/*这是一个简单的三维引擎程序，模仿三个天体的运动，一个行星绕轴自转，两个卫星分别绕行星的
经线和纬线做公转。（在turboc3.0下编译成功）*/ #include<stdio.h>
#include<dos.h>
#include<conio.h>
#include<graphics.h>
#include<stdlib.h>
#include<alloc.h>
#include<time.h>
#include<bios.h>
#include<string.h>
#include<math.h>
#define ESC 27
#define F 80 //此数表示通常情况下操作者离电脑的距离（80厘米）
#define HIGHT 480 //屏幕纵向分辩率
#define WIDE 640 //屏幕横向分辨率
#define PAI 3.1415926 //圆周率
#define TIME 0.05 //转动间隔时间（每0.2秒转动5度） typedef struct
{float x;
float y;
}_2D ; //二维坐标点 typedef struct
{float x;
float y;
float z;
}_3D; //三维坐标点 typedef struct
{int anglex;
int angley;
int anglez;
}Axle; //轴向量（angle x,y,z分别表示向量与x,y,z轴的夹角） typedef struct
{//纬度圈由赤道加上南北半球的各四个纬度圈共9个纬度圈组成，经度等分成10个圈
//所以用 二维数组g[9][10]来记录经纬度交点
_3D *g[9][10];
// temp[9][10]用来记录g[9][10]各点从三维变换到二维时的坐标
_2D *temp[9][10];
_3D *center; //自转中心坐标，即球心坐标
_3D *round_center; //公转中心坐标
float r; //球体半径
}Globe; //球体
float Observe_Mat[4][4],World_Mat[4][4]; //观察坐标矩阵 与世界坐标矩阵
float Sin[360],Cos[360]; //存放三角函数值的两个数组，可以减少大量的浮点运算，以提高效率
size_t Size2D,Size3D,Sizeaxle,Sizeglobe; //各结构体的尺寸
_3D *Observe; //观察者所在的位置坐标
Globe *Moon1,*Moon2,*Earth; //卫星1，卫星2，地球 三个球体
int Zangle=5; //转动角速度
//建立三角函数表
void create_table()
{int i;
for(i=0;i<360;i++)
{Sin[i]=sin(i*PAI/180);
Cos[i]=cos(i*PAI/180);
}
} //初始化观察者位置
void init_observe()
{Observe=(_3D *)malloc(Size3D);
Observe->x=160;
Observe->y=0;
Observe->z=0;
} //把单位矩阵赋值给目标矩阵
void to_EMat(float mat[4][4])
{int i,j;
for(i=0;i<4;i++)
for(j=0;j<4;j++)
mat[i][j]=0;
for(i=0;i<4;i++)
mat[i][i]=1;
} //把三维坐标点1的值赋给点2
void _3D_cpy(_3D *point1,_3D *point2)
{point1->x=point2->x;
point1->y=point2->y;
point1->z=point2->z;
} //把二维坐标点1的值赋给点2
void _2D_cpy(_2D *point1,_2D *point2)
{point1->x=point2->x;
point1->y=point2->y;
} //初始化各结构体的尺寸
void init_size()
{Size2D=sizeof(_2D);
Size3D=sizeof(_3D);
Sizeaxle=sizeof(Axle);
Sizeglobe=sizeof(Globe);
} //初始化观察坐标矩阵与世界坐标矩阵（设定为单位矩阵）
void init_Mat()
{int i,j;
for(i=0;i<4;i++)
for(j=0;j<4;j++)
{Observe_Mat[i][j]=0;
World_Mat[i][j]=0;
}
for(i=0;i<4;i++)
{Observe_Mat[i][i]=1;
World_Mat[i][i]=1;
}
} //矩阵1乘矩阵2得到矩阵3
void mat_mult(float mat1[4][4],float mat2[4][4],float mat3[4][4])
{int i,j;
for(i=0; i<4; i++)
for(j=0; j<4; j++)
mat3[i][j]=mat1[i][0]*mat2[0][j]+mat1[i][1]*mat2[1][j]+mat1[i][2]*mat2[2][j]+mat1[i][3]*mat2[3][j];
} //复制矩阵2到矩阵1
void mat_cpy(float mat1[4][4],float mat2[4][4])
{int i,j;
for(i=0;i<=3;i++)
for(j=0;j<=3;j++)
mat1[i][j]=mat2[i][j];
} //根据观察者位置建立观察坐标矩阵
void create_obMat()
{float _2Dr,_3Dr;
_2Dr=pow((pow(Observe->x,2)+pow(Observe->y,2)),0.5);
_3Dr=pow((pow(Observe->x,2)+pow(Observe->y,2)+pow(Observe->z,2)),0.5);
Observe_Mat[0][0]=Observe->y/_2Dr*-1;
Observe_Mat[0][1]=Observe->x*Observe->z/_2Dr/_3Dr*-1;
Observe_Mat[0][2]=Observe->x/_3Dr*-1;
Observe_Mat[1][0]=Observe->x/_2Dr;
Observe_Mat[1][1]=Observe->y*Observe->z/_2Dr/_3Dr*-1;
Observe_Mat[1][2]=Observe->y/_3Dr*-1;
Observe_Mat[2][1]=_2Dr/_3Dr;
Observe_Mat[2][2]=Observe->z/_3Dr*-1;
Observe_Mat[3][2]=_3Dr;
Observe_Mat[3][3]=1;
} //三维坐标点对指定矩阵变换以得到新的三维坐标
void _3D_mult_mat(_3D *Source,float mat[4][4])
{_3D *temp;
temp=(_3D *)malloc(Size3D);
temp->x=Source->x*mat[0][0]+Source->y*mat[1][0]+Source->z*mat[2][0]+mat[3][0];
temp->y=Source->x*mat[0][1]+Source->y*mat[1][1]+Source->z*mat[2][1]+mat[3][1];
temp->z=Source->x*mat[0][2]+Source->y*mat[1][2]+Source->z*mat[2][2]+mat[3][2];
_3D_cpy(Source,temp);
} //把三维坐标点从世界坐标变换成观察坐标
void world_to_ob(_3D *point1,_3D *point2)
{point2->x=point1->x*Observe_Mat[0][0]+point1->y*Observe_Mat[1][0]+
point1->z*Observe_Mat[2][0]+Observe_Mat[3][0];
point2->y=point1->x*Observe_Mat[0][1]+point1->y*Observe_Mat[1][1]+
point1->z*Observe_Mat[2][1]+Observe_Mat[3][1];
point2->z=point1->x*Observe_Mat[0][2]+point1->y*Observe_Mat[1][2]+
point1->z*Observe_Mat[2][2]+Observe_Mat[3][2];
} //把三维坐标投影为二维坐标
void _3Dto_2D(_3D *_3Dpoint,_2D *_2Dpoint)
{
_2Dpoint->x=WIDE/2+F*_3Dpoint->x/_3Dpoint->z;
_2Dpoint->y=HIGHT/2-F*_3Dpoint->y/_3Dpoint->z;
} //球体绕z轴转动后的坐标变换
void z_round(Globe *globe,int angle)
{float z[4][4];
int i,j;
to_EMat(z);
z[0][0]=Cos[get_angle(angle)];
z[0][1]=Sin[get_angle(angle)];
z[1][0]=-z[0][1];
z[1][1]=z[0][0];
for(i=0;i<9;i++)
for(j=0;j<10;j++)
_3D_mult_mat(globe->g[i][j],z);
} //球体绕y轴转动后的坐标变换
void y_round(Globe *globe,int angle)
{float y[4][4];
int i,j;
to_EMat(y);
y[0][0]=Cos[get_angle(angle)];
y[2][0]=Sin[get_angle(angle)];
y[0][2]=-y[2][0];
y[2][2]=y[0][0];
for(i=0;i<9;i++)
for(j=0;j<10;j++)
_3D_mult_mat(globe->g[i][j],y);
} //球体绕x轴转动后的坐标变换
void x_round(Globe *globe,int angle)
{float x[4][4];
int i,j;
to_EMat(x);
x[1][1]=Cos[get_angle(angle)];
x[1][2]=Sin[get_angle(angle)];
x[2][1]=-x[1][2];
x[2][2]=x[1][1];
for(i=0;i<9;i++)
for(j=0;j<10;j++)
_3D_mult_mat(globe->g[i][j],x);
} //初始化图形模式
void init_gph()
{int gd=DETECT,gm;
initgraph(&gd,&gm,"d://turboc3");
setfillstyle(SOLID_FILL,BLACK);
bar(0,0,640,480);
} //开辟一个用来存放球体数据的空间，并返回头地址
Globe *create_globe()
{Globe *p;
int i,j;
p=(Globe *)malloc(Sizeglobe);
for(i=0;i<9;i++)
for(j=0;j<10;j++)
{p->g[i][j]=(_3D *)malloc(Size3D);
p->temp[i][j]=(_2D *)malloc(Size2D);
}
p->center=(_3D *)malloc(Size3D);
p->round_center=(_3D *)malloc(Size3D);
return p;
} //把一个角化为0-360的角，要求是它的三角函数值不变
int get_angle(int angle)
{angle%=360;
if(angle<0)
angle=360+angle;
return angle;
} //给一个三维坐标赋值
_3D *get_3Dpoint(float x0,float y0,float z0)
{_3D *p;
p=(_3D *)malloc(Size3D);
p->x=x0;
p->y=y0;
p->z=z0;
return p;
} //给一个轴向量赋值
Axle *get_axle(int qx,int qy,int qz)
{Axle *p;
p=(Axle *)malloc(Sizeaxle);
p->anglex=qx;
p->angley=qy;
p->anglez=qz;
return p;
} //从世界坐标原点平移球体到指定点（球体初始化时用）
void place_globe(Globe *globe)
{float tempf[4][4];
int i,j;
to_EMat(tempf);
tempf[3][0]=(globe->center)->x;
tempf[3][1]=(globe->center)->y;
tempf[3][2]=(globe->center)->z;
for(i=0;i<9;i++)
for(j=0;j<10;j++)
_3D_mult_mat(globe->g[i][j],tempf);
} //球体初始化
void init_globe(Globe *globe,float r,_3D *thecenter,_3D *rnd_center)
{int i,j;
//globe=(Globe *)malloc(Sizeglobe);
globe->r=r;
for(i=-4;i<=4;i++)
for(j=0;j<=9;j++)
{(globe->g[i+4][j])->x=r*Cos[get_angle(i*18)]*Cos[get_angle(j*36)];
(globe->g[i+4][j])->y=r*Cos[get_angle(i*18)]*Sin[get_angle(j*36)];
(globe->g[i+4][j])->z=r*Sin[get_angle(i*18)];
}
_3D_cpy(globe->center,thecenter);
_3D_cpy(globe->round_center,rnd_center);
place_globe(globe);
} //把球体上的点从世界坐标变成观察坐标，然后再把观察坐标投影为二维坐标
void Wglobe_to_2D(Globe *globe)
{int i,j;
_3D *point;
point=(_3D *)malloc(Size3D);
for(i=0;i<9;i++)
for(j=0;j<10;j++)
{world_to_ob(globe->g[i][j],point);
_3Dto_2D(point,globe->temp[i][j]);
}
} //用指定颜色绘制球体
void draw_globe(Globe *g,int color)
{int i,j,n;
Wglobe_to_2D(g);
setcolor(color);
for(i=0;i<9;i++)
for(j=0;j<10;j++)
{n=j+1;
if(n==10)
n=0;
line((g->temp[i][j])->x,(g->temp[i][j])->y,(g->temp[i][n])->x,(g->temp[i][n])->y);
}
for(j=0;j<10;j++)
for(i=0;i<9;i++)
{n=i+1;
if(n==9)
n=0;
line((g->temp[i][j])->x,(g->temp[i][j])->y,(g->temp[n][j])->x,(g->temp[n][j])->y);
}
}
//初始化
void init_start()
{int i;
_3D *p1,*p2,*p3,*p4;
p1=(_3D *)malloc(Size3D);
p2=(_3D *)malloc(Size3D);
p3=(_3D *)malloc(Size3D);
p4=(_3D *)malloc(Size3D);
init_gph();
setcolor(RED);
circle(320,240,200);
init_size();
create_table();
init_observe();
init_Mat();
create_obMat();
Moon1=create_globe();
Moon2=create_globe();
Earth=create_globe();
p1=get_3Dpoint(0,100,0);
p2=get_3Dpoint(0,-100,0);
p3=get_3Dpoint(0,0,0);
p4=get_3Dpoint(0,0,0);
init_globe(Moon1,20,p1,p4);
init_globe(Moon2,20,p2,p4);
init_globe(Earth,50,p3,p4);
draw_globe(Earth,BLUE);
draw_globe(Moon1,DARKGRAY);
draw_globe(Moon2,CYAN);
}
//各球体随时间变化而在各自轨道上运行的动画（按任意键退出）
void roll()
{clock_t start,end;
int angle=0;
start=clock();
while(!kbhit())
{ end=clock();
if((end-start)/CLK_TCK>TIME)
{draw_globe(Moon1,BLACK);
draw_globe(Moon2,BLACK);
draw_globe(Earth,BLACK);
z_round(Moon1,Zangle);
x_round(Moon2,Zangle);
y_round(Earth,Zangle);
angle+=5;
if(get_angle(angle)<180)
{draw_globe(Moon1,DARKGRAY);
draw_globe(Earth,BLUE);
draw_globe(Moon2,CYAN);
}
else
{draw_globe(Moon2,CYAN);
draw_globe(Earth,BLUE);
draw_globe(Moon1,DARKGRAY);
}
start=clock();
}
}
}
//主函数
void main()
{init_start();
roll();
getch();
closegraph();
} |