C语言游戏模型（飞机）编程实现.docx

C语言游戏模型（飞机）编程实现
用C语言编写一个有关飞机的小游戏，首先要解决游戏中主要元素：飞机模型的屏幕绘图。是绘二维平面图还是绘三维立体图？下面用三维立体图绘制它，如下图所示：

图1、飞机模型图

图2、飞机模型图
上面两幅图是在VC6中用OpenGL函数绘制的屏幕三维飞机模型，它的表面数据用双二次Nurbs曲面生成。

－、光（光照）
在屏幕上绘制的三维图形，要用光照亮它同而产生明暗变化，才能使绘制的图形更能真实地再现要生成的物体。在OpenGL函数里有专门用于光照的函数，只要调用它们就能还原一个真实的模似三维世界。

二、Nurbs曲面
生成曲面的一种算法，这里主要用的是双二次曲面。程序中飞机机身的设计基本上是一个圆柱体。用7个顶点表示的一个正方形利用NURBS二次圆弧构成一个整圆，描绘圆柱体的外形数据。

下面是一个双二次NURBS曲面和曲线的算法源程序：

#include "gl\gl.h"
#include "math.h"
//*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-* B样条基函数计算部分*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*

//计算所有非零B样条基函数并返回其值
//i为参数u所在的节点区间下标
void BasisFunction(int i,int p,float u,float U[],float N[])
{
int j,di,dp,k;
float tul,tur,left,right;
float tmpN[50][50];

for(k=0;k<=p;k++)
{
dp=0;
for(di=i+p-k;di>=i-k;di--)
{
if(u>=U[di]&&u<U[di+1])
tmpN[di][0]=1;
else
tmpN[di][0]=0;
dp+=1;
for(j=1;j<dp;j++)
{
tul=U[di+j]-U[di];
tur=U[di+j+1]-U[di+1];
if(tul!=0)
left=(u-U[di])/tul;
else
left=0;
if(tur!=0)
right=(U[di+j+1]-u)/tur;
else
right=0;
tmpN[di][j]=left*tmpN[di][j-1]+right*tmpN[di+1][j-1];
}
}
N[i-k]=tmpN[i-k][p];
}
}
//*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-* Bezier曲线曲面部分*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*

void BernsteinFunc(int n,double u,float B[])
{
double u1;
int j,k;
B[0]=1.0;
u1=1.0-u;
for(j=1;j<=n;j++)
{
float saved=0.0;
for(k=0;k<j;k++)
{
float temp=B[k];
B[k]=float(saved+u1*temp);
saved=float(u*temp);
}
B[j]=saved;
}
}
//获取p次Bezier曲线上的lines个点的值
void BezierPoint(int p,float px[],float py[],float pz[],int lines,float tmp[][3])
{
float BC[20];
int i,j;

for(j=0;j<=lines;j++)
{
double t=j/(float)lines;
BernsteinFunc(p,t,BC);
tmp[j][0]=tmp[j][1]=tmp[j][2]=0;
for(i=0;i<p+1;i++)
{
tmp[j][0]+=BC[i]*px[i];
tmp[j][1]+=BC[i]*py[i];
tmp[j][2]+=BC[i]*pz[i];
}
}
}
//获取p次有理Bezier曲线上的lines个点的值
void NBezierPoint(int p,float px[],float py[],float pz[],float pw[],int lines,float tmp[][4])
{
float x,y,z,w,BC[20];
int i,j;

for(j=0;j<=lines;j++)
{
double t=j/(float)lines;
BernsteinFunc(p,t,BC);
x=y=z=w=0;
for(i=0;i<p+1;i++)
{
x+=BC[i]*px[i]*pw[i];
y+=BC[i]*py[i]*pw[i];
z+=BC[i]*pz[i]*pw[i];
w+=BC[i]*pw[i];
}
tmp[j][0]=x/w;
tmp[j][1]=y/w;
tmp[j][2]=z/w;
tmp[j][3]=w;
}
}
//-----------------------------------------------------------------------------------
//绘制p次的Bezier曲线
void Bezier(int p,float px[],float py[],float pz[],int lines)
{
float pt[100][3];
int j;

BezierPoint(p,px,py,pz,lines,pt);
for(j=1;j<=lines;j++)
{
glBegin(GL_LINES);
glVertex3f(pt[j-1][0],pt[j-1][1],pt[j-1][2]);
glVertex3f(pt[j][0],pt[j][1],pt[j][2]);
glEnd();
}
}
//------------------------------------------------------------------------------
//绘制p次的有理Bezier曲线
void NBezier(int p,float px[],float py[],float pz[],float w[],int lines)
{
float pt[100][4];
int j;

NBezierPoint(p,px,py,pz,w,lines,pt);
for(j=1;j<=lines;j++)
{
glBegin(GL_LINES);
glVertex3f(pt[j-1][0],pt[j-1][1],pt[j-1][2]);
glVertex3f(pt[j][0],pt[j][1],pt[j][2]);
glEnd();
}
}
//---------------------------------------------------------------------------------
//计算双p次Bezier曲面上所有的点并保存在Pt[][][]中
//u和v分别为曲面(u,v)方向上的网格数
void BezierFacePoint(int p,int u,int v,float px[][4],float py[][4],float pz[][4],float pt[161][161][3])
{
float urx[11][161],ury[11][161],urz[11][161];
float tx[11],ty[11],tz[11],tmp[161][3];
int i,j,k;

for(j=0;j<p+1;j++)
{
for(i=0;i<p+1;i++)
{
tx[i]=px[i][j];
ty[i]=py[i][j];
tz[i]=pz[i][j];
}
BezierPoint(p,tx,ty,tz,v,tmp);
for(k=0;k<=v;k++)
{
urx[j][k]=tmp[k][0];
ury[j][k]=tmp[k][1];
urz[j][k]=tmp[k][2];
}
}
for(i=0;i<=v;i++)
{
for(k=0;k<p+1;k++)
{
tx[k]=urx[k][i];
ty[k]=ury[k][i];
tz[k]=urz[k][i];
}
BezierPoint(p,tx,ty,tz,u,tmp);
for(j=0;j<=u;j++)
{
pt[i][j][0]=tmp[j][0];
pt[i][j][1]=tmp[j][1];
pt[i][j][2]=tmp[j][2];
}
}
}
//--------------------------------------------------------------------------------
//计算双p次有理Bezier曲面上所有的点并保存在Pt[][][]中
//u和v分别为曲面(u,v)方向上的网格数
void NuBezierFacePoint(int p,int u,int v,float px[][4],float py[][4],float pz[][4],float w[][4],float pt[161][161][3])
{
float urx[11][161],ury[11][161],urz[11][161],urw[11][161];
float tx[11],ty[11],tz[11],tw[11],tmp[161][4];
int i,j,k;

for(j=0;j<p+1;j++)
{
for(i=0;i<p+1;i++)
{
tx[i]=px[i][j];
ty[i]=py[i][j];
tz[i]=pz[i][j];
tw[i]=w[i][j];
}
NBezierPoint(p,tx,ty,tz,tw,v,tmp);
for(k=0;k<=v;k++)
{
urx[j][k]=tmp[k][0];
ury[j][k]=tmp[k][1];
urz[j][k]=tmp[k][2];
urw[j][k]=tmp[k][3];
}
}
for(i=0;i<=v;i++)
{
for(k=0;k<p+1;k++)
{
tx[k]=urx[k][i];
ty[k]=ury[k][i];
tz[k]=urz[k][i];
tw[k]=urw[k][i];
}
NBezierPoint(p,tx,ty,tz,tw,u,tmp);
for(j=0;j<=u;j++)
{
pt[i][j][0]=tmp[j][0];
pt[i][j][1]=tmp[j][1];
pt[i][j][2]=tmp[j][2];
}
}
}
//-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-* B样条曲线曲面部分-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-

//计算曲线上的点（u所对应的所有点）保存在Poi[]中
//n=m-p-1
//p为曲线的次数
void BSplinePoint(int n,int p,float U[],float P[],float Poi[])
{
float N[100],tmp;
int i,j;

for(i=p+1;i<=n;i++)
{
BasisFunction(i,p,U[i],U,N);
tmp=0;
for(j=i;j>=i-p;j--)
tmp+=N[j]*P[j];
Poi[i-p]=tmp;
}
}
//计算次样条曲线上的所有控制多边形保存在CP[]中
//m为节点矢量U[]的最大下标
void B2SplineControlPoint(int m,float U[],float P[],float CP[])
{
int n,k,tm,i,cp,p;
float Poi[100];

p=2;
n=m-p-1;
BSplinePoint(n,p,U,P,Poi);
cp=(n-p)*2+p;
for(i=0;i<2;i++)
CP[i]=P[i];
CP[cp]=P[n];
tm=2;
for(i=2;i<cp-1;i+=2)
{
k=(int)i/2;
CP[i]=Poi[k];
CP[i+1]=P[tm];
tm++;
}
}
//绘制次B样条曲线
//m为节点矢量U[]的最大下标
void BSpline2L(int m,float U[],float px[],float py[],float pz[])
{
float pcx[100],pcy[100],pcz[100],drx[3],dry[3],drz[3];
int i,j,tmcp;

B2SplineControlPoint(m,U,px,pcx);
B2SplineControlPoint(m,U,py,pcy);
B2SplineControlPoint(m,U,pz,pcz);
tmcp=m-5;
for(i=0;i<=tmcp;i++)
{
for(j=i*2;j<i*2+3;j++)
{
drx[j-i*2]=pcx[j];
dry[j-i*2]=pcy[j];
drz[j-i*2]=pcz[j];
}
Bezier(2,drx,dry,drz,20);
}
}
//计算双二次（x2）B样条曲面所有控制多边形顶点，并保存在pt[][][]中
//mu,mv分别为节点矢量U[],V[]的最大下标值
void BS2FaceControlPoint(int mu,float U[],int mv,float V[],float px[],float py[],float pz[],float pt[100][100][3])
{
int i,j,k,dp;
float tmx[50],tmy[50],tmz[50];
float tmpx[50][100],tmpy[50][100],tmpz[50][100];
float uvx[100][100],uvy[100][100],uvz[100][100];

for(i=0;i<mv-2;i++)
{
dp=i*(mu-2);
for(j=dp;j<mu-2+dp;j++)
{
tmx[j-dp]=px[j];
tmy[j-dp]=py[j];
tmz[j-dp]=pz[j];
}
B2SplineControlPoint(mu,U,tmx,tmpx[i]);
B2SplineControlPoint(mu,U,tmy,tmpy[i]);
B2SplineControlPoint(mu,U,tmz,tmpz[i]);
}
for(i=0;i<2*mu-7;i++)
{
for(j=0;j<mv-2;j++)
{
tmx[j]=tmpx[j][i];
tmy[j]=tmpy[j][i];
tmz[j]=tmpz[j][i];
}
B2SplineControlPoint(mv,V,tmx,uvx[i]);
B2SplineControlPoint(mv,V,tmy,uvy[i]);
B2SplineControlPoint(mv,V,tmz,uvz[i]);
for(k=0;k<2*mv-7;k++)
{
pt[i][k][0]=uvx[i][k];
pt[i][k][1]=uvy[i][k];
pt[i][k][2]=uvz[i][k];
}
}
}
//-------------------------------------------------------------------------------
//设置网格数
void SetGridCount(int dt,int tu,int tmk[])
{
int i,tm;

tm=tu%dt;
for(i=0;i<dt-1;i++)
tmk[i]=(tu-tm)/dt;
tmk[dt-1]=tmk[0]+tm;
}
//------------------------------------------------------------------------------
//计算双二次(2x2次)B样条曲面上所有的点并保存在bs[][][]中
//nu,mv分别为节点矢量U[],V[]的最大下标
//uk,vk分别为B样条曲面(u,v)方向上的网格数
//p为曲面的次数
void BSplineFace2P(int nu,float U[],int uk,int mv,float V[],int vk,
float px[],float py[],float pz[],float bs[161][161][3])
{
int udk[20],vdk[20],i,j,k,l,hu,sv,du,dv,p=2;
float tp[100][100][3],td[161][161][3];
float tmx[4][4],tmy[4][4],tmz[4][4];

du=nu-2*p;
dv=mv-2*p;
SetGridCount(du,uk,udk);
SetGridCount(dv,vk,vdk);
BS2FaceControlPoint(nu,U,mv,V,px,py,pz,tp);
for(i=0;i<dv;i++)
{
for(k=0;k<du;k++)
{
for(j=i*p;j<p+1+i*p;j++)
{
for(l=k*p;l<p+1+k*p;l++)
{
tmx[j-i*p][l-k*p]=tp[l][j][0];
tmy[j-i*p][l-k*p]=tp[l][j][1];
tmz[j-i*p][l-k*p]=tp[l][j][2];
}
}
BezierFacePoint(p,udk[k],vdk[i],tmx,tmy,tmz,td);
for(sv=i*vdk[0];sv<=vdk[i]+i*vdk[0];sv++)
{
for(hu=k*udk[0];hu<=udk[k]+k*udk[0];hu++)
{
bs[sv][hu][0]=td[sv-i*vdk[0]][hu-k*udk[0]][0];
bs[sv][hu][1]=td[sv-i*vdk[0]][hu-k*udk[0]][1];
bs[sv][hu][2]=td[sv-i*vdk[0]][hu-k*udk[0]][2];
}
}
}
}
}
//-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-* Nurbs 样条曲线曲面部分-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-
//计算Nurbs曲线上的点（u所对应的所有点）保存在Poi[]中
//n=m-p-1
//p为曲线的次数
void NurbsPoint(int n,int p,float U[],float P[],float W[],float Poi[])
{
float N[100],tmp,tmw;
int i,j;

for(i=p+1;i<=n;i++)
{
BasisFunction(i,p,U[i],U,N);
tmp=0;tmw=0;
for(j=i;j>=i-p;j--)
{
tmp+=N[j]*P[j]*W[j];
tmw+=N[j]*W[j];
}
Poi[i-p]=tmp/tmw;
}
}
//计算次Nurbs曲线上的所有控制多边形保存在CP[]中
//m为节点矢量U[]的最大下标
void Nurbs2ControlPoint(int m,float U[],float P[],float W[],float CP[])
{
int n,k,tm,i,cp,p;
float Poi[100];

p=2;
n=m-p-1;
NurbsPoint(n,p,U,P,W,Poi);
cp=(n-p)*2+p;
for(i=0;i<2;i++)
CP[i]=P[i];
CP[cp]=P[n];
tm=2;
for(i=2;i<cp-1;i+=2)
{
k=(int)i/2;
CP[i]=Poi[k];
CP[i+1]=P[tm];
tm++;
}
}
//绘制次Nurbs样条曲线
//m为节点矢量U[]的最大下标
void Nurbs2L(int m,float U[],float px[],float py[],float pz[],float W[])
{
float pcx[100],pcy[100],pcz[100],drx[3],dry[3],drz[3];
float pcw[100],drw[3];
int i,j,tmcp;

Nurbs2ControlPoint(m,U,px,W,pcx);
Nurbs2ControlPoint(m,U,py,W,pcy);
Nurbs2ControlPoint(m,U,pz,W,pcz);
B2SplineControlPoint(m,U,W,pcw);
tmcp=m-5;
for(i=0;i<=tmcp;i++)
{
for(j=i*2;j<i*2+3;j++)
{
drx[j-i*2]=pcx[j];
dry[j-i*2]=pcy[j];
drz[j-i*2]=pcz[j];
drw[j-i*2]=pcw[j];
}
NBezier(2,drx,dry,drz,drw,20);
}
}
//计算双二次（x2）Nurbs样条曲面所有控制多边形顶点，并保存在pt[][][]中
//mu,mv分别为节点矢量U[],V[]的最大下标值
void Nurbs2FControlPoint(int mu,float U[],int mv,float V[],float px[],float py[],float pz[],float W[],float pt[100][100][4])
{
int i,j,k,dp;
float tmx[50],tmy[50],tmz[50],tmw[50];
float tmpx[50][100],tmpy[50][100],tmpz[50][100],tmpw[50][100];
float uvx[100][100],uvy[100][100],uvz[100][100],uvw[100][100];

for(i=0;i<mv-2;i++)
{
dp=i*(mu-2);
for(j=dp;j<mu-2+dp;j++)
{
tmx[j-dp]=px[j];
tmy[j-dp]=py[j];
tmz[j-dp]=pz[j];
tmw[j-dp]=W[j];
}
Nurbs2ControlPoint(mu,U,tmx,tmw,tmpx[i]);
Nurbs2ControlPoint(mu,U,tmy,tmw,tmpy[i]);
Nurbs2ControlPoint(mu,U,tmz,tmw,tmpz[i]);
B2SplineControlPoint(mu,U,tmw,tmpw[i]);
}
for(i=0;i<2*mu-7;i++)
{
for(j=0;j<mv-2;j++)
{
tmx[j]=tmpx[j][i];
tmy[j]=tmpy[j][i];
tmz[j]=tmpz[j][i];
tmw[j]=tmpw[j][i];
}
Nurbs2ControlPoint(mv,V,tmx,tmw,uvx[i]);
Nurbs2ControlPoint(mv,V,tmy,tmw,uvy[i]);
Nurbs2ControlPoint(mv,V,tmz,tmw,uvz[i]);
B2SplineControlPoint(mv,V,tmw,uvw[i]);
for(k=0;k<2*mv-7;k++)
{
pt[i][k][0]=uvx[i][k];
pt[i][k][1]=uvy[i][k];
pt[i][k][2]=uvz[i][k];
pt[i][k][3]=uvw[i][k];
}
}
}
//------------------------------------------------------------------------------
//计算双二次(2x2次)Nurbs样条曲面上所有的点并保存在bs[][][]中
//nu,mv分别为节点矢量U[],V[]的最大下标
//uk,vk分别为B样条曲面(u,v)方向上的网格数
//p为曲面的次数
void NurbsFace(int nu,float U[],int uk,int mv,float V[],int vk,
float px[],float py[],float pz[],float w[],float bs[161][161][3])
{
int udk[20],vdk[20],i,j,k,l,hu,sv,du,dv,p=2;
float tp[100][100][4],td[161][161][3];
float tmx[4][4],tmy[4][4],tmz[4][4],tmw[4][4];

du=nu-2*p;
dv=mv-2*p;
SetGridCount(du,uk,udk);
SetGridCount(dv,vk,vdk);
Nurbs2FControlPoint(nu,U,mv,V,px,py,pz,w,tp);
for(i=0;i<dv;i++)
{
for(k=0;k<du;k++)
{
for(j=i*p;j<p+1+i*p;j++)
{
for(l=k*p;l<p+1+k*p;l++)
{
tmx[j-i*p][l-k*p]=tp[l][j][0];
tmy[j-i*p][l-k*p]=tp[l][j][1];
tmz[j-i*p][l-k*p]=tp[l][j][2];
tmw[j-i*p][l-k*p]=tp[l][j][3];
}
}
NuBezierFacePoint(p,udk[k],vdk[i],tmx,tmy,tmz,tmw,td);
for(sv=i*vdk[0];sv<=vdk[i]+i*vdk[0];sv++)
{
for(hu=k*udk[0];hu<=udk[k]+k*udk[0];hu++)
{
bs[sv][hu][0]=td[sv-i*vdk[0]][hu-k*udk[0]][0];
bs[sv][hu][1]=td[sv-i*vdk[0]][hu-k*udk[0]][1];
bs[sv][hu][2]=td[sv-i*vdk[0]][hu-k*udk[0]][2];
}
}
}
}
}
//*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-* 绘制曲面部分*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*
//计算多边形的外法线返回值tmN[]
void getN(float x[3],float y[3],float z[3],float tmN[3])
{
float p1,p2,p3,q1,q2,q3;

p1=x[1]-x[0];
p2=y[1]-y[0];
p3=z[1]-z[0];
q1=x[2]-x[1];
q2=y[2]-y[1];
q3=z[2]-z[1];
tmN[0]=p2*q3-q2*p3;
tmN[1]=q1*p3-p1*q3;
tmN[2]=p1*q2-p2*q1;
}
//-----------------------------------------------------------------------------------
//显示B样条曲面
//fill取值为或

void ShowSurface(int u,int v,float bs[161][161][3],int fill)
{
int i,j;
float x[3],y[3],z[3],tmn[3];

for(i=0;i<=v;i++)
{
for(j=0;j<=u;j++)
{
if(fill!=0)
{
x[0]=bs[i][j][0];
x[1]=bs[i+1][j][0];
x[2]=bs[i+1][j+1][0];
y[0]=bs[i][j][1];
y[1]=bs[i+1][j][1];
y[2]=bs[i+1][j+1][1];
z[0]=bs[i][j][2];
z[1]=bs[i+1][j][2];
z[2]=bs[i+1][j+1][2];
getN(x,y,z,tmn);
glEnable(GL_NORMALIZE);
glBegin(GL_QUADS);
glNormal3f(tmn[0],tmn[1],tmn[2]);
glBegin(GL_LINES);
if(j<u)
{
glVertex3f(bs[i][j][0],bs[i][j][1],bs[i][j][2]);
glVertex3f(bs[i][j+1][0],bs[i][j+1][1],bs[i][j+1][2]);
}
if(i<v)
{
glVertex3f(bs[i+1][j+1][0],bs[i+1][j+1][1],bs[i+1][j+1][2]);
glVertex3f(bs[i+1][j][0],bs[i+1][j][1],bs[i+1][j][2]);
}
glEnd();
glDisable(GL_NORMALIZE);
}
else
{
glBegin(GL_LINES);
if(j<u)
{
glVertex3f(bs[i][j][0],bs[i][j][1],bs[i][j][2]);
glVertex3f(bs[i][j+1][0],bs[i][j+1][1],bs[i][j+1][2]);
}
if(i<v)
{
glVertex3f(bs[i][j][0],bs[i][j][1],bs[i][j][2]);
glVertex3f(bs[i+1][j][0],bs[i+1][j][1],bs[i+1][j][2]);
}
glEnd();
}
}
}
}
三、飞机小游戏编写