怎样制作音乐喷泉

国内外音乐喷泉制作流程一般是首先选择要播放的乐曲，计算机人员根据乐曲，利用3D动画制作软件制作乐曲的音乐喷泉水型和灯光变化的水景。为体现音乐情感，需反复调试，直到完全相配为止。

然后控制人员根据3D音乐喷泉动画来编织控制程序，使喷头、变频机、灯光动起来，产生实际的音乐喷泉。再经过反复调试，使之和3D动画仿真显示基本一致。

最后三个系统（乐曲播放、动画显示、控制执行）进行联试，直到三者相互匹配为止。

1 OpenGL绘图环境初始化

OpenGL是一个跨平台的三维图形库，可在Windows、Unix和Mac等平台上运行。而Visual

C++完善的基本类库MFC和应用向导AppWizard使得开发一个复杂的应用程序变得轻松自如。如果将两者结合，便可开发出较高水平的Windows下三维图形应用程序[1]。

在3D游戏的渲染过程中，传统的建模方法一般只适用于外形比较规则的形体，对于那些像雨、雪、瀑布、喷泉以及火焰等没有固定形状，甚至要随着外部环境或者其他因素的改变而改变的物质建模，传统的方法就显得无能为力了[2]。1983年REEVES

W T提出了一种新的建模方法，称为模糊物体建模，该方法就是粒子系统，它的出现正好解决了上述问题[3]。

OpenGL函数库和 *** 作系统无关，它有自己的独特设计，与Windows的图像设备接口GDI模型以及多数MFC应用程序的建立方法不太一致。在Windows系统中，这样的一组函数称为wiggle函数，每个wiggle函数的前缀是“wgl”。

在Win32下，首先必须重新设置画图窗口的像素格式，使其符合OpenGL对像素格式的需要。为此，声明一个PIXELFORMATDESCRIPTOR结构的变量，并适当设置其结构成员的值，使其支持OpenGL及其颜色模式。再以此变量为参数调用ChoosePixelFormat（），分配一个像素格式号，然后调用SetPixelFormat（）将其设置为当前像素格式。

完成了像素格式的重新设置后，需要为OpenGL建立绘制描述表（Render

Context）。绘制描述表的作用类似于Windows中的设备描述表（DevICe

Context）。只有建立了绘制描述表RC后，OpenGL才能调用绘图原语在窗口中做出图形。Win32API提供了几个 *** 作绘制描述表的函数，包括建立、复制、使用、删除和查询等，它们都以wgl为词头。RC是以线程为单位的，每一个线程必须使用一个RC作为当前RC才能执行OpenGL绘图原语。

wglCreateContext（）是建立绘制描述表的函数，它以一个指向GDI设备描述表的句柄为参数，返回一个与此设备描述表相关联的绘制描述表句柄。在以此2句柄为参数调用函数wglMakeCurrent（），使RC成为线程当前使用的RC，完成Windows下OpenGL绘图环境的初始化过程[4]。

2 建立OpenGL单文档应用程序框架

使用Visual C++的AppWizard和Class Wizard可以很容易地生成一个使用MFC的OpenGL单文档应用程序框架，名称为MyFountain。

2.1 PreCreateWindow方法

BOOL CMySDOpenGLView：： PreCreateWindow（CREATESTRUCT&cs）

{

cs.style|=WS_CLIPCHILDREN|WS_CLIPSIBLINGS；

return CView：：PreCreateWindow（cs）；

}

使视窗口具有WS_CLIPCHILDREN和WS_CLIPSIBLINGS风格，确保成功地设置像素格式。

2.2 添加消息响应函数

利用MFC ClassWizard为CMySDOpenGLView类添加消息WM_CREATE、WM_DESTROY、WM_SIZE和WM_TIMER的响应函数。

首先在OnCreate方法中初始化OpenGL，并设置定时器。

然后在OnTimer响应函数中添加定时器响应函数和场景更新命令，使得程序按照定时器设置的时间步长进行中断，并调用OnDraw对场景进行更新、渲染。

第三步，添加OnSize函数对用户进行窗口调整的消息进行响应，并即时调整窗口的大小[5]。

最后，当关闭窗口时，将值NULL（或0）赋值给wglMakeCurrent（）的参数hRC后，调用wglDeleteContext（）删除绘制描述表，并删除调色板和定时器。

3 基于粒子系统的喷泉模拟

构造可视化系统的建模技术大致可以分为两类：几何建模和行为建模。几何建模处理物体的几何和形状的表示，研究图形数据结构等基本问题；行为建模处理物体运动和行为的描述。

一个粒子系统由大量称为粒子的简单体素构成。每个粒子有一组属性，如位置、速度、颜色和生命期。一个粒子究竟有什么样的属性，主要取决于具体的应用。粒子的初值由随机过程产生。粒子往往由位于空间的某个地方的粒子源产生。

粒子系统也利用了随机过程，并常将物体的几何和行为组合在一个有机模型中。

一个粒子系统是不断进化的。在生命期的每一刻，都要完成以下4步工作：

（1）粒子源产生新粒子。产生任意数目的新粒子，它们的初始属性由随机过程控制。每个粒子都有一个生命期，如果某些粒子不应删除，则可以赋予它无限长的生命期。

（2）更新现有粒子属性。例如，若粒子有位置和速度属性，在模拟重力场中的运动时，可以如下更新粒子的位置和速度属性：

v=v+gts=s+vt

在该步中，粒子的生命期递减一个时间步。

（3）删除“死”粒子。检查粒子的生命期，若为0则将粒子从系统中删除。

（4）绘制粒子。显示粒子系统中所有现存的粒子。

在一般情况下，粒子的几何特征十分简单，可以采用一个像素或小的多边形来代表[6]。

3.1 粒子数据结构的定义

粒子数据结构的定义如下：

struct particle

{

float t； //粒子的生命期

float vel； //粒子运动的速度

float dir； //粒子运动的方向

float x，y，z； //粒子的位置坐标

float xd，zd； //粒子的X和Z方向增加值

char type； //粒子类型（运动或淡化）

float a； //淡化alpha值

struct particle*next，*prev；

}；

3.2 绘制喷泉

3.2.1 先构造一个场景

由于重点是喷泉，因此简单构造一个模拟的地面能突出喷泉就可以了。实现代码如下：

glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）；

glLoadIdentity（）；

glBindTexture（GL_TEXTURE_2D，texture[1]）；

a+=0.2；

gluLookAt（cam.x，cam.y，cam.z，0，0，0，upv.x，upv.y， upv.z）；

3.2.2 喷泉的渲染处理

喷泉的渲染处理过程主要是利用了OpenGL的特征函数[7]和方法，主要进行了两方面的处理：（1）将喷泉模型渲染成纹理文件[8]；（2）采用透明纹理渲染技术[9]。

3.2.3 喷泉的实现

在构造了简单的地面场景后，取以原点为中心的圆周上的均匀点序列作为喷泉的喷射点，按照上述提到的绘制方法[10]即完成了喷泉的动态模拟。喷泉系统模拟的主要关键代码在于向内存中添加渲染粒子，即函数AddParticles（），之后粒子将按照预定的轨道运行，其主要实现代码如下：

//添加新的粒子

void CMyFountainView：：AddParticles（）

{

struct particle*tempp；

int i， j；

for （j=0；j<18；j++）

for （i=0；i<2；i++）

{

tempp=（struct particle*）malLOC（sizeof（struct particle））；

if （fn[j]）fn[j]->prev=tempp；

tempp->next=fn[j]；

fn[j]=tempp；

tempp->t=-9.9； //粒子的生命期

tempp->v=（float）（rand（）%200000）/100000+1；

// 粒子速度

tempp->d=（float）（rand（）%400）/100-2；

//粒子方向

tempp->x=20*cos（（j*3.14159）/180）； //开始位置的坐标

tempp->y=0；

tempp->z=20*sin（（j*3.14159）/180）；

tempp->xd=cos（（tempp->d*3.14159）/180）*tempp->v/4；

tempp->zd=sin（（tempp->d*3.14159）/180）*tempp->v；

tempp->type=0； //粒子状态为运动

tempp->a=1； //粒子淡化

}

}

#include<reg51.h>

#include "SoundPlay.h"

uchar code table[]="sound_signal:"

uchar code table1[]="sound_pace:"

uchar code table2[]="0123456789 "

uchar data count=0

sbit motor=P2^1

sbit rs=P2^2

sbit e=P2^3

void init_com()

{

TMOD=0x01

TH0=0xff

TL0=0xff

EA=1

ET0=1

}

void timer0(void) interrupt 1 using 3

{

counter=counter+1//节拍次数计数

TH0=0xd8//定义单位节拍的延时大小 10ms定时

TL0=0xef

}

void delay(uchar n)

{

uchar i

while(n--)

for(i=0i<125i++)//延时1毫秒

}

void sound_delay(uchar n)

{

uchar i

while(n--)

{

for(i=0i<2i++)

}

}

/*******LCD显示*******/

void zhiling(uchar zl) //写指令

{

rs=0

e=0

P0=zl

delay(5)

e=1

delay(5)

e=0

}

void shuju(uchar sj) //写数据

{

rs=1

e=0

P0=sj

delay(5)

e=1

delay(5)

e=0

}

void lcdinit() //初始化

{

delay(15)

zhiling(0x01)

zhiling(0x38)

delay(5)

zhiling(0x38)

delay(5)

zhiling(0x38)

delay(5)

zhiling(0x0c)

delay(5)

zhiling(0x06)

delay(5)

zhiling(0x01)

delay(5)

}

//*****************液晶初始化*********

void main()

{

uint i,a

uchar sound_signal//定义音符大小

uchar sound_pace//定义节拍大小

init_com()

lcdinit()

zhiling(0x80)

for (i=0i<13i++)

shuju(table[i])

zhiling(0x80+0x40)

for (i=0i<11i++)

shuju(table1[i])

//array[i]=0x00 代表歌曲演唱完毕

//array[i]=0xff 代表是休止符

while(1)

{

i=0

/***************************************///////////

while(array[i]!=0x00)

{

//如果是休止符，延时100ms，并终止本次循环，进入下一个循环

if(array[i]==0xff)

{

TR0=0

i++

delay(100)

continue

}

//从表中取得 音符大小

sound_signal=array[i]

i=i+1

//从表中取得 节拍大小

sound_pace=array[i]

a= sound_pace

P1=a|(a>>4)

//彩灯的根据节拍闪烁

zhiling(0x80+13)

if(sound_signal/100==0)

shuju(table2[10])

else shuju(table2[ sound_signal/100])

shuju(table2[sound_signal%100/10])

shuju(table2[sound_signal%10])

zhiling(0x80+0x40+11)

if(sound_signal/100==0)

shuju(table2[10])

else shuju(table2[sound_pace/100])

shuju(table2[sound_pace%100/10])

shuju(table2[sound_pace%10])

motor=0

delay(40)

TR0=1

//当节拍数未达到时候，继续循环，产生该音调的声音

while(counter<=sound_pace)

{

motor=1

sound=~sound

sound_delay(sound_signal)

}

i++

counter=0//节拍计数器置0，进入下一个音调

}

/*************************************************/

delay(10)//歌曲演唱完毕后,延时一段时间

}

}

//*******soundplay.h**********歌曲

#ifndef __SOUNDPLAY_H_REVISION_FIRST__

#define __SOUNDPLAY_H_REVISION_FIRST__

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit sound=P2^0

uint counter=0

uchar code array[]=

{

0x18, 0x30, 0x1C, 0x10,

0x20, 0x40, 0x1C, 0x10,

0x18, 0x10, 0x20, 0x10,

0x1C, 0x10, 0x18, 0x40,

0x1C, 0x20, 0x20, 0x20,

0x1C, 0x20, 0x18, 0x20,

0x20, 0x80, 0xFF, 0x20,

0x30, 0x1C, 0x10, 0x18,

0x20, 0x15, 0x20, 0x1C,

0x20, 0x20, 0x20, 0x26,

0x40, 0x20, 0x20, 0x2B,

0x20, 0x26, 0x20, 0x20,

0x20, 0x30, 0x80, 0xFF,

0x20, 0x20, 0x1C, 0x10,

0x18, 0x10, 0x20, 0x20,

0x26, 0x20, 0x2B, 0x20,

0x30, 0x20, 0x2B, 0x40,

0x20, 0x20, 0x1C, 0x10,

0x18, 0x10, 0x20, 0x20,

0x26, 0x20, 0x2B, 0x20,

0x30, 0x20, 0x2B, 0x40,

0x20, 0x30, 0x1C, 0x10,

0x18, 0x20, 0x15, 0x20,

0x1C, 0x20, 0x20, 0x20,

0x26, 0x40, 0x20, 0x20,

0x2B, 0x20, 0x26, 0x20,

0x20, 0x20, 0x30, 0x80,

0x20, 0x30, 0x1C, 0x10,

0x20, 0x10, 0x1C, 0x10,

0x20, 0x20, 0x26, 0x20,

0x2B, 0x20, 0x30, 0x20,

0x2B, 0x40, 0x20, 0x15,

0x1F, 0x05, 0x20, 0x10,

0x1C, 0x10, 0x20, 0x20,

0x26, 0x20, 0x2B, 0x20,

0x30, 0x20, 0x2B, 0x40,

0x20, 0x30, 0x1C, 0x10,

0x18, 0x20, 0x15, 0x20,

0x1C, 0x20, 0x20, 0x20,

0x26, 0x40, 0x20, 0x20,

0x2B, 0x20, 0x26, 0x20,

0x20, 0x20, 0x30, 0x30,

0x20, 0x30, 0x1C, 0x10,

0x18, 0x40, 0x1C, 0x20,

0x20, 0x20, 0x26, 0x40,

0x13, 0x60, 0x18, 0x20,

0x15, 0x40, 0x13, 0x40,

0x18, 0x80, 0x00

}

---