基于OpenGL纹理映射技术的纸盒贴图功能的实现方法

收稿日期:2006Ο06Ο16

作者简介:赵荣丽(1979-),女,广东工业大学助教,主要从事包装结构、包装C AD 、包装印刷等的教学和科研。

基于OpenG L 纹理映射技术的纸盒贴图功能的实现方法

赵荣丽1

,谢利2

,和克智2

,白莉

1

(1.广东工业大学,广州510006;2.西安理工大学,西安710048)

摘要:根据纸盒结构的面片特性,利用OpenG L 的纹理映射技术,提取纸盒的装潢图片,建立其与纸盒结构的对应关系,实现纸盒CAD 系统中的贴图功能以及三维效果图的展示。

关键词:纹理映射;纸盒;三维效果图

中图分类号:T B482.1;TP391.72　文献标识码:A 文章编号:1001-3563(2006)05-0061-03

Cart on Mapp ing Technique Based on OpenG L’s Texture Mapp ing

ZHAO R ong 2li 1

,X IE L i 2

,HE Ke 2zhi 2

,BA I L i

1

(1.Guangdong University of technol ogy,Guangzhou 510006,China;2.Xi’a n University of technol ogy,Xi’an 710048,China )

Abstract:According t o the characteristic of cart on,OpenG L ’s texture mapp ing was used t o distill the up 2holstering p icture,and the corres ponding connecti on bet w een the upholstering p icture and the cart on structure was set up.The cart on mapp ing functi on of cart on CAD and the expositi on of cart on 3D effect graph was real 2ized by this technol ogy .

Key words:texture mapp ing;cart on;3D effect graph

纹理映射技术是为了简化模拟真实世界的过程而诞生的一项技术,即采用物体的真实纹理图形映射到绘制的三维图形表面,使其呈现出更加逼真的效果。计算机公司推出了大量的三维图形软件包来实现三维图形的模拟,其中SGI 公司推出的

OpenG L 作为一个性能优越的图形应用程序设计界面(AP I )异

军突起,取得了很大的成就。它可以实现三维图形中光照设置、材质处理、动画演示、纹理贴图等功能。当前在纸盒C AD 系统中装潢效果图的演示已经成为了必不可少的功能,而这一技术利用普通的编程实现却并不是容易的事,借助于OpenG L 的纹理映射技术就可以大大简化工作。

1　纹理映射技术

[1-2]

OpenG L 的纹理映射技术指的是把纹理图像映射到物体表

面,即在一个平面区域(纹理空间)上预先定义出纹理图案,然后建立物体表面空间和纹理图案坐标之间的映射关系,当物体表面的可见点确定后,就可以根据纹理空间对应点的值将纹理图案附到物体的表面上。

OpenG L 纹理贴图的类型主要有:材质贴图、M i p 贴图、凹

凸贴图、动态材质贴图等。材质贴图是将一张已有的图像直接贴到物体的表面,OpenG L 实现材质纹理映射的步骤见图1。

1)纹理定义可用函void glTexI m age2D (……)实现,该函

数可以指定目标纹理、纹理的尺寸、边界宽度等等

。

图1　纹理映射步骤

Fig .1The p r ocess of texture mapp ing

2)控制滤波可用函数glTexPara meterf (……)来实现。控

制滤波是因为当纹理图像是方形,而被影射物体是异型时,图像上的像素不能与屏幕上的像素一一对应,因此局部放大或缩小时,就要定义合适的滤波方式,来适当的控制图形。

3)指定纹理影射方式可用函数glTexEnv 3()来实现,纹

理在像素上的应用方式主要包括贴花方式、调制方式和颜色混合模式。但是在光照下的纹理处理效果必须采用调制方式。

4)确定物体和纹理坐标以及建立两者的对应关系是纹理

影射的关键点,纹理坐标(s,t )可以利用函数glTexCoord ()来定义,也可以利用计算机自动形成。对于二维纹理图像来说,其纹理坐标沿两个方向的变化范围均为0.0至1.0,物体坐标则可以取任意值,当纹理坐标对应于物体四角的几何坐标时,纹理图像恰好覆盖整个物体表面。但当物体太大时,一般来说需要在物体表面进行纹理缠绕以覆盖整个表面。此时所需注意的是纹理图像的左右边缘和上下边缘应能够自然相接,这样才能使物体表面的纹理表现得比较自然。

1

6赵荣丽等　基于OpenG L 纹理映射技术的纸盒贴图功能的实现方法

2　纸盒贴图功能的实现

纹理映射中纹理图形的数据即可以由程序生成,也可以从外部文件中读取,由于纸盒CAD系统中装潢图案是任意的,所以这里采用从外部文件读取图形的方法,由于在计算机上,位图文件是最常见的一种图像格式,而且位图文件格式较为简单,读取起来也比较方便,因此这里将采用位图作为装潢图案。

2.1　纹理的初始化定义和控制

在纹理映射之前首先要应用OpenG L的建模、变换、光照材质设置、双缓存动画等功能实现一个三维纸盒结构图,在此基础上再实现纸盒的贴图。依据前面纹理贴图的过程,纸盒贴图中纹理初始化定义和控制可用如下函数实现[1-2]:

//指出纹理图形为一幅预定义的位图,并为其命名:

G Lubyte3pTexture B its=(G Lubyte3)m_pD ib->Get2

B its();

//定义纹理图形的宽度和高度:

G L int width=m_pD ib->W idth();

G L int height=m_pD ib->Height();

glPixelSt orei(G L_UNP ACK_AL I G NM E NT,1);

//定义纹理图形:

glTexI m age2D(G L_TEXT URE_2D,0,3,width,height,

0,G L_BGR_EXT,G L_UNSI G NE D_BYTE,pTexture B its);

//控制纹理:

glTexParameterf(……);

……

//说明纹理映射方式:

glTexEnvf(G L_TEXT URE_E NV,G L_TEXT URE_E NV_ COLOR,G L_DECAL);

//启动纹理映射:

glEnable(G L_TEXT URE_2D);

glShade Model(G L_S MOOT H)。

2.2　定义纸盒几何坐标

在进行了上述纹理图形的初始化控制之后,关键是定义纹理坐标(s,t)和物体空间坐标(x,y,z),以及建立它们之间的对应关系,因为对于纸盒,它的结构都可以划分为一定的面片[3]。如图2所示为生成的一个纸盒的盒片图,将其盒体的4

个面分别定义为S

1、S

2

、S

3

、S

4

。

以纸盒的三维立体图形S

1面为例,将S

1

面四个顶点a,b,

c,d的坐标作为纹理映射物体的几何坐标,由于纸盒结构的面片特性,决定了其每个顶点的几何坐标都与纸盒的长宽高和纸厚、压痕线等参数有关,因此建立见图3所示的坐标系,以纸盒中心为坐标原点,其每个面片都可以用纸盒的设计参数来表示,若以X方向表示纸盒的长度方向,Y方向表示纸盒的高度方向,Z方向表示纸盒的宽度方向,以T表示纸盒的纸厚和压

痕线,则S

1面四个顶点的几何坐标可定义为如下(其中2X表

示纸盒的长度,2Y表示纸盒的高度,2Z表示纸盒的宽度)

:

图2　纸盒展开图　图3　纸盒坐标系

Fig.2Expanded vie w

of cart on

　

Fig.3Cart on’s coordinate

syste m

a:gl V ertex3d(-X,-Y-23T,Z);

b:gl V ertex3d(X+23T,-Y-23T,Z);

c:gl V ertex3d(X+23T,Y+23T,Z);

d:gl V ertex3d(-X,Y+23T,Z)

2.3　定义纹理坐标

对于定义的二维纹理图像来说,其纹理坐标沿两个方向的

变化范围均为0.0至1.0,如果将装潢图案整个附于纸盒的一

个面片,对于图4所示的一个二维纹理图像,其四个顶点的纹

理坐标可定义为:

e:glTexCoord2f(0.0,0.0);

f:glTexCoord2f(1.0,0.0);

g:glTexCoord2f(1.0,1.0);

h:glTexCoord2f(0.0,1.0)

;

图4　装潢图片

Fig.4Upholstering p icture

如果将纹理坐标的定义中的参数进行修改,则表示贴图时

并不选用整个纹理图形而是选用纹理图形的一部分,例如,将

1.0改为0.5,则表示只选择实际纹理的左上1/4部分来进行

贴图。因此,纹理坐标选择时,可根据实际需要进行修改。例

如,对于图4所示的装潢图片,当选择不同纹理坐标时其呈现

出的效果图见图5。

2.4　建立坐标的映射关系

在映射过程中,只需使纸盒三维立体图的几何坐标与装潢

图形纹理坐标一一对应,即a与e,b与f,c与g,d与h相对应。

相应的在整个纸盒的图形映射过程中,应注意顺序的一致,即在

S2面进行映射图形的过程中,应使点b与e,a1与f,d1与g,c与

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包装工程　P ACK AGI N G E NGI N EER I N G Vol.27No.52006.10

图5　不同纹理坐标的效果图

Fig .5D ifferent texture coordinate’s effect graphs

h 相对应,这样生成的装潢图案才能保持其一致性。以S 1面为

例,将图4所示的整幅图形贴于其表面的坐标对应函数可如下:

glTexCoord2f (0.0,0.0);

gl V ertex3d (-X,-Y -23T,Z );glTexCoord2f (1.0,0.0);

gl V ertex3d (X +23T,-Y -23T,Z );glTexCoord2f (1.0,1.0);

gl V ertex3d (X +23T,Y +23T,Z );glTexCoord2f (0.0,1.0);gl V ertex3d (-X,Y +23T,Z )

在纹理图形进行了上述的初始化定义、指定装潢图案、定义坐标、建立坐标的对应关系之后,就可以使一幅完整的装潢图案贴在指定的纸盒上,生成预期的三维立体效果图。

3　实例演示

见图6所示的效果图,是采用VC ++6.0和OpenG L

编程

图6　纸盒贴图过程

Fig .6The p r ocess of cart on mapp ing

实现的。

该软件利用OpenG L 的建模、变换、双缓存动画、纹理映射技术实现了三维纸盒结构图的参数化设计、动画演示纸盒成型过程、纹理贴图等功能。纹理贴图中,可以选择不同图形进行贴图,还可以选择需要贴图的面,图6是将图4贴在一个三维插卡式纸盒上,对不同的面选择不同的纹理坐标并应用动画展开纸盒的过程。

利用上述方法可实现各种图形的贴图,变幻不同图形,生成的一组三维纸盒效果图见图7

。

图7　生成的三维效果图

Fig .7A series of 3D effect graphs

4　结　语

纸盒纹理贴图功能的实现是当前纸盒C AD 系统中不可缺少的组成部分,利用OpenG L 可大大简化其实现过程,并且可选择不同装潢图案进行贴图,得到不同效果图。将OpenG L 的纹理映射技术应用到三维纸盒效果图设计中,为包装C AD 软件的开发提供了更加便捷的研究方法。

参考文献:

[1]　乔林,费广正,等.OpenG L 程序设计[M ].北京:清华大学出版

社,2000.

[2]　吴斌,毕丽蕴.OpenG L 编程实例与技巧[M ].北京:人民邮电出

版社,1999.

[3]　杨涛,等.基于面模型的三维纸箱纸盒CAD 系统[J ].包装工程,

2003,24(2):23-24.

(上接第57页)

根据表1的参数制作9个缓冲件,通过重复的冲击和振动试验优选出加速度值最小,最节省材料的缓冲件,即为缓冲件结构设计的最优结果,本文最终的优化结果是厚度d 为

25mm,高度为60mm,开孔2个,孔长为140mm 。

4　结　语

通过正交试验方法对缓冲件的结构参数进行优化设计,并通过冲击或振动试验测试缓冲件的动态性能,为缓冲包装件的设计提供了一种科学和行之有效的设计方法,它能指导工程技

术人员设计出用料最省、缓冲性能优良,并满足产品的运输和装卸技术要求的最理想包装。用这种方法设计出的缓冲件行之有效地避免了产品因包装问题所造成的巨大损失。参考文献:

[1]　许文才.包装测试技术[M ].北京:印刷工业出版社,1995.[2]　宋庭新,桂婕.便携式动态信号采集分析系统的研制[J ].计算

机测量与控制,2004,12(2):161-163.

[3]　候化国,王玉民.正交试验法[M ].长春:吉林人民出版社,

1985.

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