摘 要

随着计算机行业的快速发展，计算机图形学得到了全面的普及，发展势头丝毫不见减弱。现如今计算机图形学已经进入了三维时代。科学计算可视化、计算机动画，虚拟现实这三大热门话题，其技术核心就是三维图形。

一般在计算机上编写三维图形，会使用OpenGL或DirectX，其中最为常用的是SGI公司的Open Graphics Languag(OpenGL)，OpenGL是一种基于图形硬件的软件接口的3D图形和模型库，具有高度的可移植性，而且有很迅速的渲染速度，已经广泛应用于各大领域。

OpenGL三维建模技术可以在电脑上较为真实的再现我们身边的客观事物，对其进行模拟。本文主要以三维函数图像为研究对象，使用OpenGL解决以下问题：将OpenGL绘图技术与热电材料性质研究相结合，使用OpenGL将二维函数图像绘制成三维函数图像，对三维函数进行数据比对，观察函数走势，进而得出材料最优性能点的问题。

关键字：计算机图形学、OpenGL、三维函数模型、热电效应

Abstract

With the rapid development of computer industry, computer graphics has been a comprehensive popularity, the development momentum did not weaken. Nowadays computer graphics has entered the three-dimensional era. Scientific computing visualization, computer animation, virtual reality of the three hot topics, the core of its technology is three-dimensional graphics.

Generally, 3D graphics are written on a computer, using OpenGL or DirectX. The most common ones are SGI's Open Graphics Languag (OpenGL). OpenGL is a 3D graphics and model library of software interfaces based on graphics hardware. Portability, and there is a very rapid rendering speed, has been widely used in various fields.

OpenGL 3D modeling technology can be on the computer more realistic reproduction of our side of the objective things, to simulate it. In this paper, the 3D function image is used as the object of study, and the following problems are solved by using OpenGL: Combining OpenGL graphics technology with the study of the properties of thermoelectric materials, two-dimensional function images are drawn into three-dimensional functions using OpenGL, and the three-dimensional functions are compared with each other. Function of the trend, and then get the best performance of the material point of the problem.

Keywords: Computer Graphics,OpenGL, 3D function model，Thermoelectric effect

目录

第1章 绪论 1

1.1三维模型与虚拟现实技术 1

1.1.1 虚拟现实技术的定义 1

1.1.2 三维模型在虚拟现实中的应用 1

1.1.3 三维引擎简介 1

1.2材料最优性能点的找寻方法 2

1.3课题目标及课题内容 3

第2章 绘图技术基础 3

2.1 OpenGL简介 3

2.1.1OpenGL在三维图形编程中的地位 3

2.1.2OpenGL的功能及特点 3

2.1.3 OpenGL的工作流程 4

2.2 模型的建立 5

2.2.1 对象 5

2.3 虚拟环境中的数学基础 5

2.3.1 重心组合：平面 5

2.4 光照模型 8

2.4.1 环境光 8

2.4.2 漫反射 8

2.4.3 镜面反射 9

2.5 材质模型 10

第3章 关于材料的热电效应 12

3.1 热电效应 12

3.2 关于热电效应的研究 12

第4章 基于OpenGL的三维函数图像绘制 15

4.1 在VS中创建OpenGL应用程序 15

4.2 OpenGL的语法 15

4.3 OpenGL的初始化 15

4.4 OpenGL图形的颜色 17

4.5 二维函数图像绘制程序的实现 18

4.6 三维曲面图像的绘制 19

4.7 三维函数图像的绘制 20

4.8热电效应函数图像的三维化 19

第5章 总结与展望 24

参考文献 24

附录 25

致谢 32

第1章 绪论

1.1三维模型与虚拟现实技术

1.1.1 虚拟现实技术的定义

我们一直寻求用户与计算机进行比过去更加深入的交互形式，当今的虚拟现实就满足了这一点。虚拟现实系统具有想象性，交互性，临境性这三个显著特征。从简单的方面说明虚拟现实技术，就是通过计算机制造出成一个三维的虚拟环境，再通过传感设备与之进行交互。它与传统意义上的模拟技术有很多不同的地方，虚拟现实技术中包含有仿真系统，视景系统，模拟环境，将他们集合在一起，通过使用立体声耳机、图形眼镜等传感装置，观者可以看到不可多得的三维视图体验，领略到三维虚拟环境技术的魅力。

1.1.2 三维模型在虚拟现实中的应用

随着计算机软件和硬件的迅速发展，计算机图形学也得到了普及。现今，计算机图形学已被用于生活中的各个领域，并且还在不断的发展中。图形界面的高速发展远远超过了原本的文本界面，文本界面大有被取代之势，图形界面逐渐成为主导。在诸多领域中都已成为关键技术。

发展到现在，计算机图形学已经进入到三维时代，三维图形已经在成为人们生活的一部分。近年来计算机图形学中的科学计算可视化、计算机动画，虚拟现实这三大热门话题，其技术核心就是三维图形。

目前，三维图形已在各个领域均有着十分广泛的应用。三维模型是虚拟现实技术的基础，作为虚拟现实技术重要的一部分，其应用领域广泛，主要在科研、军事训练上运用较多，发展至今在商业、企业生产等中也逐渐得到了应用。

计算机图形学研究构建物体的计算机模型进而合成画像，而图像处理研究则是与此相反的过程：由物体的画像重构其二维或三维模型。

虚拟现实技术经过了多年的稳步发展，已经逐渐走入正轨，在很多领域都已经进入实用化的阶段。目前很多国家都在大力发展这种高新技术并且在诸多领域已广泛应用了，取得了显著的综合效益。

1.1.3 三维引擎简介

进行三维图形的绘制需要一定算法和专业知识基础，开发三维应用程序有一定。现今在计算机上编写三维图形，一般使用OpenGL或DirectX。这些软件在制作三维真实感图形时很实用，但它们在实际应用是也存在这或多或少的缺点，以下列举几条其缺点：1、由于都是非面向对象的，所以在设计和操作场景时相对复杂，实现难度较高2、构图多用基层图元，这导致实现复杂场景有些困难。3、没有与之结合度很高的建模工具。4、一些关键技术支持还不够全面。基于以上情况，应用程序开发人员迫切需要一个已经封装了硬件操作和图形算法、精简容易使用、功能齐全内容丰富的三维图形开发环境，这个三维图形开发环境就被称之为三维图形引擎。

1.2材料最优性能点的找寻方法

在这里我们不单独对材料的性质进行研究，而是借助一些工具辅助我们找寻材料最优性能点。通过OpenGL三维建模技术可以在电脑上较为真实的再现我们身边的客观事物，对其进行模拟。本文我们就借助OpenGL来完成这个任务。

借助一些已经完成的研究成果，我们使用OpenGL对其数据进行进一步的处理分析。在本文中，我们主要研究目前热门的热电材料的性质.

主要研究对象是三维函数图像，使用OpenGL将原本的二维函数图像绘制成三维函数图像，对三维函数进行数据比对，观察函数走势，进而得出材料最优性能点。

1.3课题目标及课题内容

任何物体都可以简单的用点、线、面来组成。通过不同方位的点线面组合，可以得到不同结构的物体。物体的材质是指物体表面对光的反应特性，物体所呈现出的颜色可以通过光照射在物体表面时的反射率来设定。

本文对在OpenGL中的三维函数的绘制进行了研究，并与当下热门的热电材料性质相结合。本文所做的主要工作如下：