[原创]《程序员，在路上……》第1节——用OPENEL画出麦克斯维速率分布曲线

《程序员，在路上……》第1节——用OPENEL画出麦克斯维速率分布曲线


作者：张沈鹏
Email:zsp747@gmail.com
QQ:375956667(不常用)

(请下载阅读完全版)


图1 效果图

内容提要: 公式在“expressions.h”中，绘图程序在“draw.h”中，其他部分套用OpenGL Tutorial中的OpengGL程序框架，请参见参考资料。

步骤：
1. 用Microsoft Visual Studio .NET 2003新建一个C++的“windows应用程序”，在“项目”>>“属性”>>“C＋＋”>>“预编译头”>>“创建/使用预编译头”中选择“不使用预编译头”。
2. 包含opengGL所需库的头文件， 如下：
#include // Header File For Windows
#include // Header File For The OpenGL32 Library
#include // Header File For The GLu32 Library
#include // Header File For The GLaux Library
3. opengGL所需库的连接方式(VS2003的截图如下) 



图2 opengGL所需库的连接图

一开始我用 Debug编译通过，用Release编译就有很多错误,研究发现Release等每个配置文件都要手动连接库。
4．程序说明

//头文件：expressions.h
/*
  Name:麦克斯维速率分布函数  
  Copyright:Mozilla 1.1
  Author: 张沈鹏
  Date: 26-09-05 13:08
  Description: 有问题请联系zsp747@gmail.com,QQ:375956667(不常用) 
*/
#include 
using namespace std;
//定义物理常量
const long double pi=3.1415926535897932384626433832795;
const float N_A=6.022e23;
const float p_0=1.013e5;
const double T_0=273.15;
const float V_0=22.4e-3;
const float R=p_0*V_0/T_0;
const float k=R/N_A;
//返回在temperature（单位：K）;quality（单位:kg）; speed（单位m/s）时，分子 
template
number percentage(number temperature,number quality,number speed)
{
  quality=quality/N_A;
  return 4*pi*sqrt( pow(quality/(2*pi*k*temperature),3) )*pow(speed,2)*exp( ( -quality*pow(speed,2) )/( 2*k*temperature ) );
}

//头文件：draw.h
#include    // Header File For The OpenGL32 Library
#include    // Header File For The GLu32 Library
#include   // Header File For The Glaux Library
///画函数曲线
template
void DrawExpression(number temperature,number quality)
{
 number x2=0,y2=0;//前一个点
 glBegin(GL_LINES);
 for(number speed=0;speed<2000;speed+=10)
 {
  ///速度单位长度250m/s
  number x=speed/250;
  ///概率单位长度0.2％
  number y=Percentage(temperature,quality,speed)*500;
  glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f); 
  //glVertex3f(x,0, 0.0f); //实心曲线 
  glVertex3f(x2,y2, 0.0f); //曲线
  glVertex3f(x,y, 0.0f); //前一个点与当前点的连线
  
  y2=y;x2=x ; 
 }
 glEnd(); 
}
///画X，Y轴
void DrawXY()
{
  
 glBegin(GL_LINES); 
  glVertex3f( 0.0f, 0.0f, 0.0f);    
  glVertex3f(0.0f,5.0f, 0.0f);    
  glVertex3f( 0.0f, 0.0f, 0.0f);    
  glVertex3f(7.0f,0.0f, 0.0f);    
 glEnd();   
 ///画坐标轴的箭头
 glBegin(GL_TRIANGLES);
  glVertex3f(6.0f,0.1f,0.0f);
  glVertex3f(6.3f,0.0f,0.0f);
  glVertex3f(6.0f,-0.1f,0.0f);
  glVertex3f(0.1f,4.2f,0.0f);
  glVertex3f(0.0f,4.5f,0.0f);
  glVertex3f(-0.1f,4.2f,0.0f);
 glEnd(); 
}
int DrawGLScene(GLvoid)         // Here's Where We Do All The Drawing
{
 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // Clear Screen And Depth Buffer
 glLoadIdentity();         // Reset The Current Modelview Matrix
 
 glTranslatef(-3.0f,-2.0f,-6.0f);
 DrawXY();
 
 DrawExpression(70.0f,0.032f);
 DrawExpression(273.0f,0.032f);
 DrawExpression(300.0f,0.032f);
 DrawExpression(373.0f,0.032f);
 return TRUE;          // Everything Went OK
}

遗留问题:
1.windows程序如何用启用命令行输出状态，输入参数，现在参数是写死在程序中!
2．为什么这个程序系统资源占用如此之大，如何解决？


附表：openGL函数（整理自《OpenGL Tutorial中文版》，详细请参见《OpenGL Tutorial》）
//清除屏幕到之前指定的颜色， 清除深度缓存，Clear The Screen And The Depth Buffer
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

//重置场景 (译注：就是重置当前视图模型矩阵) ，Reset The Current Model view Matrix
glLoadIdentity();

// glTranslatef(x, y, z) 的功能是沿 X轴，Y轴和Z轴 做移动。 下面的代码在X轴上向左移动了1.5个单位， Y 轴上没有移动(0.0)， Z 轴上向屏幕里面移动了 6.0个单位。 注意当你做移动的时候你是相对于当前位置做的， 而不是屏幕(场景)中心位置。
glTranslatef(-1.5f,0.0f,-6.0f); // Move Left 1.5 Units And Into The Screen 6.0

//glRotatef(Angle,Xvector,Yvector,Zvector) 用于绕轴旋转物体， 这是一条十分有用的函数。 Angle 是一个用于指定旋转角度的数字(通常存储于变量中)。 Xvector， Yvector 和 Zvector 这三个参数用于描述一条向量， 以规定物体的旋转轴。 如果你使用 (1,0,0) 这样的值， 你就描述了一条长度为1个单位的、顺着x轴指向右方的向量； 而 (-1,0,0) 这样的值就描述了一条长度为1个单位的、顺着x轴 但指向左方的向量。
//为了更好地理解 X， Y 和 Z 旋转， 这里举一些例子……
//X 轴 – 你正在使用一台台锯， 木头穿过锯刀的中心。 锯刀在x轴上飞速旋转， 刀齿看起来是向上切或者向下切， 这取决于锯刀的旋转方向。 这、在OpenGL中以x轴旋转物体相类似。
//Y 轴 – 想象一下， 原野上挂起了龙卷风。 龙卷风的中心正处于y轴上， 它刮起的泥土还有碎片正绕着y轴 (龙卷风的中心) 旋转着， 从左到右或从右到左。 这与在OpenGL中以y轴旋转物体相类似。
//Z 轴 – 你正看着一台旋转着的电风扇， 电风扇的中心点面向着你。 电风扇的扇片绕着z轴旋转， 顺时针或逆时针方向。这与在OpenGL中以z轴旋转物体相/类似。
//所以， 在下面的这行代码中， 如果 rtri 等于 7的话， 我们将在y轴上旋转7度 (从左到右)。 你可以试着修改代码， 使三角形在x和y轴上同时旋转。注意旋转是按照角度的(译注：不是弧度)， 如果rtri 的值为 10， 我们将在y轴上旋转 10度。

glRotatef(rtri,0.0f,1.0f,0.0f); // Rotate The Triangle On The Y axis ( NEW )
//这里没有声明rtri,需要先声明rtri，若要实现动态旋转可以在绘图函数中加入rtri+=0.2f;或者rtri-=0.14f;之类的语句

//在这个简单的程序中我们只绘制一个三角形。 如果想再增加一个三角形， 我们就需要增加3行代码(3个顶点) 到原来的3行代码后面， 这样在glBegin(GL_TRIANGLES) 和 glEnd() 之间就会有6行代码了。 在glBegin(GL_TRIANGLES) 和glEnd() 之间应该是3个点为一组的， 多余的点会被忽略。 同样的道理也适用于4边形， 如果你绘制的都是4边形的话， 要增加另一个四边形你就需要在原来的4行代码的后面再添加一组4行代码。 而一个多边形(polygon) 可由任意数目的顶点组成， 所以在glBegin(GL_POLYGON) 和glEnd() 之间可以有任意行代码。

//glBegin 后面的第一行代码为我们的三角形设置第一个顶点， glVertex 的第一个参数指定顶点的X坐标， 第二个参数指定Y坐标， 而第三个指定 Z 坐标。 所以， glBegin(GL_TRIANGLES) 后面的三行代码分别指定了三角形上面的顶点， 左下角的顶点 和 右下角的顶点。 然后， glEnd() 告知 OpenGL已经没有顶点了。 这样， 一个封闭的三角形就完成了。以顺时针的顺序， 我们将绘制出四边形的背面， 也可以说实际上我们看到的是它的背面。 物体沿逆时针顺序被绘制的话就会以正面面向我们。

glBegin(GL_TRIANGLES); // Drawing Using Triangles (四边形：GL_QUADS，直线：GL_LINES，多边形，GL_POLYGON)

//我们将当前颜色设置为红色(红色亮度满，没有绿和蓝)。 接下来的代码是第一个顶点(三角形上面的)， 我们将以红色作为当前颜色来进行绘制。 从现在开始如果我们不改变当前颜色， 那么绘制什么都将是红色的。
glColor3f(1.0f,0.0f,0.0f); // Set The Color To Red

glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f); // Top
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f); // Bottom Left
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f); // Bottom Right
glEnd(); // Finished Drawing The Triangle


参考资料:
OpenGL Tutorial中文版(第1-4课)
原著 Jeff Molofee (NeHe) http://nehe.gamedev.net/
nehe@connect.ab.ca
译著 江超宇 (Aman JIANG) http://www.AmanPage.com
Chaoyu_JIANG@hotmail.com Aman_JIANG@163.com
QQ: 15852673


作者信息:
姓名：张沈鹏
职业：电子科技大学生物医学工程大二（05年）
电子邮箱：zsp747@gmail.com
QQ：375995667（不常用）
目前的打算：深入学习C++,并想学一学XUL，XPCOM，wxWidgets之类跨平台的编程技术，同时研究一下boost,zlib，sqlite之类C、C＋＋常用、实用开源库的用法，学习通过directShow播放电影，最后在这些的基础之上写一个通过电影+字幕学习英语的软件，其形式大概类似于《我爱背单词》＋CCTV-6的《动感英语》。希望有志同道合的人与我一起学习，共同进步；也希望有高手可以在前行途中指点迷津。
我想可以通过Google的“网上论坛＋邮件列表”来实现相互间的交流与合作。欢迎大家多提建议，谢谢!