基于OpenGL的3D旋转魔方的实现终期报告加源码.docx

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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：

XXX 指导教师：

XXX 设计周数：

XXXX

成 绩：

日期：

2012年 5月 24日

目 录

1．课程设计介绍………………………………………………………………

1

1.1.内容 1

1.2.目的 1

1.3.取得的成果 1

2.程序分析 2

2.1.程序原理 2

2.1.程序流程 3

2.3.数据结构 8

2.4.重要函数用法分析 8

3．结果演示与程序分析……………………………………………………

9

3.1.成果演示 9

3.2.程序分析 11

4.编程中遇到的问题 12

5.课程设计小

结 13

参考文献 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开发模式，模块化结构分析以及程序设计流程

（2）学会使用VC++6.0进行编程

（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）OpenGL

OpenGL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++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Visual C++6.0开发环境下，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{0,1,2,3}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（inti=0;i<8;i++）

{

floatx,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Cube[i]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：

RegisterClass

l设置显示分辨率：

ChangeDisplaySettings

l设置窗体大小：

AdjustWindowRectEx

l创建窗体：

CreateWindowEx

OpenGL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OpenGL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;i<8;i++）

{

Cube[0].CubePoint[i].p[0]=CubePoint[i].p[0]-2.0f;

Cube[0].CubePoint[i].p[1]=CubePoint[i].p[1]-2.0f;

Cube[0].CubePoint[i].p[2]=CubePoint[i].p[2]+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

ZP[9]={0,1,2,3,4,5,6,7,8};

//z轴方向正向一层

BYTE

ZZ[9]={9,10,11,12,13,14,15,16,17};

//z轴方向中间一层

BYTE

ZM[9]={18,19,20,21,22,23,24,25,26};

//z轴方向负向一层

BYTE

YM[9]={0,1,2,11,10,9,18,19,20};

//y轴方向负向一层

BYTE

YZ[9]={3,4,5,14,13,12,21,22,23};

//y轴方向中间一层

BYTE

YP[9]={6,7,8,17,16,15,24,25,26};

//y轴方向正向一层

BYTE

XM[9]={2,3,8,17,12,11,20,21,26};

//x轴方向正向一层

BYTE

XZ[9]={1,4,7,16,13,10,19,22,25};

/x轴方向中间一层

BYTE

XP[9]={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

GLuinttexture[6]

创建纹理存储

AUX_RGBImageRec*

创建纹理的存储空间

TextureImage[6];

TextuteImage[i]=auxDIBImageLoad（“picture/y1.bmp）

调用此函数六次载入六张不同的图片

glGenTexTures（1,&texture[i]）

用载入的图像生成六

glBindTextures（GL_TEXTURE_2D,texture[i]

选择生成的纹理

glBegin（GL_QUADS）;glTexCoord（0.0f,0.0f）;glVertex3fv（CubePoint[0].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。

constBYTESZP[9]={0,1,2,3,4,5,6,7,8}; //z轴方向正向一层constBYTESZZ[9]={9,10,11,12,13,14,15,16,17};//z轴方向中间一层constBYTESZM[9]={18,19,20,21,22,23,24,25,26};//z轴方向负向一层

constBYTESYM[9]={0,1,2,11,10,9,18,19,20}; //y轴方向负向一层constBYTESYZ[9]={3,4,5,14,13,12,21,22,23};//y轴方向中间一层constBYTESYP[9]={6,7,8,17,16,15,24,25,26};//y轴方向正向一层

constBYTESXM[9]={2,3,8,17,12,11,20,21,26};//x轴方向正向一层constBYTESXZ[9