Обобщенная структурная диаграмма программы

 

Рисунок 3 - Обобщенная структурная диаграмма программы

 

Программа условно разделена на блоки, каждый из которых выполняют свои собственные функции. В начале программы идут название модуля и модули, использующие данный модуль. Далее в объявлении типов, постоянных, переменных описываются два новых типа записи, постоянные, а также процедуры и переменные, которые применяются в данной программе.

Процедура начальной установки инициализирует переменные требуемыми значениями, устанавливает количество полигонов, начальное положение, заполняет массив точек исходными значениями.

Процедура преобразования отвечает за перевод мировых координат в видовые, а потом из видовых в экранные.

Процедура рисования вызывает последовательно блок преобразования координат и процедуру составления полигонов из точек. Затем выполняет рисование полигонов в промежуточном буфере и совмещение результата с буфером отображения.

Процедура составления полигонов выполняет преобразования координат в экранные, составление полигонов из массива точек и сортировку полученных полигонов в Z буфере с учётом их расположения по глубине сцены.

Блок вращения меняет значения углов обзора в соответствии с нажатиями на клавиши позиционирования и вызывает процедуру отрисовки.

 

3.2 Введенные типы данных и их предназначение

 

При реализации программы были определены некоторые специализированные типы данных (таблица 1).

 

Таблица 1 - Типы данных.

Тип	Значение	Предназначение
T3DPoint	record	Содержит 3 координаты точки в трехмерном пространстве, координаты точки на экране, номер точки и нормаль к этой точке имеющая три координаты.
TPolygon	record	Содержит указатели на вершины полигона, то есть содержит переменные типа P3DPoint. нормаль к полигону, номер полигона, цвет и среднюю точку.

 

3.3 Введенные основные переменные и их предназначение

 

При реализации программы были определены некоторые переменные (таблица 2).

 

Таблица 1 - Переменные

Переменная	Значение	Предназначение
w,v1	array [1.. nPoint] of T3DPoint	мировые, видовые координаты вершин
v	array [1.. nPoint] of TPoint	экранные координаты точек
polygons	array [1.. nTPolygon] of TPolygon	массив объектов фигуры
teta	extended	Отвечает за угол поворота относительно оси Y. Имеет фиксированное значение teta:=pi/9.
phi	extended	Отвечает за угол поворота относительно оси X. Имеет фиксированное значение phi:=pi*4/3.
buf	TBitmap	Вспомогательная поверхность в ней создается движение сферы
blink_buf	TBitmap	Вспомогательная поверхность для быстрого закрашивания фоном (хранит в себе фон изображения)
A, B, C, D	переменные типа word типа TPolygon (record)	Определяют номера вершин четырехугольника в полигоне. Диапазон значений - 0.. nTPolygon
ro	real	Определяет расстояние от объекта наблюдения до фигуры. Имеет фиксированное значение

 

3.4 Текстовое описание основных процедур и функций и их блок-схемы

 

Процедура FormCreate

Задаются углы поворота, радиусы паралеллей, их количество и высота вазы. Вычисляются видовые координаты вершин вазы (пересечения параллелей и меридианов). Рассчитывается количество полигонов. Создаётся фон типа TBitmap, на котором будет рисоваться фигура (рисунок 4).

 

 

Процедура FormKeyDown

В этой процедуре отслеживаются нажатые клавиши с последующим выполнений соответствующих команд.

При помощи процедуры KeyDown задается угол поворота объекта. При нажатии клавиш Up, Down, Left, Right объект поворачивается в заданном направлении (рисунок 5).

 

Рисунок 5 – Блок-схема процедуры FormKeyDown

 

Процедура Sort

Для каждого полигона высчитывается вектор нормали и приводится к единичной форме; сортировка массива полигонов по минимальным значениям средних координат (рисунок6).

 

Рисунок 6 – Блок-схема процедуры Sort

 

Процедура ViewTransformation

В этой процедуре вычисляются видовые и экранные координаты точек, задаются полигоны. В процедуре мировые координаты переводятся в видовые, в свою очередь которые преобразовываются в экранные координаты точек (рисунок7).

 

Рисунок 7 – Блок-схема процедуры ViewTransformation

 

Процедура Draw

Поочередная прорисовка полигонов, то есть который грань дальше от нас прорисовывается первой и т.д (рисунок 8).

 

Рисунок 8 – Блок-схема процедуры Draw

 

Функция tone

Функция, задающая плоскость цвета.

В зависимости от угла между направлением взгляда и нормалью цвет должен изменяться. Значение координаты nz нормали для видимой грани изменяется в диапазоне [-1, 0), цвет грани задан в виде RGB компонентов. И, следовательно, для получения цвета грани нужно умножить каждую компоненту на абсолютное значение nz. Для получения компонент цвета воспользовались функциями GetRValue, GetGValue, GetBValue.

 

3.5 Алгоритм взаимодействия процедур

 

Рисунок 9 – Алгоритм взаимодействия процедур

4. Тестирование программы

 

Интерфейс программы представляет собой форму, на которой представлена ваза. Форма имеет фон, для лучшего восприятия.

После запуска программы на экране не наблюдается ничего. Для наблюдения эффектов предлагается использовать следующие кнопки клавиатуры: ВНИЗ: Поворот вокруг оси x вниз; ВЛЕВО: Поворот вокруг оси y влево; ВВЕРХ: Поворот вокруг оси x вверх; ВПРАВО: Поворот вокруг оси y вправо.

Вид окна программы представлен на рисунке 10.

При нажатии на клавиши "влево", "вправо", "вверх", "вниз" происходит соответствующее перемещение фигуры.

 

Рисунок 10 - Вид окна программы

 

В ходе тестирования программа работала стабильно, не вызывала появления сообщений об ошибках.

 

Список литературы

 

1. Порев В.Н. Компьютерная графика – СПб.: БХВ – Петербург, 2002. – 432 с.: ил.

2. Шикин А.В., Боресков А.В. Компьютерная графика. Полигональные модели. – М.: ДИАЛОГ – МИФИ, 2001. – 464с.

3. Л. Аммерал Принципы программирования в машинной графике. Пер. с англ. – М.: "Сол Систем", 1992. – 224 с.: ил.

 

Приложение

 

Листинг программы

 

unit prog;

interface

uses

Windows,Messages,SysUtils,Variants,Classes,Graphics,Controls,Forms,

Dialogs,StdCtrls,Math;

type

TForm1 = class(TForm)

procedure KeyDown(Sender:TObject;var Key:Word;Shift:TShiftState);

procedure FormCreate(Sender:TObject);

procedure FormPaint(Sender:TObject);

private

{ Private declarations }

public

{ Public declarations }

end;

T3DPoint=record

x,y,z:extended

end;

TPolygon=record

A,B,C,D:word;

clr:TColor;

end;

const

step=30;//количество точек на одной параллели

nPOINT=step*10+1;

nPOLYGON=step*10+step;

col1=255+255*$100+204*$10000; //цвет стенок(полигонов) вазы

col2=209+154*$100+65*$10000; //цвет дна вазы

var

Form1:TForm1;

Buf,Blinc_Buf:TBitMap;

polygons:array[1..nPolygon] of Tpolygon;

w,v1:array[1..nPOINT] of T3DPoint;//мировые (world),видовые (view) координаты вершин

v:array[1..nPOINT] of TPoint;//экранные (screen) координаты вершин

S:array[1..nPOLYGON] of extended;

n:array[1..nPOLYGON] of T3DPoint; //массив нормалей

teta,phi,d,ro,r:real;

implementation

{$R *.dfm}

function tone(clr:TColor;nz:extended):TColor; //плоскость цвета

begin

tone:=rgb(round(nz*GetRValue(clr)),

round(nz*GetGValue(clr)),

round(nz*GetBValue(clr)))

end;

procedure ViewTransformation;

var i: integer;

begin

for i:=1 to nPOINT Do

begin

v1[i].x:=Round(w[i].x*(-sin(teta))+w[i].y*(cos(teta)));

v1[i].y:=Round(w[i].x*(-cos(phi)*cos(teta))-w[i].y*(cos(phi)*sin(teta))+

w[i].z*(sin(phi)));

v1[i].z:=Round(w[i].x*(-sin(phi)*cos(teta))-w[i].y*(sin(phi)*sin(teta))-

w[i].z*(cos(phi)))+ro;

v[i].x:=Round(Form1.ClientWidth div 2+v1[i].x);

v[i].y:=Round(Form1.ClientHeight div 2+v1[i].y);

end;

end;

procedure Sort;

var

i:integer;

begin

for i:=1 to nPOLYGON do

begin

s[i]:=(v1[polygons[i].a].z+v1[polygons[i].b].z+v1[polygons[i].c].z)/3;

//координаты вектора нормали

n[i].x:=v1[polygons[i].a].y*(v1[polygons[i].b].z-v1[polygons[i].c].z)+

v1[polygons[i].b].y*(v1[polygons[i].c].z-v1[polygons[i].a].z)+

v1[polygons[i].c].y*(v1[polygons[i].a].z-v1[polygons[i].b].z);

n[i].y:=v1[polygons[i].a].z*(v1[polygons[i].b].x-v1[polygons[i].c].x)+

v1[polygons[i].b].z*(v1[polygons[i].c].x-v1[polygons[i].a].x)+

v1[polygons[i].c].z*(v1[polygons[i].a].x-v1[polygons[i].b].x);

n[i].z:=v1[polygons[i].a].x*(v1[polygons[i].b].y-v1[polygons[i].c].y)+

v1[polygons[i].b].x*(v1[polygons[i].c].y-v1[polygons[i].a].y)+

v1[polygons[i].c].x*(v1[polygons[i].a].y-v1[polygons[i].b].y);

if (sqrt(sqr(n[i].x)+sqr(n[i].y)+sqr(n[i].z)))<>0 then

n[i].z:=n[i].z/(sqrt(sqr(n[i].x)+sqr(n[i].y)+sqr(n[i].z)))

else n[i].z:=0;

end;

end;

procedure Draw;

var

j,i1,i:integer;

f: real;

begin

Sort;

f:=0;

buf.Canvas.Draw(0,0,blinc_buf); //рисуем в основном буфере фон

for i1:=1 to nPOLYGON do

begin

//Опред.невидимости грани (слегка затеняем внутреннюю поверхность)

if (n[i1].z>0) then n[i1].z:=n[i1].z*0.60;

end;

for i1:=1 to nPOLYGON do

begin

for i:= 1 to nPOLYGON do

if s[i]>f then begin j:=i;f:=s[i];end;

with polygons[j] do

begin

Buf.Canvas.Brush.Color:=tone(clr,ABS(n[j].z)); //цвет полигона

Buf.Canvas.Pen.Color:=tone(clr,ABS(n[j].z*0.96));//цвет границ полигонов

Buf.Canvas.Polygon([v[A],v[B],v[C],v[D]]); //прорисовка полигона

end;

s[j]:=0;

f:=0;

end;

Form1.Canvas.Draw(0,0,buf); //прорисовываем буфер на экране(форме)

end;

procedure TForm1.KeyDown(Sender:TObject;var Key:Word;Shift:TShiftState);

begin

CASE KEY of

VK_UP: phi:=phi+pi*0.05;

VK_DOWN: phi:=phi-pi*0.05;

VK_LEFT: teta:=teta+pi*0.03;

VK_RIGHT: teta:=teta-pi*0.03;

end;

ViewTransformation;

Draw;

end;

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);

var

B,L,H,nn:integer;

dL:Real;

const

Rz:array[0..9] of integer = (50,75,90,94,88,74,54,42,40,46);//радиусы параллелей

begin

H:=250; // высота вазы

d:=200; //масштаб

ro:=500; //перспектива

teta:=pi/9; //угол поворота

phi:=pi*4/3; //угол поворота

// вершины вазы

for B:=0 to 9 do

begin

for L:=0 to step-1 do

begin

dL:=L*Pi*(360/step)/180;

w[B*step+L+1].x:=Rz[B]*sin(dL); //Вычисление мировых координат

w[B*step+L+1].y:=Rz[B]*cos(dL);

w[B*step+L+1].z:=H/10*B-H/2;

end;

end;

// полигоны вазы

nn:=1;

for B:=1 to 9 do

begin

for L:=0 to step-2 do

begin

polygons[nn].A:=(B-1)*step+L+1;

polygons[nn].B:=(B-1)*step+L+2;

polygons[nn].C:=B*step+L+2;

polygons[nn].D:=B*step+L+1;

polygons[nn].clr:=col1;

nn:=nn+1;

end;

polygons[nn].A:=B*step;

polygons[nn].B:=(B-1)*step+1;

polygons[nn].C:=B*step+1;

polygons[nn].D:=(B+1)*step;

polygons[nn].clr:=col1;

nn:=nn+1;

end;

// вершина дна вазы

w[nPOINT].x:=0;w[nPOINT].y:=0;w[nPOINT].z:=-H/2;

// полигоны дна вазы

for L:=0 to step-2 do

begin

polygons[L+nPOINT].A:=L+2;

polygons[L+nPOINT].B:=L+1;

polygons[L+nPOINT].C:=nPOINT;

polygons[L+nPOINT].D:=nPOINT;

polygons[L+nPOINT].clr:=col2;

end;

polygons[nPOLYGON].A:=1;

polygons[nPOLYGON].B:=step;

polygons[nPOLYGON].C:=nPOINT;

polygons[nPOLYGON].D:=nPOINT;

polygons[nPOLYGON].clr:=col2;

// буфер

buf:=TBitmap.Create;

buf.Width:=Form1.ClientWidth;

buf.Height:=Form1.ClientHeight;

// фон

blinc_buf:=TBitmap.Create;

blinc_buf.Width:=Form1.ClientWidth;

blinc_buf.Height:= Form1.ClientHeight;

blinc_buf.Canvas.Rectangle(0,0,Form1.ClientWidth,Form1.ClientHeight);

blinc_buf.LoadFromFile('./background.bmp');

end;

procedure TForm1.FormPaint(Sender: TObject);

begin

// ViewTransformation;

// Draw;

end;

end.