1、毕业设计开题报告 计算机科学与技术 基于 OpenGL 的天体运动模拟系统的设计与实现 一、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 计算机图形学是研究怎样有数字计算机生成、处理和显示图形的一门新兴学科，国外的计算机教材将图形学定义为用计算将由概念或数学描述所表示的物体 (而不是实物 )图像进行处理和显示的过程，其侧重点在于根据物体描述模型、光照及想像中的摄影机的成像几何，生成一幅图像的过程。 计算机图形学主要研究在计算机中如何表示图形如何利用计算机对图形进行分析，计算、处理和显示的相关原理与算法。 计算机图形学在我国的应用于 20 世纪 70 年代起步，至今已在机械、电子、航空航天、
2、建筑等多个领域得到了广泛应用，取得了明显了经济和社会效益，但我国这方面的人材缺乏，懂得计算机图形学的工程技术人员不多，或了解不深入也影响了这门新兴学科在我国的推广和应用，计算机图形学专门人材的培养是一项意义重大而又紧迫的任务，随着计算机图形学在我国的深入发展，必将在国民经济各个领域中发挥越来越大的作用。 随着计算机图像学的发展，出现了各种三维图像工具软件包，如 PHIGS、 PEX、 RenderMan 等。但没有一种三维工具软件包在交互 式三维图像建模能力、外部设备管理及编程方便程度上能够和OpenGL 相比拟。 OpenGL， Open Graphics Libaray，是个 3D 图像和
3、模型库。他被定义为 “ 一个图像硬件的软件接口 ” 。 OpenGL,在真实感图像制作上的优秀性能使之成为诸大公司的图像标准，所以OpenGL 又是新一代的三维图像工业标准。 OpenGL 不仅是个图像库，他更是个应用程式接口 API。 将 OpenGL 称之为 SGI（视算科技）的 OpenGL 毫不为过。 OpenGL 最初是 SCI 公司为其图像工作站研发的、独立于窗口操作系统和硬件环境的 图像研发环境，其目的是将用户从具体的硬件中解放出来，完全不用理解这些系统的结构和指令系统，只要按照规定的格式书写应用程式就能在所有支持该语言的硬件平台上执行。他源于 IRIS GL，在跨平台移植过程中
4、发展成为 OpenGL。 SGI 在 1992年 7月发布 1.0版，后成为工业标准，由成立于 1992年的 OpenGL Architecture Review Board (ARB) ARB 体系评审委员会控制。 SGI 等 ARB 成员以投票方式产生标准，并制成规范文件(Specification)公开，各软硬件厂商据此研发自己系 统上的实现。只有通过了 ARB 规范全部测试的实现才能称为 OpenGL，目前的 ARB 投票成员包括 SGI、 Intel、 IBM、 nVIDIA、 ATi、 Microsoft、 Apple等公司。 2001年 8月 ARB 批准了 1.1版本，随后推出
5、了 1.2， 2002年 7月 24日通过的 1.4版本，最新版本规范是 2003年 7月退出的 1.5。最近， 3Dlabs 提出了 OpenGL 2.0新的版本，在 OpenGL2.0中注入新性能，突破 OpenGL1.X 版本难以跟上硬件发展水平的缺陷，希望在技术上超过 DirectX D3D，成为图象图像世 界的领先者。 OpenGL2.0的目标，就在于启动并研发硬件的可编程能力。 OpenGL 的最大特点是和硬件的无关性，独立于硬件和窗口系统。使用他，图像软件生产厂商再不用为各种不同的机型研发设计不同的软件，只要操作系统使用了 OpenGL 适配器就能达到相同的效果。他能运行在当前各
6、种流行的操作系统上，如 MacOS、 Unix、 视窗系统 95/98/NT/2000、 Linux、OPENStep、 Python、 BeOS 等，并且非常容易从一个平台移植到另一个平台上。许多计算机公司已把 OpenGL 集成到各种窗口和操作系统中，其 中操作系统包括 UNIX、 视窗系统 NT、 DOS 等，窗口系统有 X 窗口、 视窗系统 等 。 各种流行的编程语言都能调用 OpenGl 的库函数，如： C、 C+、 Fortran、 Ada、 Java。许多软件厂商也纷纷以 OpenGL 为基础研发出自己的产品，例如著名的 GIS 软件 ARC/INFO。 OpenGL 完全独立于
7、各种网络协议和网络拓扑结构。 OpenGL 能在网络环境下以客户机 /服务器模式工作，充分发挥集群运算的威力，是专业图像处理、科学计算等高端应用领域的标准图像库。 作为图像硬件的软件接口， OpenGL 由几百个指令或函数组成 。这些函数使得编程人员能够指定对象并对其操作，从而生成高质量色彩丰富的三维物体。他包括了 120个图像函数，研发者能用这些函数来建立三维模型和进行三维实时交互。和其他图像程式设计接口不同， OpenGL 提供了十分清晰明了的图像函数，因此初学的程式设计员也能利用 OpenGL 的图像处理能力和 1670万种色彩的调色板非常快地设计出三维图像及三维交互软件。 OpenGL
8、 是一套底层三维图像 API，之所以称之为底层 API，是因为他没有提供几何实体图元，不能直接用以描述场景。 OpenGL 不需求研发者把三维物体模型的数据写成固 定的数据格式，这样研发者不仅能直接使用自己的数据，而且能利用其他不同格式的数据源。通过一些转换程式，能非常方便的将 AutoCAD、 3DS 等图像设计软件制作的 DFX 和 3DS 模型文件转换成 OpenGL 的顶点数据。这种灵活性极大地节省了研发者的时间，提高了软件研发效益。 二、 研究的基本内容，拟解决的主要问题： 1 基于 OPENGL 的天体运动模拟系统实现 的技术原理 2 OPENGL 系统开发包实现 天体运动模拟系统
9、 的内部函数 3 天体 的 运动 及如何通过内部函数结构使系统识别 5基于 OpenGl 绘制三维立体图形的函数结构 6如何通过外部软件和内部函数绘制出 虚拟天体 7.通过外部软件和内部函数绘制出 虚拟天体运行轨迹 三、研究步骤、方法及措施： 1、总体设计 在需求分析基础上，对增强现实系统进行体系架构，概要设计，划分模块，并对技术作简要介绍。 2、详细设计 在设计前对 基于 OPENGL 的天体运动模拟系统 做详细技术分析，并有针对性的进行标志物和三维立体图形的设计，及对识别标志物模块和绘制三维立体图形模块做设计。 3、编码阶段 用 C 语音实现各个模块功能，设计事件触发功能，编译各部分代码，
10、并使之与后台处理结合。 4、测试阶段 对系统 进行单元测试，集成测试，系统测试等。 5、写论文 构思论文总体结构，书写论文草稿，反复修改论文。 四、 参考文献 1 柳朝阳，周小平 .计算机图形学图形的计算与显示原理 .西安：西安电子科技大学出版社， 2005.1 2 成思源，张群瞻 .计算机图形学 .北京 :冶金工业出版社， 2003.8 3 官章全，刘加明 .Visual C+6.0 类库大全 .北京：电子工业出版社， 1999.12 4 谭明全 .Visual C+图形编程技巧与实例 .北京：人发邮电出版社， 2002.9 5 黄明军，李桂杰译 .面向对象编程导论 .北京：机械工业出版社， 2003.9 6 Digital Avionics Systems Conference, 2005. DASC 2005. The 24th
