1.算法理论概述
一、引言
三维模型是计算机图形学中的一个重要概念，它是由一系列三维坐标点构成的点云或多边形网格。在三维图形学中，三维模型的建立和显示是一项非常重要的任务。OFF格式是一种用于描述三维模型的文件格式，它可以描述点云和多边形网格等不同类型的三维模型。本文将详细介绍基于OFF格式文件的三维模型建立和显示的实现步骤和数学原理。
二、OFF格式文件
OFF（Object File Format）格式是一种简单的三维模型描述文件格式，它由三部分组成：文件头、点坐标和面索引。OFF格式文件的文件头包含了模型的基本信息，如点数、面数等。点坐标部分包含了模型的点坐标信息，每行包含了一个点的三维坐标信息。面索引部分包含了模型的面信息，每行包含了一个面的顶点索引信息。
三、三维模型建立
基于OFF格式文件的三维模型建立的实现步骤如下：
读取OFF格式文件，获取点坐标和面索引信息。
构建三维模型
根据点坐标和面索引信息构建三维模型。对于点云模型，直接将点坐标绘制在三维坐标系中即可。对于多边形网格模型，将面的顶点按照顺序连接起来，形成一个多边形，并将多边形绘制在三维坐标系中。
四、三维模型显示
基于OFF格式文件的三维模型显示的实现步骤如下：
初始化OpenGL环境，包括创建窗口、设置视口、设置投影矩阵等。
加载OFF格式文件，获取点坐标和面索引信息。
根据点坐标和面索引信息绘制三维模型。对于点云模型，使用OpenGL的点绘制函数绘制点云。对于多边形网格模型，使用OpenGL的三角形绘制函数绘制多边形。
设置光照和材质，使得三维模型在绘制时可以有更好的效果。光照可以增加模型的立体感，材质可以使得模型的表面具有更真实的质感。
本文详细介绍了基于OFF格式文件的三维模型建立和显示的实现步骤和数学原理。该方法可以实现对点云模型和多边形网格模型的建立和显示，可以有效地提高三维模型的可视化效果。实验结果表明，该方法具有较好的可扩展性和通用性，可以适用于多种不同类型的三维模型。
2.算法运行软件版本
matlab2022a
3.算法运行效果图预览
4.部分核心程序 `fid = fopen(offname);% 打开 OFF 文件
%读取模型中的第一条线条
header = fgetl(fid);% 读取 OFF 文件中第一行的内容
if ~strcmp(upper(header),'OFF'),% 如果第一行不是 'OFF'，则显示警告信息
disp('Warning, wrong format, however, we will go on')
end;
%读取维度数值
dimension = str2num(fgetl(fid));% 读取顶点和面的数量
%读取顶点
vertices = -ones(dimension(1),3);% 初始化顶点矩阵
for I=1:dimension(1), % 读取每个顶点的坐标
vertices(I,:) = str2num(fgetl(fid));
end;
%读取面
faces = -ones(dimension(2),3);% 初始化面矩阵
for J=1:dimension(2),% 读取每个面的顶点索引
face = str2num(fgetl(fid));
if length(face(2:end)) > size(faces,2),% 如果该面的顶点数量大于当前的矩阵大小，则扩展矩阵
faces = [faces -ones(size(faces,1),length(face)-1-size(faces,2))];
end
faces(J,:) = face(2:end)+1;% 保存面的顶点索引，加1是因为 MATLAB 中的索引从1开始
end;
faces(faces==-1)=NaN;
%读取完毕，关闭文件
fclose(fid);
%将数据保存到cell格式中保存
OFF_3D.dimension = dimension;
OFF_3D.vertices = vertices;
OFF_3D.faces = faces;
%下面进行显示
%一、生成三维模型主视图；
figure;% 创建一个新的图形窗口
subplot(221);% 将该窗口分成2x2的四个子图，并选择第一个子图
patch('vertices', OFF_3D.vertices, 'faces',OFF_3D.faces, 'facecolor',[0.5 0.5 0.5]);
view([0 0 1]); % 设置视角为主视图
axis square;% 设置坐标轴比例为1:1:1
% %二、生成三维模型俯视图；
subplot(222);
patch('vertices', OFF_3D.vertices, 'faces',OFF_3D.faces, 'facecolor',[0.5 0.5 0.5]);
view([0 1 0]);
axis square;
%三、生成三维模型左视图改；
subplot(223);
patch('vertices', OFF_3D.vertices, 'faces',OFF_3D.faces, 'facecolor',[0.5 0.5 0.5]);
view([1 0 0]);
axis square;
%四、显示三维模型；
subplot(224);
patch('vertices', OFF_3D.vertices, 'faces',OFF_3D.faces, 'facecolor',[0.5 0.5 0.5]);
view([1 1 1]);
axis square;
% %五、提取主视图轮廓线。
figure;
patch('vertices', OFF_3D.vertices, 'faces',OFF_3D.faces, 'facecolor',[1 1 1]);
view([0 0 1]);
axis square;`
