游戏开发-图形渲染与动画-计算机图形学（OpenGL_DirectX）_计算机图形学在医学影像中的应用.docxVIP

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计算机图形学基础

1OpenGL与DirectX简介

OpenGL和DirectX是两种广泛使用的计算机图形学API，它们在三维图形渲染中扮演着核心角色。OpenGL是一个跨平台的API，由KhronosGroup维护，用于渲染2D和3D矢量图形。它使用GLSL（OpenGLShadingLanguage）进行着色器编程，允许开发者直接控制图形硬件，实现复杂的渲染效果。

DirectX则是由微软开发的一系列API，主要用于Windows平台上的游戏和多媒体软件。DirectX中的Direct3D是用于3D图形渲染的部分，它提供了高级的图形渲染功能，包括硬件加速的纹理映射和光照效果。

1.1示例：OpenGL中的简单立方体渲染

#includeGL/glut.h

voiddisplay(){

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

glColor3f(1.0,0.0,0.0);

glPushMatrix();

glTranslatef(0.0,0.0,-6.0);

glutSolidCube(2.0);

glPopMatrix();

glFlush();

}

intmain(intargc,char**argv){

glutInit(argc,argv);

glutInitDisplayMode(GLUT_RGB|GLUT_DOUBLE|GLUT_DEPTH);

glutInitWindowSize(500,500);

glutCreateWindow(OpenGLCube);

glEnable(GL_DEPTH_TEST);

glutDisplayFunc(display);

glutMainLoop();

return0;

}

此代码示例展示了如何使用OpenGL在窗口中渲染一个简单的红色立方体。glClear函数用于清除颜色和深度缓冲区，glColor3f设置渲染颜色，glTranslatef和glutSolidCube用于在指定位置渲染立方体。

2维空间与坐标系

在计算机图形学中，三维空间通过三个坐标轴（X，Y，Z）来定义。坐标系可以是右手坐标系或左手坐标系，这取决于API的默认设置。在OpenGL中，默认使用右手坐标系，而在DirectX中，默认使用左手坐标系。

2.1示例：OpenGL中的坐标变换

#includeGL/glut.h

voiddisplay(){

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

glPushMatrix();

glTranslatef(1.0,1.0,1.0);//平移变换

glRotatef(45.0,0.0,1.0,0.0);//绕Y轴旋转45度

glutSolidSphere(1.0,20,20);

glPopMatrix();

glFlush();

}

此代码示例展示了如何在OpenGL中使用坐标变换。glTranslatef和glRotatef函数用于对模型进行平移和旋转变换，glutSolidSphere用于渲染一个球体。

3图形管线与渲染流程

图形管线是处理和渲染图形数据的一系列步骤。它包括顶点处理、片段处理、纹理映射、光照计算等阶段。在OpenGL和DirectX中，图形管线的实现略有不同，但基本原理相似。

3.1示例：OpenGL中的图形管线

#includeGL/glut.h

#includeGL/glu.h

#includeGL/gl.h

voiddisplay(){

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

glEnableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);

glEnable(GL_TEXTURE_2D);

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,textureID);

glVertexPointer(3,GL_FLOAT,0,vertices);

glTexCoordPointer(2,GL_FLOAT,0,texCoords);

glDrawArrays(GL_