計算機圖形學(xué)輔助教學(xué)網(wǎng)站

摘要：本文主要介紹了計算機圖形學(xué)輔助教學(xué)網(wǎng)站的開發(fā)過程，核心論述了三維圖形在Web環(huán)境下實時交互的實現(xiàn)。針對圖形學(xué)三維知識的教學(xué)難點，為了實現(xiàn)Web環(huán)境下實時互動的三維教學(xué)演示，本課題采用了Java的Applet嵌入網(wǎng)頁中，同時通過JOGL（Java Bindings for OpenGL）來實現(xiàn)Applet中的三維圖形的繪制，并通過數(shù)字簽名技術(shù)繞過Applet的安全機制，來達到可交互的目的。

關(guān)鍵詞：教學(xué)網(wǎng)站；三維圖形；JOGL；Applet

中圖分類號：TP391.41 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 17-0000-02

1 前言

1.1 課題的目的及意義

《計算機圖形學(xué)》是計算機學(xué)科中比較抽象，難懂的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。按照普通的教學(xué)模式，學(xué)生不易接受。如能結(jié)合《計算機圖形學(xué)》輔助教學(xué)網(wǎng)站來教學(xué)，使用動畫和演示程序則能生動、直觀地揭示計算機圖形學(xué)算法的精髓和本質(zhì)，由于實現(xiàn)了算法的可視化，使學(xué)生的理論思維與形象思維有機的統(tǒng)一起來，有利于提高教學(xué)效果。

2 相關(guān)技術(shù)簡介

Web環(huán)境下的三維圖形交互技術(shù)是本課題的難點，本課題通過對以下相關(guān)技術(shù)的研究和使用克服了這一難點。主要包括Java中Applet以及JOGL技術(shù)，JOGL即是Java的OpenGL綁定。

在面向?qū)ο蟮恼Z言中，Java是一種真正的面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。為了在Java中使用OpenGL，出現(xiàn)了許多新的想通過友好的Java API來使用OpenGL的嘗試，如Java 3D，OpenGL for Java Technology等，其中有一種稱為Java對于OpenGL的綁定的技術(shù)，得到了Sun公司和SGI公司的支持，是目前的一種比較令人滿意的在Java中使用OpenGL的技術(shù)[1]。

3 網(wǎng)站建設(shè)總體設(shè)計

3.1 網(wǎng)站制作流程與總體規(guī)劃

網(wǎng)站的制作流程如下：

第一步：網(wǎng)站定位。

第二步：依據(jù)需求分析對網(wǎng)站結(jié)構(gòu)進行總體規(guī)劃。

第三步：劃分各功能模塊。

第四步：制定網(wǎng)站建設(shè)規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)。

第五步：選擇開發(fā)需要的軟硬件環(huán)境。

第六步：構(gòu)建網(wǎng)站。

第七步：網(wǎng)站的測試。

第八步：網(wǎng)站的發(fā)布與維護管理。

由于本課題的重點是WEB下三維圖形的交互，因此建站環(huán)節(jié)不做詳解

4 網(wǎng)站詳細(xì)設(shè)計

本章重點介紹教學(xué)演示模塊的詳細(xì)設(shè)計。

根據(jù)需求分析和概要設(shè)計，當(dāng)點擊演示子目錄時，顯示內(nèi)容分別如圖4-1、4-2所示。其中，圖4-2為演示子目錄中的鼠標(biāo)交互結(jié)果圖。

在介紹各個演示的算法實現(xiàn)前，首先介紹一下三維圖形的顯示流程。如圖4-3所示。

基于三維圖形顯示原理圖，我們設(shè)計出本模塊的六個演示（幾何變換、投影變換、光照、材質(zhì)、紋理、霧化）及算法。首先要實現(xiàn)演示的主程序框架，即JOGL下的特殊的Applet框架。同時該演示運行界面主要包括三個窗口：世界坐標(biāo)系窗口、屏幕坐標(biāo)系窗口、命令行窗口。因此，我們需要分別實現(xiàn)這三個窗口，然后通過主框架的調(diào)用，完成演示的實現(xiàn)。

4.1 主程序的框架實現(xiàn)：

（1）Java下的Applet框架

Applet框架的主要功能是創(chuàng)建一個顯示窗口，并整體控制程序的生命周期，同時負(fù)責(zé)調(diào)用三個子窗口的監(jiān)聽器，主要分為四個部分：

①init（ ）方法：初始化程序，主要完成一些Applet構(gòu)造方法不能完成的工作。

②start（ ）方法：啟動程序，初始化后，重入等都將自動調(diào)用。

③stop（ ）方法：停止程序，用于停止消耗系統(tǒng)資源。

④destroy（ ）方法：銷毀程序，瀏覽器關(guān)閉時自動調(diào)用，以清除所用資源。

（2）JOGL下的Applet框架

JOGL中的Applet框架與Java下的Applet框架相同，包括上面四個部分，但是在各部分中需要添加自己的實現(xiàn)代碼。

4.2 命令行窗口

該窗口功能的實現(xiàn)主要通過定義一個監(jiān)聽器類CommandWindow來完成。

該部分主要顯示該演示所需的關(guān)鍵代碼及隨時更新其中可變的坐標(biāo)參數(shù)。

4.3 屏幕坐標(biāo)系窗口

該窗口功能的實現(xiàn)主要通過定義一個監(jiān)聽器類ScreenWindow來完成。

該部分主要顯示繪制出來的三維物體模型，同時還包含兩種用戶交互。

4.4 世界坐標(biāo)系窗口

該窗口功能的實現(xiàn)主要通過定義一個監(jiān)聽器類WorldWindow來完成。

該部分主要顯示視點，世界坐標(biāo)系，視景體，以及在世界坐標(biāo)系下看到的三維物體模型。

上邊詳細(xì)講述了演示中三個窗口的相應(yīng)處理，下面我們以幾何變換為例來詳細(xì)介紹演示的實現(xiàn)過程。

該演示的類名稱為TransformationApplet，其主框架實現(xiàn)同上。

各窗口的主要處理如下：

（1）命令行窗口

本窗口中除了前面提到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還要用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：

①定義視點

public static float eye[] = { 0.0f， 0.0f， 2.0f }；//定義視點的位置

public static float at[] = { 0.0f， 0.0f， 0.0f }；//定義物體的位置

public static float up[] = { 0.0f， 1.0f， 0.0f }；//定義向上的向量

②定義矩陣

projection：投影矩陣，公有靜態(tài)數(shù)組；

modelview：幾何矩陣，公有靜態(tài)數(shù)組；

inverse：轉(zhuǎn)置矩陣，公有靜態(tài)數(shù)組；

③定義標(biāo)志性變量

public static boolean swapped = 1；//判斷是否交換平移和旋轉(zhuǎn)的位置

（2）屏幕坐標(biāo)系窗口

該窗口繼承前邊提到的全部監(jiān)視器。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

public static boolean flag = 1；//判斷是否在該窗口進行交互控制

基本函數(shù)：public void Judge（float update，int selection）

功能：更新變量值。

（3）世界坐標(biāo)系窗口

該窗口繼承前邊提到的事件監(jiān)視器。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

public static boolean flag = 1；//判斷是否在該窗口進行交互控制

本窗口的繪制以及用戶交互的實現(xiàn)過程為：

在事件監(jiān)聽器中，窗口重繪操作的處理不同。窗口繪制操作的CommandDisplay（）函數(shù)代碼有所不同。

上面主要介紹幾何變換演示的主要實現(xiàn)過程，其它的演示的實現(xiàn)過程類似，只是具體代碼有些不同，本文不再詳述。

5 小結(jié)

本章重點介紹了教學(xué)演示中的演示的實現(xiàn)過程，至此，完成了本網(wǎng)站的建設(shè)。

參考文獻：

[1]Andrew Davison.Pro Java 6 3D Game Development： Java 3D， JOGL， JInput and JOAL API.Apress，2007.