基于OpenGL的三維曲面數(shù)據(jù)場(chǎng)動(dòng)態(tài)顯示(1)

1、基于OpenGL的三維曲面數(shù)據(jù)場(chǎng)動(dòng)態(tài)顯示(1)    摘 要 在大數(shù)據(jù)量條件下，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示三維曲面較困難，其關(guān)鍵在于提高三維圖形數(shù)據(jù)處理和圖形繪制速度。通過(guò)對(duì)基于圖形工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)OpenGL實(shí)現(xiàn)三維曲面動(dòng)態(tài)顯示的原理和方法的討論，提出采用OpenGL的雙緩存、顯示列表技術(shù)，大幅度提高了圖形數(shù)據(jù)處理和刷新速度，保證了每幀數(shù)據(jù)圖形繪制的連續(xù)性和完整性，成功實(shí)現(xiàn)了三維曲面數(shù)據(jù)場(chǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。        關(guān)鍵詞 OpenGL 三維曲面 動(dòng)態(tài)顯示   &

2、#160;1 引言     在某三維數(shù)據(jù)場(chǎng)中，數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化而發(fā)生變化，為直觀觀察數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的態(tài)勢(shì)，需對(duì)數(shù)據(jù)場(chǎng)的變化實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。利用網(wǎng)格曲面顯示三維數(shù)據(jù)場(chǎng)是一種直觀的方法，但需經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)插值、投影、曲面拼接、消隱等處理后方可繪制圖形，計(jì)算量較大。在數(shù)據(jù)量較大的情況下，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示三維曲面圖形較困難，其關(guān)鍵在于提高每幀圖形處理和繪制刷新速度，以保證每幀三維曲面顯示時(shí)的連貫性和完整性。     OpenGL是性能卓越的圖形處理工具，采用OpenGL雙緩存和繪圖操作予編譯技術(shù)，較好解決了三維圖形數(shù)據(jù)處理和繪圖刷新速

3、度問(wèn)題。利用Visual C 調(diào)用OpenGL的三維圖形編程接口成功實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)量的三維曲面圖形的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。 2 基于OpenGL的三維曲面動(dòng)態(tài)顯示原理 2.1 基于OpenGL三維曲面圖形顯示原理     OpenGL是獨(dú)立于操作系統(tǒng)的開(kāi)放式三維圖形軟件接口。其主要功能是將三維曲面通過(guò)頂點(diǎn)序列或像素點(diǎn)進(jìn)行描述，并進(jìn)行相應(yīng)的透視、光照、紋理操作，最終轉(zhuǎn)換成幀緩存中的圖像數(shù)據(jù)，利用該圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維曲面圖形的著色。三維曲面圖形顯示歸納為以下幾個(gè)步驟：     （1）在三維場(chǎng)景中建立曲面繪制的模型。選用插值方法、參

4、數(shù)曲面函數(shù)，計(jì)算曲面控制點(diǎn)，進(jìn)行曲面重構(gòu)；     （2）設(shè)置視點(diǎn)和透視方式；     （3）進(jìn)行消隱、光照、紋理、明暗處理；     （4）繪制場(chǎng)景，輸出到屏幕窗口。    圖1 三維曲面圖形顯示基本流程 2.2 利用雙緩存實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示原理     三維曲面動(dòng)態(tài)顯示需要連續(xù)地繪制三維曲面并顯示場(chǎng)景，用不同的曲面數(shù)據(jù)刷新屏幕視窗。     在OpenGL中利

5、用雙緩存技術(shù)，分配兩個(gè)幀緩存區(qū)，在連續(xù)顯示三維曲面時(shí)，一個(gè)幀緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)執(zhí)行繪制曲面命令的同時(shí)，另一個(gè)幀緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形顯示。當(dāng)前可見(jiàn)視頻緩存稱(chēng)為前臺(tái)視頻緩存，不可見(jiàn)的正在繪圖的視頻緩存稱(chēng)為后臺(tái)視頻緩存。當(dāng)后臺(tái)視頻緩存中的數(shù)據(jù)要求顯示時(shí)，OpenGL就將它拷貝至前臺(tái)視頻緩存，顯示硬件不斷地讀可見(jiàn)視頻緩存中的內(nèi)容，并把結(jié)果顯示在屏幕上。     應(yīng)用雙緩存，每一幀三維曲面只在繪制完成之后才顯示出來(lái)，所以觀察者可以看到每一幀完整三維曲面，而不是曲面的繪制過(guò)程。     使用雙緩存實(shí)現(xiàn)三維曲面動(dòng)態(tài)顯示的步驟如下：

6、     （1）設(shè)置OpenGL窗口顯示屬性為雙緩存機(jī)制：auxInitDisplayMode(AUX_DOUBLE|AUX_RGBA)；     （2）利用OpenGL基本繪圖命令繪制三維曲面；     （3）一幀曲面繪圖結(jié)束后緩存拷貝，切換緩存：auxSwapBuffers(); SwapBuffers(wglGetCurrentDC(); 2.3 利用顯示列表提高程序運(yùn)行效率     顯示列表是一組預(yù)先存儲(chǔ)起來(lái)留待以后調(diào)用的函數(shù)語(yǔ)

7、句。調(diào)用顯示列表時(shí)就按次序執(zhí)行其中的函數(shù)。顯示列表將反復(fù)執(zhí)行的繪圖操作以編譯好的命令方式進(jìn)行存儲(chǔ)，設(shè)計(jì)成命令的高速緩存，而不是動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)庫(kù)緩存，所以可以?xún)?yōu)化程序運(yùn)行性能。 實(shí)現(xiàn)和調(diào)用顯示列表的方法：     （1）創(chuàng)建列表：     void glNewList(Gluint list,Glenm mode);     void glBegin(Glenum mode);     void glEnd(void);  

8、0;  void glEndList();     （2）調(diào)用列表：     void glCallList(Gluint list); 3 基于OpenGL的三維曲面動(dòng)態(tài)顯示實(shí)現(xiàn)     在使用Visual C 的MFC AppWizard建立應(yīng)用程序框架后，生成了多個(gè)類(lèi)，與OpenGL編程相關(guān)的類(lèi)是視圖類(lèi)，主要的顯示任務(wù)都在其中完成。 3.1 基于OpenGL繪圖的基本設(shè)置 3.1.1 設(shè)置必要的編譯鏈接環(huán)境    

9、60;OpenGL的圖形編程接口包括的主要函數(shù)和庫(kù)函數(shù)被封裝在動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中，因此在項(xiàng)目中要添加    OpenGL32.dll、glu32.dll和glaux.dll三個(gè)庫(kù)。同時(shí)在應(yīng)用程序的視類(lèi)頭文件中加入OpenGL頭文件說(shuō)明：     #include "glgl.h"     #include "glglu.h"     #include "glglaux.h" 3.1.

10、2 設(shè)置像素格式     該部分設(shè)置繪圖所需的像素格式，Windows下采用PIXELFORMATDESCRIPTOR結(jié)構(gòu)設(shè)置像素格式，該結(jié)構(gòu)包含26個(gè)屬性信息，包含了顏色位數(shù)、顏色模式、緩存的位數(shù)和操作方式，以及是否采用雙緩存機(jī)制等。 3.1.3 創(chuàng)建著色描述表     OpenGL應(yīng)用程序的設(shè)備描述表（DC）稱(chēng)為著色描述表，由它通知Windows在窗口中繪制圖形。應(yīng)用程序必須在繪圖之前調(diào)用專(zhuān)用函數(shù)wglCreateContext()創(chuàng)建自己的著色描述表，調(diào)用wglMakeCurrent()使其當(dāng)前化，退出Ope

11、nGL時(shí)使著色表非當(dāng)前化。 3.1.4 創(chuàng)建三維曲面的觀察場(chǎng)景     OpenGL一般用函數(shù)glFrustrum()和glViewport()實(shí)現(xiàn)投影變換和視口變換。glFrustrum()定義了一個(gè)容納繪制對(duì)象的最大空間區(qū)域，即視景體，位于視景體以外的部分都會(huì)被剪切掉；glViewport()則定義了一個(gè)繪制場(chǎng)景的矩形區(qū)域，即視口，用來(lái)把場(chǎng)景中的點(diǎn)映射到繪圖區(qū)。 glFrustrum(-1.0,1.0,-2.0,2.0,0.0,7.0);     /視景體上、下、左、右、前、后的坐標(biāo)分別為-1.0,1.0,-2.0,2.0,0.0,7.0； glViewport(0,0,200,300);