。

二、实验内容及步骤：#

实验内容：#

1、选择编译环境 现在Windows系统的主流编译环境有Visual C++、C++ Builder、Dev-C++等，它们都是支持OpenGL的。这里选择Visual C++作为学习OpenGL的实验环境。 2、安装GLUT工具包 GLUT不是OpenGL所必须的，但它会给学习带来一定的方便，推荐安装。 Windows环境下安装GLUT的步骤： （1）将下载的压缩包解开，将得到5个文件。 （2）把解压得到的glut.h文件放在安装目录下面的”include/GL”文件夹中（如果没有”GL”文件，则自己建一个）。 （3）把解压得到的glut.lib和glut32.lib放到安装目录下面的静态函数库”lib”所在文件夹。 （4）把解压得到的glut.dll和glut32.dll放到操作系统目录下面的SysWOW64/System32文件夹内。 3、建立一个OpenGL工程 VC6.0：选择File->New->Project，然后选择Win32 Console Application，选择一个名字，然后按OK。在弹出的对话框左边点Application Settings，找到Empty project并勾上，选择Finish。然后向该工程添加一个代码文件，取名为”OpenGL.cpp”。 CodeBlocks：选择file新建工程，选GLUT project；选定项目路径，取名为”OpenGL”；选择GLUT的路径，即CodeBlocks的MinGW目录下，最后Finish。测试运行结果。 打开包含main函数的主文件，输入代码并运行。

1、实验思路和实验步骤（重点）：#

实验思路：#

为了在同一图形窗口内清晰地进行多图元和材质对比，实验提取了一个材质设置辅助函数 setMaterial，用以统一设置反射属性。在同一视口中设计并排列了三个不同形状、不同颜色及不同绘制方式的图元（洋红色实体茶壶、金色实体球、蓝色线框球）。为突出线框球的线条色彩，在绘制它时临时关闭光照，并直接用 glColor3f 赋色。正交投影采用保持长宽比的缩放公式，使得窗口拉伸时物体比例保持稳定。

算法步骤（注意：不是代码，是算法流程）：#

1. GLUT 环境初始化：调用 glutInit 初始化 GLUT，并利用 glutInitDisplayMode 设置双缓冲模式、RGB 颜色模式和深度缓存。
2. 窗口创建与标题设定：通过 glutInitWindowPosition 和 glutInitWindowSize 设定窗口初始位置与大小，调用 glutCreateWindow 建立以学号和姓名命名的图形窗口。
3. 状态初始化与光源配置：在 init 函数中，开启深度测试 glEnable(GL_DEPTH_TEST)，设置 GL_LIGHT0 的平行光源方向为 (1.0, 1.0, 1.0) 并使能光照状态。
4. 注册回调函数：使用 glutReshapeFunc 和 glutDisplayFunc 分别注册视口改变回调 reshape 与画面绘制回调 display。
5. 视口变换与正交投影：在 reshape 函数中建立正交投影 glOrtho，根据当前视口的长宽比，动态调整左右边界值，保证图元不发生拉伸畸变。
6. 图元渲染与变换：
   • 清除颜色和深度缓冲区。
   • 重置模型视图矩阵并做基本平移和微调旋转。
   • 对左侧实体茶壶：使用 glPushMatrix 保护矩阵，平移至左侧，使用 setMaterial 设定洋红色高光材质，调用 glutSolidTeapot(0.35) 渲染，然后 glPopMatrix 恢复。
   • 对中间实体球：平移至中心，设定金色漫反射材质，调用 glutSolidSphere(0.52, 36, 36) 渲染。
   • 对右侧线框球：平移至右侧，并使用 glScalef 纵向拉伸，利用 glDisable(GL_LIGHTING) 关闭光照，调用 glColor3f 指定鲜蓝色，利用 glutWireSphere(0.48, 20, 20) 渲染，最后重新使能光照。
7. 双缓冲交换：调用 glutSwapBuffers 将后台渲染完毕的帧交换到前台显示。

2、实验数据记录：#

• 视口与投影范围：
  • 窗口尺寸：640 * 640 像素。
  • 正交投影范围：当 aspect >= 1.0 时为 glOrtho(-aspect, aspect, -1.0, 1.0, -2.0, 2.0)。
• 光源数据：
  • 平行光源 GL_LIGHT0 方向：(1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f)。
• 材质反射数据：
  • 公用材质：环境光反射系数 {0.08f, 0.08f, 0.08f, 1.0f}，高光反射系数 {0.9f, 0.9f, 0.9f, 1.0f}。
  • 洋红色茶壶（左侧）：漫反射 {0.90f, 0.20f, 0.75f, 1.0f}，尺寸为 0.35，光泽度为 48.0f。
  • 金色实体球（中心）：漫反射 {0.95f, 0.72f, 0.18f, 1.0f}，半径为 0.52，切片数与堆栈数为 36, 36，光泽度为 64.0f。
  • 蓝色线框球（右侧）：无光照材质，直接着色 {0.15f, 0.55f, 0.95f}，半径为 0.48，经纬线数 20, 20，缩放因子 (1.0f, 1.2f, 1.0f)。

3、实验结果与分析：#

在窗口灰色背景中自左向右依次显示了洋红色的实体茶壶、金色的实体球、以及高亮蓝色的纵向拉伸线框球，三个物体排布均匀，材质反光和高光效果清晰。

运行结果截图：#

三、心得体会：#

1. 双缓冲机制的作用：实验中通过 GLUT_DOUBLE 启用了双缓冲。双缓冲在后台缓冲区渲染画面，完成后进行画面交换。这对于三维渲染可以避免屏幕闪烁，使画面刷新更加平滑。
2. 光照与材质的协同：只有同时开启光源和物体的材质属性，才能呈现出真实的表面反光和光泽度。对于线框模型，如果不关闭光照，线条会因为光照计算而显得暗淡，因此在绘制前需要关闭光照并使用 glColor3f 指定底色。
3. 乱码控制经验：在使用 CodeBlocks 编译器处理含有中文字符的窗口标题时，由于源文件通常为 UTF-8 编码，直接输入中文极易导致乱码。本实验通过调用 Windows 原生的 SetWindowTextW 接口配合 Unicode 宽字符，成功解决了标题乱码问题，使得学号和姓名在任何系统环境下都能正常显示。