通用容器三维建模及容器内流体运动模拟---毕业论文.doc

1、 本 科 毕 业 论 文 通用容器三维建模及容器内流体运动模拟 Technologies of 3D Modeling for Design of Current Vessel and Fluid Simulation in Current Vessel 姓 名： 学 号： 学 院：软件学院 系：软件工程 专 业：软件工程 年 级： 指导教师： 教授 年 六 月 摘 要 随着计算机图形图 像技术的应用与发展 , 三维立体图像技术也得到了迅速的发展。要想真实地再现周围的客观世界 , 必须创建物体的空间模型。 OpenGL 图形系统作为图形硬件的软件接口 , 能够让程序员创建交互式程序 , 实现三

2、维物体的参数化建模与仿真；而 3D Studio Max 作为一款通用三维设计软件 , 能够通过可视化设计 , 实现三维物体的精细建模与仿真。 通用容器由二维建模转向三维建模是容器设计的发展方向。 本文研究基于 OpenGL 的通用容器几何造型技术，总结通用容器常见结构，研究这些结构的三维造型方法，并且应用这些技术方法进行了 三维建模，然后使用贴图技术进行装潢设计；并研究如何满足更多的需求，在设计阶段就考虑到需求，使设计与需求更好的衔接，即实现基于模块化、参数化的三维建模，为实现交互式三维容器 CAD 提供了一种有效方法。 而对于容器内流体模拟，通过数学函数、 C+函数、 OpenGL 绘面函

3、数以及 OpenGL 的粒子系统来编写仿真程序，实现水面的波动、水中物体运动、水中气泡产生。 另外，本文还会研究基于 3D Studio Max 的通用容器几何造型技术，应用 3D Studio Max软件对一些常见容器进行简单建模，并进行纹理贴图，并解析完 成后的模型文件结构，将其通过 OpenGL 模式进行重绘并在程序中显示。 该技术可广泛应用于包装设计，游戏设计，动漫制作及虚拟现实等各个领域。 关键词： 容器；三维建模；流体模拟 Abstract Along with the Computer Graphics and Imaging Technologys application an

4、d development, the Three Dimensional Vectograph Technology also obtained the rapid development. For reconstruct the real objective surrounding world , we must found the objects three-dimensional model. The OpenGL graphics system takes the graph hardwares software interface, can let the programmer fo

5、und the interactive procedure, realizes three-dimensional objects parameterized modeling and simulation; But 3D Studio Max takes a section of general three dimensional design software, can through the visual design, realize three-dimensional objects elaborate modeling and simulation. The general ves

6、sel modeling changes the three dimensional modeling by the two-dimensional modeling is the vessel design development direction. This article studies based on the OpenGL general vessel geometric modeling technology, summarizes the general vessel common structure, studies these structures the three di

7、mensional modeling method, and applied these computing technique to carry on the three dimensional modeling, then the use pasted the chart technology to carry on the decoration design; And how studies to meet more needs, considers the demand in the design stage, causes the design and a demand better

8、 engagement, namely realizes based on modular, the parameterized three dimensional modeling, to realize interactive three dimensional vessel CAD to provide one efficacious device. But regarding the vessel in the fluid simulation, through the mathematical function, the C+ function, OpenGL draws the s

9、urface function as well as the OpenGL granule system compiles the simulated program, realizes in the water surface fluctuation, the water in the object movement, the water the air bubble production. Other, this article will also study based on the 3D Studio Max general vessel geometric modeling tech

10、nology, software will carry on the simple modeling using 3D Studio Max to some common vessels, and will carry on the texture to paste the chart, after and will analyze will complete the model file organization, will carry on it through the OpenGL pattern redraws and demonstrated in the procedure. Th

11、is technology may widely apply in the packing design, the game designs, animation manufacture and virtual reality and so on each domain. Key words: Vessel; Three dimensional modeling; Fluid simulation 目 录 第一章 . 引 言 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 本文的主要工作 . 2 第二章 . 开发环境及应用技术 . 3 2.1 系统平台及开发环境 . 3 2.2 C+概述 . 3 2

12、.2.1 面向对象和类 . 3 2.2.2 C+特点 . 3 2.3 OpenGL 概述 . 4 2.3.1 OpenGL 简介 . 4 2.3.2 OpenGL 的体系结构 . 4 2.3.3 OpenGL 实用库 . 5 2.3.4 OpenGL 功能概述 . 6 2.3.5 OpenGL 图形操作步骤 . 7 2.4 3DS MAX 概述 . 7 2.4.1 3DS MAX 简介 . 7 2.4.2 3DS MAX 特点 . 8 第三章 . 系统设计 . 9 3.1 思路流程 . 9 3.2 系统框架 . 10 3.3 系统流程 . 11 第四章 . 系统及其各模块实现 . 13 4.1

13、 程序框架 . 13 4.1.1 Win32 程序框架 . 13 4.1.2 OpenGL 程序框架 . 14 4.1.3 框架总结 . 15 4.2 基于 OpenGL 的通用容器三维建模 . 16 4.2.1 回转体结构容器三维建模 . 16 4.2.2 非回转体结构容器三维建模 . 20 4.2.3 特殊结构容器的 BEZIER 曲线曲面建模 . 23 4.2.4 特殊结构容器的 NURBS 曲线曲面建模 . 26 4.3 基于 3D Studio Max 的通用容器三维建模 . 29 4.3.1 简单结构容器的基本图形建模 . 30 4.3.2 特殊结构容器的 NURBS 建模 . 3

14、2 4.3.3 三维模型在 OpenGL 中的显示 . 34 4.3.4 3DS MAX 三维建模总结 . 36 4.4 基于 OpenGL 的容器内流体仿真模拟 . 36 4.4.1 平静水面的流体模拟 . 37 4.4.2 波动水面的流体模拟 . 40 4.4.3 OpenGL 流体仿真模拟总结 . 41 4.5 基于 3D Studio Max 的容器内流体仿真模拟 . 40 4.5.1 平静的流体模拟 . 41 4.5.2 运动 的流体模拟 . 43 4.5.3 3DS MAX 流体 仿真 模拟 总结 . 46 4.6 真实感贴图技术 . 48 4.6.1 OpenGL 中的真实感贴图

15、 . 48 4.6.2 3DS MAX 中的真实感贴图 . 53 结 论 . 56 参考文献 . 55 致 谢 . 56 Contents Chapter 1 Introduction . 1 1.1 Background. 1 1.2 Content . 2 Chapter 2 Developing Platform . 3 2.1 Developing Platform . 3 2.2 C+ Summarizer . 3 2.2.1 Object Oriented and Class. 3 2.2.2 C+ Outline. 3 2.3 OpenGL Summarizer . 4 2.3.

16、1 OpenGL Synopsis . 4 2.3.2 OpenGL Framework . 4 2.3.3 GLU. 5 2.3.4 OpenGL Function. 6 2.3.5 OpenGL Manipulation . 7 2.4 3DS MAX Summarizer . 7 2.4.1 3DS MAX Synopsis . 7 2.4.2 3DS MAX Characteristic . 8 Chapter 3 System Design . 9 3.1 Thinking Flow. 9 3.2 System Framework. 10 3.3 System Flow . 11 C

17、hapter 4 System Implementation . 13 4.1 Program Framework . 13 4.1.1 Win32 Framework . 13 4.1.2 OpenGL Framework . 14 4.1.3 Framework Summarizer . 15 4.2 Vessels 3D Modeling on the OpenGL . 16 4.2.1 Helicoid Vessel . 16 4.2.2 Polyhedral Vessel . 20 4.2.3 BEZIER Curve Vessel . 23 4.2.4 NURBS Curve Ve

18、ssel . 26 4.3 Vessels 3D Modeling on the 3D Studio Max. 29 4.3.1 Ordinary Vessel. 30 4.3.2 Special Vessel . 32 4.3.3 Display 3DS in the OpenGL . 34 4.3.4 3DS MAX Summarizer . 36 4.4 Fluid Simulation on the OpenGL . 36 4.4.1 Tranquil Fluid Simulation . 37 4.4.2 Wavy Fluid Simulation . 40 4.4.3 Fluid Simulation Summarizer on the OpenGL . 41 4.5 Fluid Simulation on the 3DS MAX . 40 4.5.1 Tranquil Fluid Simulation . 41 4.5.2 Wavy Fluid Simulation . 43 4.5.3 Fluid Simulation Summarizer on the 3DS MAX . 46 4.6 3D Texture Technology.