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本文介绍三维图形在计算机二维屏幕上的显示原理,包括基于图元建立三维模型、设置观看窗口和视点、设定物体属性等内容,并讲解了光照、纹理映射及三维图形变换等关键技术。
图形学系列 -- 3D 图形学基础
作者: 刘鹏
日期: 2009-08-27
本文介绍了三维图形在计算机二维屏幕上的显示原理。

三维图形及动画场景的显示,就是把所建立的三维空间模型,经过计算机的复杂 处理,最终在计算机二维屏幕上显示的过程。一般,设计三维图形软件要经过以 下步骤:

基于图元建立三维模型

建立三维模型,就是在三维坐标系中画三维场景。利用画点(Point)、画线 (Line)、画多边形(Polygon)等函数可以建立复杂的空间模型。在表示三维空 间时,一般用齐次坐标(Homogeneous Coordinate)。在实际应用时一般把一系 列顶点(Vertex )组织起来以构成物体或图元(Entity)。

设置观看物体的窗口和观看点(视点)

图形显示的区域称为显示窗口。流程顺序为:

  • 定义一个窗口一般由以下步骤完成:设置窗口模式,设置窗口位置、大小,初始化窗口,窗口颜色设置。
  • 清理窗口是指把窗口清成某种颜色。
  • 要观看场景,也需要一个窗口,即视口。通俗地讲,视口变大,场景被放大;视口变小,场景被缩小。
设定各物体的属性(如色彩、光照、纹理映射等)

要使物体具有真实感,就要对物体进行光照处理。在计算机图形学中,物体的真 实感应考虑两种因素:光源和物体材质。

光源具有以下的属性:
  • 颜色: 平常的光源是白色的,但在特殊的环境下,仍然会有不同的光线,一般光线的颜色及强度是以RGB三元色来表示的.
  • 光的种类:一般光可分为四种: 环境光(ambient light)、点光源(point source)、有向光(directional light 、聚光灯(spotlight).
  • 环境光: 最简单的一种光源,没有位置,对环境中的每个物体的各个方向都具有相同的强度.
  • 点光源: 点光源是射向四面八方的,它具有位置(position),但并不具有方向的属性(orientation).
  • 有向光: 这种光有方向,但没有位置,最好的例子是太阳光.这种光是平行穿过三度空间,通常是用来模拟无限远的光源.
  • 聚光灯:有方向有位置,并以圆锥形扩散.这种圆锥的形状是由阴影(umbra)及半影(penumbra)的角度来决定.
材质(texture)

每一面都可能会有其表面的材质纹路,如木制桌面或大理石地板等,通常是以2d静态图形来表示。

如果要物体动起来,还要进行图形变换(如几何变换、视窗变换和投影变换等)

三维动画,就是把三维物体通过各种三维图形变换,把它投影到视口中。OpenGL 提供双缓存来制作动画。计算机在显示前台缓存中的画面同时,在后台缓存中绘 制下一帧画面,需要显示后台缓存中的画面时,只要用函数把前后台缓存交换即 可:图形变换常用的函数,有:平移、旋转、放缩。

三维图形的二维化

三维图形是通过二维视口(屏幕)来观看的,因此,对三维图形要进行投影变换和透视变换。

屏幕三维坐标系

三维坐标系符合右手螺旋规则:X轴正方向沿屏幕向右, Y轴正方向沿屏幕向下, Z轴正方向垂直屏幕向里。

links

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http://www.falloutsoftware.com/tutorials/gl/gl0.htm

Some other tutorials/reference

Here are the online versions of the blue book and the red book. Blue is reference, red is a guide.

Tutorials for reflection, shadows etc

内容概要:本文设计了一种基于PLC的全自动洗衣机控制系统内容概要:本文设计了一种,采用三菱FX基于PLC的全自动洗衣机控制系统,采用3U-32MT型PLC作为三菱FX3U核心控制器,替代传统继-32MT电器控制方式,提升了型PLC作为系统的稳定性与自动化核心控制器,替代水平。系统具备传统继电器控制方式高/低水,实现洗衣机工作位选择、柔和过程的自动化控制/标准洗衣模式切换。系统具备高、暂停加衣、低水位选择、手动脱水及和柔和、标准两种蜂鸣提示等功能洗衣模式,支持,通过GX Works2软件编写梯形图程序,实现进洗衣过程中暂停添加水、洗涤、排水衣物,并增加了手动脱水功能和、脱水等工序蜂鸣器提示的自动循环控制功能,提升了使用的,并引入MCGS组便捷性与灵活性态软件实现人机交互界面监控。控制系统通过GX。硬件设计包括 Works2软件进行主电路、PLC接梯形图编程线与关键元,完成了启动、进水器件选型,软件、正反转洗涤部分完成I/O分配、排水、脱、逻辑流程规划水等工序的逻辑及各功能模块梯设计,并实现了大形图编程。循环与小循环的嵌; 适合人群:自动化套控制流程。此外、电气工程及相关,还利用MCGS组态软件构建专业本科学生,具备PL了人机交互C基础知识和梯界面,实现对洗衣机形图编程能力的运行状态的监控与操作。整体设计涵盖了初级工程技术人员。硬件选型、; 使用场景及目标:I/O分配、电路接线、程序逻辑设计及组①掌握PLC在态监控等多个方面家电自动化控制中的应用方法;②学习,体现了PLC在工业自动化控制中的高效全自动洗衣机控制系统的性与可靠性。;软硬件设计流程 适合人群:电气;③实践工程、自动化及相关MCGS组态软件与PLC的专业的本科生、初级通信与联调工程技术人员以及从事;④完成PLC控制系统开发毕业设计或工业的学习者;具备控制类项目开发参考一定PLC基础知识。; 阅读和梯形图建议:建议结合三菱编程能力的人员GX Works2仿真更为适宜。; 使用场景及目标:①应用于环境与MCGS组态平台进行程序高校毕业设计或调试与运行验证课程项目,帮助学生掌握PLC控制系统的设计,重点关注I/O分配逻辑、梯形图与实现方法;②为工业自动化领域互锁机制及循环控制结构的设计中类似家电控制系统的开发提供参考方案;③思路,深入理解PL通过实际案例理解C在实际工程项目PLC在电机中的应用全过程。控制、时间循环、互锁保护、手动干预等方面的应用逻辑。; 阅读建议:建议结合三菱GX Works2编程软件和MCGS组态软件同步实践,重点理解梯形图程序中各环节的时序逻辑与互锁机制,关注I/O分配与硬件接线的对应关系,并尝试在仿真环境中调试程序以加深对全自动洗衣机控制流程的理解。
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