《程序员，在路上……》第1节 -- 用OPENGL画出麦克斯维速率分布曲线
作者：张沈鹏
图1 效果图
内容提要:
公式在“expressions.h”中，绘图程序在“draw.h”中，其他部分套用OpenGL Tutorial中的OpengGL程序框架，请参见参考资料。
步骤：
1.用Microsoft Visual Studio .NET 2003新建一个C++的“windows应用程序”，在“项目”“属性”“C＋＋”“预编译头”“创建/使用预编译头”中选择“不使用预编译头”。
2.包含opengGL所需库的头文件， 如下：
#include <windows.h// Header File For Windows
#include <gl\gl.h// Header File For The OpenGL32 Library
#include <gl\glu.h// Header File For The GLu32 Library
#include <gl\glaux.h// Header File For The GLaux Library
3.opengGL所需库的连接方式(VS2003的截图如下)
图2 opengGL所需库的连接图
一开始我用 Debug
4．程序说明
//头文件：expressions.h
/*
Name:麦克斯维速率分布函数
Copyright:Mozilla 1.1
Author: 张沈鹏
Date: 26-09-05 13:08
Description: 有问题请联系zsp747@gmail.com,QQ:375956667(不常用)
*/
#include <cmath
using namespace std;
//定义物理常量
const long double pi=3.1415926535897932384626433832795;
const float N_A=6.022e23;
const float p_0=1.013e5;
const double T_0=273.15;
const float V_0=22.4e-3;
const float R=p_0*V_0/T_0;
const float k=R/N_A;
//返回在temperature（单位：K）;quality（单位:kg）; speed（单位m/s）时，分子
template<class number
number percentage(number temperature,number quality,number speed)
{
quality=quality/N_A;
return 4*pi*sqrt( pow(quality/(2*pi*k*temperature),3) )*
pow(speed,2)*exp( ( -quality*pow(speed,2) )/( 2*k*temperature ) );
}
//头文件：draw.h
#include <gl\gl.h// Header File For The OpenGL32 Library
#include <gl\glu.h// Header File For The GLu32 Library
#include <gl\glaux.h// Header File For The Glaux Library
///画函数曲线
template<class number
void DrawExpression(number temperature,number quality)
{
number x2=0,y2=0;//前一个点
glBegin(GL_LINES);
for(number speed=0;speed<2000;speed+=10)
{
///速度单位长度250m/s
number x=speed/250;
///概率单位长度0.2％
number y=Percentage(temperature,quality,speed)*500;
glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);
//glVertex3f(x,0, 0.0f);//实心曲线
glVertex3f(x2,y2, 0.0f);//曲线
glVertex3f(x,y, 0.0f);//前一个点与当前点的连线
y2=y;x2=x;
}
glEnd();
}
///画X，Y轴
void DrawXY()
{
glBegin(GL_LINES);
glVertex3f( 0.0f, 0.0f, 0.0f);
glVertex3f(0.0f,5.0f, 0.0f);
glVertex3f( 0.0f, 0.0f, 0.0f);
glVertex3f(7.0f,0.0f, 0.0f);
glEnd();
///画坐标轴的箭头
glBegin(GL_TRIANGLES);
glVertex3f(6.0f,0.1f,0.0f);
glVertex3f(6.3f,0.0f,0.0f);
glVertex3f(6.0f,-0.1f,0.0f);
glVertex3f(0.1f,4.2f,0.0f);
glVertex3f(0.0f,4.5f,0.0f);
glVertex3f(-0.1f,4.2f,0.0f);
glEnd();
}
int DrawGLScene(GLvoid)// Here''s Where We Do All The Drawing
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);// Clear Screen And Depth Buffer
glLoadIdentity();// Reset The Current Modelview Matrix
glTranslatef(-3.0f,-2.0f,-6.0f);
DrawXY();
DrawExpression(70.0f,0.032f);
DrawExpression(273.0f,0.032f);
DrawExpression(300.0f,0.032f);
DrawExpression(373.0f,0.032f);
return TRUE;// Everything Went OK
}
遗留问题:
1.windows程序如何用启用命令行输出状态，输入参数，现在参数是写死在程序中!
2．为什么这个程序系统资源占用如此之大，如何解决？
附表：openGL函数（整理自《OpenGL Tutorial中文版》，详细请参见《OpenGL Tutorial》）
//清除屏幕到之前指定的颜色， 清除深度缓存，Clear The Screen And The Depth Buffer
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
//重置场景 (译注：就是重置当前视图模型矩阵) ，Reset The Current Model view Matrix
glLoadIdentity();
// glTranslatef(x, y, z) 的功能是沿 X轴，Y轴和Z轴 做移动。 下面的代码在X轴上向左移动了1.5个单位， Y 轴上没有移动(0.0)， Z 轴上向屏幕里面移动了 6.0个单位。 注意当你做移动的时候你是相对于当前位置做的， 而不是屏幕(场景)中心位置。
glTranslatef(-1.5f,0.0f,-6.0f);// Move Left 1.5 Units And Into The Screen 6.0
//glRotatef(Angle,Xvector,Yvector,Zvector) 用于绕轴旋转物体， 这是一条十分有用的函数。 Angle 是一个用于指定旋转角度的数字(通常存储于变量中)。 Xvector， Yvector 和 Zvector 这三个参数用于描述一条向量， 以规定物体的旋转轴。 如果你使用 (1,0,0) 这样的值， 你就描述了一条长度为1个单位的、顺着x轴指向右方的向量； 而 (-1,0,0) 这样的值就描述了一条长度为1个单位的、顺着x轴 但指向左方的向量。
//为了更好地理解 X， Y 和 Z 旋转， 这里举一些例子……
//X 轴 – 你正在使用一台台锯， 木头穿过锯刀的中心。 锯刀在x轴上飞速旋转， 刀齿看起来是向上切或者向下切， 这取决于锯刀的旋转方向。 这、在OpenGL中以x轴旋转物体相类似。
//Y 轴 – 想象一下， 原野上挂起了龙卷风。 龙卷风的中心正处于y轴上， 它刮起的泥土还有碎片正绕着y轴 (龙卷风的中心) 旋转着， 从左到右或从右到左。 这与在OpenGL中以y轴旋转物体相类似。
//Z 轴 – 你正看着一台旋转着的电风扇， 电风扇的中心点面向着你。 电风扇的扇片绕着z轴旋转， 顺时针或逆时针方向。这与在OpenGL中以z轴旋转物体相/类似。
//所以， 在下面的这行代码中， 如果 rtri 等于 7的话， 我们将在y轴上旋转7度 (从左到右)。 你可以试着修改代码， 使三角形在x和y轴上同时旋转。注意旋转是按照角度的(译注：不是弧度)， 如果rtri 的值为 10， 我们将在y轴上旋转 10度。
glRotatef(rtri,0.0f,1.0f,0.0f);// Rotate The Triangle On The Y axis ( NEW )
//这里没有声明rtri,需要先声明rtri，若要实现动态旋转可以在绘图函数中加入rtri+=0.2f;或者rtri-=0.14f;之类的语句
//在这个简单的程序中我们只绘制一个三角形。 如果想再增加一个三角形， 我们就需要增加3行代码(3个顶点) 到原来的3行代码后面， 这样在glBegin(GL_TRIANGLES) 和 glEnd() 之间就会有6行代码了。 在glBegin(GL_TRIANGLES) 和glEnd() 之间应该是3个点为一组的， 多余的点会被忽略。 同样的道理也适用于4边形， 如果你绘制的都是4边形的话， 要增加另一个四边形你就需要在原来的4行代码的后面再添加一组4行代码。 而一个多边形(polygon) 可由任意数目的顶点组成， 所以在glBegin(GL_POLYGON) 和glEnd() 之间可以有任意行代码。
//glBegin 后面的第一行代码为我们的三角形设置第一个顶点， glVertex 的第一个参数指定顶点的X坐标， 第二个参数指定Y坐标， 而第三个指定 Z 坐标。 所以， glBegin(GL_TRIANGLES) 后面的三行代码分别指定了三角形上面的顶点， 左下角的顶点 和 右下角的顶点。 然后， glEnd() 告知 OpenGL已经没有顶点了。 这样， 一个封闭的三角形就完成了。以顺时针的顺序， 我们将绘制出四边形的背面， 也可以说实际上我们看到的是它的背面。 物体沿逆时针顺序被绘制的话就会以正面面向我们。
glBegin(GL_TRIANGLES);// Drawing Using Triangles (四边形：GL_QUADS，直线：GL_LINES，多边形，GL_POLYGON)
//我们将当前颜色设置为红色(红色亮度满，没有绿和蓝)。 接下来的代码是第一个顶点(三角形上面的)， 我们将以红色作为当前颜色来进行绘制。 从现在开始如果我们不改变当前颜色， 那么绘制什么都将是红色的。
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f);// Set The Color To Red
glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);// Top
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f);// Bottom Left
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f);// Bottom Right
glEnd();// Finished Drawing The Triangle
参考资料:
OpenGL Tutorial中文版(第1-4课)
原著 Jeff Molofee (NeHe) http://nehe.gamedev.net/
nehe@connect.ab.ca
译著 江超宇 (Aman JIANG) http://www.AmanPage.com
Chaoyu_JIANG@hotmail.com Aman_JIANG@163.com
QQ: 15852673
作者信息:
姓名：张沈鹏
职业：电子科技大学生物医学工程大二（05年）
电子邮箱：zsp747@gmail.com
QQ：375995667（不常用）
目前的打算：深入学习C++,并想学一学XUL，XPCOM，wxWidgets之类跨平台的编程技术，同时研究一下boost,zlib，sqlite之类C、C＋＋常用、实用开源库的用法，学习通过directShow播放电影，最后在这些的基础之上写一个通过电影+字幕学习英语的软件，其形式大概类似于《我爱背单词》＋CCTV-6的《动感英语》。希望有志同道合的人与我一起学习，共同进步；也希望有高手可以在前行途中指点迷津。
我想可以通过Google的“网上论坛＋邮件列表”来实现相互间的交流与合作。欢迎大家多提建议，谢谢!
