6 Описание программной реализации

6.1 Структуры данных для хранения параметрических объектов

В данном курсовом проекте описаны классы, упрощающие работу с 3D-примитивами, информационной частью данных классов являются структуры данных, хранящие параметры объектов. Иерархия данных классов описывается диаграммой на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 – Иерархия классов, содержащих параметры объектов сцены

6.2 Структуры данных для камеры

В реализуемом программном продукте структура данных для камеры описывается на языке C++ следующим образом:

struct

{

float posx, posy, posz;

float dirx, diry, dirz;

}settings, где

posx, posy, и posz –соответственно координаты наблюдателя, а dirx, diry, dirz – соответственно координаты направляющего вектора.

6.3 Структуры данных для источников света

В реализуемом программном продукте структура данных для источников света описывается на языке C++ следующим образом:

struct

{

float pos[4];

float dir[3];

float color[4];

int lightmodeltype;

bool shining;

} settings, где

pos – массив координат источника света, dir – массив координат напрвляющего вектора, color – массив, содержащий цвет излучаемого света в формате RGBA, lightmodeltype – тип источника света (точечный, удалённый, цилиндрический), shining – признак включенности источника света.

Выше приведена структура данных заключена в класс, написанный для облегчения работы с источниками света, имеющий следующий протокол

class LIGHT

{

struct{

float pos[4];

float dir[3];

float color[4];

int lightmodeltype;

GLboolean shining;

} settings;

int index;

public:

void Draw();

GLenum GetIndex();

bool Shining();

LIGHT& TurnOn();

LIGHT& TurnOff();

LIGHT(int gllight):index(gllight);

~LIGHT(){glDisable(index);}

void SetLightModelType(int lmt);

void Dispose(float PosX, float PosY, float PosZ, float PosT);

LIGHT& Direct(float DirX, float DirY, float DirZ);

LIGHT& SetColor(float r, float g, float b);

void GetPosition(float *x, float *y, float *z);

void GetDirection(float *x, float *y, float *z);

void GetColor(float *r, float *g, float *b);

};

6.4 Описание внутреннего формата графической БД

Графическая база данных реализуемого программного продукта организована в виде набора структур данных, содержащих параметры графических примитивов, камеры и источников. К операциям, осуществимым над графической базой данных, относятся добавление, удаление и поиск графических примитивов, а также изменение их параметров.

6.5 Описание формата файла хранения сцены

Файл, содержащий параметры сцены имеет формат, показанный на таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Описание формата файла хранения сцены

Размер файла хранения сцены составляет 911 байт.

6.6 Описание программных моделей

Для удобства построения системы трехмерного графического моделирования программа была разбита на следующие модули:

- KP.cpp – главный программный модель;

- globals.h – файл, содержащий описание глобальных переменных, доступных из всех программных модулей;

- glsetup.h – файл, содержащий подпрограммы, служащие для установки матриц проекций и областей просмотров;

- primitives.h – файл, содержащий описание протоколов и реализации классов, упрощающих работу с графическими примитивами;

- light.h – файл, содержащий описание протоколов и реализации классов, упрощающих работу с источниками света;

- camera.h – файл, содержащий описание протокола и реализацию классоа, упрощающего работу с камерой;

- drawscene.h - файл, содержищий подпрограммы отрисовки сцены;

- mainwnd.h - файл, содержищий описание функций для работы с главным окном программы;

- panel.h – файл, содержищий описание функций для работы с панелью управления в главном окне программы;

- panel_aff_aj.h, panel_camera.h, panel_light.h, panel_primitives.h, panel_scene.h – модули, касающиеся построения интерфейса программы, содержащие реализацию подпрограмм, описывающих поведение диалоговых панелей, позволяющих пользователю изменять параметры камеры, графических примитивов, источников света и сцены, а также осуществлять аффинные преобразования.

Взаимосвязь программных модулей показана на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 - Взаимосвязь программных модулей

6.7 Описание основных процедур и функций

Программный продукт, реализуемый в данном курсовом проекте, разбит на функции следующих категорий:

1) функции настройки графического вывода:

- void glSetViewport(int vp). Устанавливает область вывода. vp – параметр, задающий область вывода, которую необходимо установить;

- void SetOrtho(). Устанавливает ортографическую проекцию;

- void SetIso(). Устанавливает изометрическую проекцию.

2) Функции отрисовки графических примитивов и визуализации источников света:

- void SPHERE::Draw(). Функция отрисовки сферы;

- void HALFSPHERE::Draw(). Функция отрисовки полусферы;

- void CUBE::Draw(). Функция отрисовки куба;

- void PRISM5::Draw(). Функция отрисовки пятигранной пизмы;

- void PRISM3::Draw(). Функция отрисовки трёхгранной призмы;

- void PIRAMID::Draw(). Функция отрисовки пирамиды с пятиугольным основанием;

- void PIRAMID3::Draw(). Функция отрисовки усечённой пирамиды с трёхугольным основанием;

- void CONE::Draw(). Функция отрисовки косоугольного конуса;

- void LIGHT::Draw(). Функция визуализации источника света.

- void DrawAxes().Функция отрисовки координатных осей;

- void DrawScene(). Функция отрисовки всей сцены.

3) функции сохранения-зугрузки параметров сцены:

- void SaveScene(char *fn). Сохраняет в файл с именем, заданным аргументом fn, параметры сцены;

- void LoadScene(char *fn). Загружает параметры сцены из файла с именем, заданным аргументом fn;

4) функции построения графического интерфейса:

- void ShowHelp(). Данная функция загружает текст справки из файла и выводит в его во всплывающем окне;

- void InitMainWindow(HINSTANCE hInstance, char *caption, int wdth). Инициализирует главное окно программы. hInstance – экземпляр приложения, caption – заголовок главного окна, width – ширина главного окна;

- void InitPanel(HINSTANCE hInstance). Инициализирует окно панели управления. hInstance – экземпляр приложения;

- void ShowSeparators(int cmd). Функция показа-скрытия разделителей окон проекций. cmd – аргумент, значением которого определяется выполняемое действие (показ или скрытие).

6.8 Описание использованных функций OpenGL

1. Функции аффинного преобразования в пространстве:

- glRotatef(float a, float x, float y, float z) – поворот. a – угол поворота, x, y, z – координаты вектора, вокруг которого осуществляется вращение;

- glScalef(float x, float y, float z) – масштабирование. x, y и z –коэффициенты масштабирования соответственно по осям Ox, Oy и Oz;

- glTranslatef(float x, float y, float z) – перенос. x, y, z – коеффициенты, задающие расстояние, на которое происходит перемещение по осям Ox, Oy и Oz.

2. Функции проецирования:

- glViewPort(x,y,width,height) – устанавливает область вывода, заданную переменными x, y, width и height;

- glOrtho(Xmi,Xma,Ymi,Yma,Zmi,Zma) – ортографическая проекция. Xmi, Xma, Ymi и Yma, Zmi, Zma – координаты противолежащих углов параллелепипеда;

3. Функции для работы с камерой:

- glLookAt(ex,ey,ez,lx,ly,lz,x,y,z) – задает позицию и направление камеры. ex, ey, ez – координаты наблюдателя, lx, ly, lz – точка наблюдения, x, y, z – координаты вектора главной оптической оси камеры.

4. Функции для работы со светом:

- glLight(light,pname,param) – задает параметры источнику света;

- glLightModelf(pname,param) – задает модель освещения. Pname - имя параметра модели освещения, param – устанавливаемое значение.

5. Функции удаления невидимых граней:

- glEnable(DEPTH_TEST) – включает тест глубины;

- glDisable(DEPTH_TEST) – выключает тест глубины;

- glDepthFunc(func) – устанавливает функцию глубины;

- glClearDepth(dep) – очищает буфер глубины;

- glDepthRange(Zn,Zf) – задает диапазон глубины.

6. Функции работы с матрицами:

- glLoadMatrixf(float *matr) – устанавливает в качестве текущей матрицы matr;

- glMultMatrixf(float *matr) – умножает текущую матрицу на matr;

- glLoadIdentity() – делает текущую матрицу единичной;

- glMatrixMode(int matr) – задаёт текущую матрицу.

7. Функции получения переменных состояния:

- glGetFloatf(float *v) – получение значения переменной типа float;

8. Функции заания значений переменных состояния булевого типа:

- glEnable(int param) – установка переменной, заданной параметром pname, в true;

- glDisable(int param) – установка переменной, заданной параметром pname, в false.

6.9 Реализация аффинных преобразований

В программе графического моделирования пользователю предоставляется возможность выполнения пяти видов аффинных преобразований: перенос, вращение, масштабирование, сдвиг и отражение. Причём, задание параметров каждого из преобразований производится пользователем. Все аффинные преобразования производятся над всеми примитивами одновременно.

Преобразования переноса, поворота и масштабирования производятся путём вызова функций OpenGL, соответствующих этим преобразованиям (glTranslate, glRotate и glScale), а преобразования отражения и сдвига – путём умножения матрицы модельно-видового преобразования на матрицу соответствующего аффинного преобразования, путём вызова функции OpenGL glMultMatrix.

6.10 Описание структуры программы в виде блок-схемы

Структура работы программы отражена диаграммой состояний на рисунке 6.3.

Рисунок 6.3 - Дианрамма состояний