3d 绘图应用问题答案

【问题标题】：3d Graphing Application Questions3d 绘图应用问题
【发布时间】：2019-03-15 09:02:18
【问题描述】：

对于我的一个课程，我制作了一个 3D 图形应用程序（使用 Visual Basic）。它接受一个字符串 (z=f(x,y)) 作为输入，将其解析为 RPN 符号，然后评估并绘制方程。虽然它确实有效，但绘制图表需要大约 20 秒。我本来想添加滑动条来垂直和水平旋转图形，但它绝对太慢了，不允许这样做。

有谁知道哪种编程语言最适合这种类型的事情？理想情况下，一旦绘制图形，我将能够平滑地旋转函数。

另外，我正在尝试找到一种更好的方法来旋转函数。现在，我在一堆点上对其进行评估，然后将这些点绘制到屏幕上。每次旋转时，都必须重新评估并绘制所有新点。这与原始图形过程一样长，因为它基本上将其视为一个全新的函数。

最后，我需要一种更好的方式来显示图表。目前（在 Visual Studio 中使用 VB）我将 200,000 个点绘制到图表上，但这无论如何看起来都不是很好。最终，我希望能够根据高度和其他图形操作更改颜色以使其看起来更好。

需要明确的是，我并不是要求有人为我做任何这些，而是要求以一种有效的方式进行编码的方法。我将非常感谢任何人提供的任何建议，以帮助解决这三个问题中的任何一个。

【问题讨论】：

【解决方案1】：

所以我将解释如何使用 C++ 和 OpenGL 来实现它。这并不意味着这些是您必须使用的工具，它们只是标准的图形工具。

函数的表面本质上是一个二维流形，它具有直观映射到二维空间的良好特性。即通常所说的 UV 映射。

您应该做的是选择要显示的矩形域的范围（最小 x，最大 x，最小 y，最大 y）并制作 2 个嵌套的形式的 for 循环：

// Pseudocode
for (x=minimum; x<maximum; x++)
    for (y=minimum; y=maximum; y++)
       3D point = (x,y, f(x,y))

将所有这些点存储到一个容器中（c++ 的标准向量工作正常），这将是您的“网格”。

这在渲染之前完成一次。然后，您使用例如 GL_POINTS 渲染这些点，并使用 GPU 上的旋转来旋转您的图形网格。

这只会显示散点，而不是表面。

如果您还希望显示函数的表面，而不仅仅是点，则可以相当轻松地对这组点进行三角剖分。

将每 4 个连续顶点分组（即索引 <x,y>, <x+1,y>, <x+1,y>, <x+1,y+1>) 处的顶点并创建 2 个三角形：

(<x,y>, <x+1,y>, <x,y+1>), (<x+1,y>, <x+1,y+1>, <x,y+1>)

这将填充三角网格的表面。

基本上您只需要构建一次网格，这样对于具有 20 000 个顶点的东西的渲染速度应该是 60 fps，无论您是只渲染点还是三角形。

【讨论】：

【解决方案2】：

编程语言大多不相关，所以 VB 本身可能不是问题。在 Python、C#、C++ 等中你可能会遇到同样的问题。当然你必须掌握你选择的编程语言。

一个关键方面是使用正确的算法和数据结构。正确使用内存分配和内存布局以最大化 CPU（和 GPU）缓存也是关键。然后您必须利用平台和硬件功能（GPU 和多线程）。最后一点，您肯定需要使用 OpenGL 或 Vulkan 等图形库。

【讨论】：