毕业论文(9)

本程序框架的应用程序包，这样就可以在此基础上进行程序设计。在参考许多数字 处理、图像处理软件的基础上，决定采用单文档的应用程序框架。【16】

? 创建工程：启动VC++6.0进入VC++的集成开发环境，新建一个工程，选择 MFC Appwizard选项，在应用程序类型中选择 singledocument(单文档)类型。 ? 设置编译环境：设置编译环境主要包括设置包含文件和设置库文件路径。 ? 加入OpenGL库：选择菜单Project→Setting，将弹出 ProjectSettings对话 框，在该对话框选择Link标签页，如图4-4所示。在该对话框中的

Object/Library Module文本框中加入opengl32.lib、glu32.lib、glaux.lib 三个函数库文件。在头文件中加入 gl/glu.h(OpenGL核心函数的头文件)和

gl/glut.h(使用函数的头文件)，这样就可以调用openGL软件包了。 图4-4 加入OpenGL库函数 这样，我们就很容易的建立了一个在Windows环境下进行OpenGL编程开发的 框架，按快捷键F7进行编译，按快捷键F5执行就会弹出一个窗口，包含一个主菜

单、一个工具条和一个状态条等部件。如下图4-5所示： 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第37页 图4-5 程序框架 4.2.2 设置OpenGL绘图环境 1）创建RC

在windows环境下建立OpenGL绘制窗口是通过建立设备描述表(DC)和绘制描 述表(RC)来实现的，而RC和DC是连接在一块的。因此，为了建立RC，先要建立 DC。用ChoosePixelFormat()选择系统中与pfd描述的像素格式最为匹配的返回； 本文现在消息响应函数OnCreate里调用InitializeOpenGL(m_pDC)函数，然后又通 过后者调用SetupPixelFormat()函数来设置DC像素格式完成绘图环境的设置工作； int CMyView::OnCreate(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct) {

if (CView::OnCreate(lpCreateStruct) == -1) return -1;

m_pDC = new CClientDC(this);

InitializeOpenGL(m_pDC); //调用函数 ...

return 0;

} 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第38页 BOOL CMyView::InitializeOpenGL(CDC* pDC) {

m_pDC = pDC;

SetupPixelFormat();//设置像素格式

m_hRC = ::wglCreateContext(m_pDC->GetSafeHdc());

::wglMakeCurrent(m_pDC->GetSafeHdc(), m_hRC);//选择像素格式 return TRUE; }

2）设置坐标变化方式

每次窗口创建或改变大小的时候，都要重新设置视口大小，因此我们在OnsizeO 中进行视口设置。而投影变换和视点一模型变换的初始设置也可以放在里面进行。 void CMyView::OnSize(UINT nType, int cx, int cy) {

CView::OnSize(nType, cx, cy); if (cy==0) // 防止被零除

{cy=1; }

glViewport(0,0,cx,cy);// 重置当前视口

glMatrixMode(GL_PROJECTION);// 选择投影矩阵 glLoadIdentity(); // 重置投影矩阵

gluPerspective(45.0f,(float)cx/(float)cy,0.1f,2000.0f);//设置透 视投影矩阵

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);// 选择模型观察矩阵 glLoadIdentity(); // 重置观察模型矩阵 }

3）绘图显示

完成上面的设置以后我们就可以利用OpenGL进行绘图了。本文为了程序的简 约，先在OnDraw（）里调用RenderScene()函数，然后在RenderScene()里调用所 有绘图显示函数。代码如下：

void CMyView::OnDraw(CDC* pDC) {

CMyDoc* pDoc = GetDocument();

ASSERT_VALID(pDoc);

RenderScene(); //调用绘图函数

} 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第39页 4）程序结束，释放资源。

调用消息响应函数OnDestroy()，在函数里完成相关资源的释放。 void CMyView::OnDestroy() {

CView::OnDestroy(); ::wglMakeCurrent(0,0); ::wglDeleteContext( m_hRC); if (m_hPalette)

DeleteObject(m_hPalette); if ( m_pDC ) {

delete m_pDC; } ... }

最后按照参考书上的方法设置了全屏显示按钮，可以实现全屏显示，同时可以 进行屏幕工具栏的显示缩放。【16】 编译运行结果如图4-6所示：

图4-6 设置完成的机器人三维场景框架 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第40页 4.3 机械手三维模型的建立 OpenGL中模型的建立一般有两种思路，一种通过一个是用3dsMax绘制出模型 并将其转换成特定格式的文件，然后导入到程序中；另一个是直接用OpenGL的函

数绘制出所需要的模型。导入的模型比较美观漂亮，但是实现起来技术难度比较大，

而OpenGL的函数绘制出的模型则比较粗糙，但是灵活性好，实现起来也比较容易。 4.3.1 导入机械手模型 利用openGL建立复杂物体的三维模型是一件比较麻烦和枯燥的事情，因为

OPenGL并没有提供三维模型的高级命令，它也是通过基本的几何图元一点、线及多 边形来建立三维立体模型的。而利用3dsMax建立复杂物体的模型则显得轻松的多。 可是，用3dsMax制作的动画没有交互性，无法实时控制，而这正是OpenGL的优势 所在。把这些模型转换成OpenGL程序，再对其进行控制是一种比较理想的方法。 所以，如果可以把OpenGL与3dsMax结合起来实现三维仿真则可以事半功倍。但是 由于时间和知识的限制，无法完成对3D模型的读取工作，所以查找了一些读取3D 模型文件的代码，利用这些代码将机械手模型转换成了OpenGL程序，将模型导入 进了OpenGL里。为了节约时间作者没有在3dsMax里建立机械手的模型，而是在比 较熟悉的Auto CAD里建立了机械手的模型，然后通过3dsMax软件模型文件导出成 接口程序可识别的*.ASE格式的文件，再通过接口程序导入进OpenGL里。导入前的 在3dsMax里的模型如图4-7所示： 图

4-7

3dsMax

里

的

机

械

手

模

西南交通大学本科毕业设计(论文) 第41页 导入后的机械手模型经过坐标变换、缩放、改变颜色并加入光照照亮后如下图 4-8所示：

图4-8 导入的机械手模型 4.3.2

在OpenGL中建立机械手的模型 虽然实现了模型的导入，但是只实现了整体导入，未能实现分块导入机械手的

模型，所以在OpenGL只实现了整体模型的控制，很显然满足不了机械手运动的要 求，所以导入的模型只能作为仿真场景的一部分做静态显示。为了继续进行后续工 作，作者直接在OpenGL中通过基本的几何图元一点、线及多边形建立了机械手的 三维立体模型。机械手模型主要由底座、腰部、关节、手臂这几个部分组成，由于 底座、腰部和关节都是圆柱型的，所以作者先利用glu库函数（gluCylinder和 gluDisk）【17】画出一个共用的圆柱，然后通过不同的缩放（glScalef）、转移 （glTranslatef）、旋转（glRotatef）变换绘制出了底座，腰部和关节的模型。这 里取绘制关节的函数作为例子介绍绘制过程，代码如下： void CMyView::joint() {

glPushMatrix();//模型入栈 GLUquadricObj *obj1;

型

obj1=gluNewQuadric();//创建一个描述当前绘图模式、定位、光照模式、 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第42页 纹理模式和回调函数的不透明的状态变量

glTranslatef(0.0,0.0,-5.0);//向Z轴负方向即屏幕里移动5个像素的距 离

glPushMatrix();

gluCylinder(obj1,10.0,10.0,10.0,360.0,2);//绘制一个顶面半径、底面 半径和高度都为10的圆柱面 glPopMatrix();

glPushMatrix();

gluDisk(obj1,0.0,10.0,360,1);// 绘制一个半径为10的圆片堵住上述圆 柱面的底面

glPopMatrix(); glPushMatrix();

glTranslatef(0.0,0.0,10);//向Z轴正方向即屏幕外移动10个距离 gluDisk(obj1,0.0,10.0,360,1);//绘制一个半径为10的圆片堵住上述圆 柱面的顶面

glPopMatrix();

glPopMatrix();//模型出栈

}

绘制手臂也很简单，手臂其实在这里同样是通过对一个立方体进行不同的然后 通过不同的缩放（glScalef）、转移（glTranslatef）、旋转（glRotatef）变换来 完成绘制。OpenGL里也有对应画立方体的库函数，但是由于不太清楚怎么对用库函 数绘制的模型进行纹理贴图，所以选用了一种比较熟悉和简单的方式来绘制，就是 通过6个面来组合成一个立方体。对每个面都可以进行不同的纹理贴图。在后面的 仿真场景建立过程中同样利用这个四方体也完成了实验室房间、木质方桌、大理石 长桌、凳子和储物箱的绘制。绘制立方体的代码如下： void CMyView::shoubi() {

glPushMatrix();

glColor4f(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f);//定义面的颜色为白色 glBegin(GL_QUADS);//开始绘制 // 前面

glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-100.0f, 0.0f, -100.0f); // 纹理和四边形的左下

glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 100.0f, 0.0f, -100.0f); 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第43页 // 纹理和四边形的右下

glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(100.0f, 100.0f, -100.0f); // 纹理和四边形的右上

glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-100.0f, 100.0f, -100.0f); // 纹理和四边形的左上 glEnd();

glBegin(GL_QUADS);

// 后面

glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-100.0f, 0.0f, 100.0f); // 纹理和四边形的右下

glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-100.0f, 100.0f, 100.0f); // 纹理和四边形的右上

glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f( 100.0f, 100.0f, 100.0f); // 纹理和四边形的左上

glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f( 100.0f, 0.0f,100.0f); // 纹理和四边形的左下 glEnd(); ...

glPopMatrix(); }

绘制完机械手的各个部件以后就可以通过缩放（glScalef）、转移

（glTranslatef）、旋转（glRotatef）变换来完成整个机械手模型的绘制。代码如 下：

void CMyView::manipulator() {

glPushMatrix();

glTranslatef(0.0,-80.0,-20.0);//分别沿Y和X轴负方向移动80和20 //glRotatef(0.0,1.0,0.0,0.0);

glRotatef(-hand[i].rot1,0.0,1.0,0.0);//绕Y轴旋转-hand[i].rot1（第 一个关节角θ1第i时刻的值） glPushMatrix();

glTranslatef(0.0,-15.0,0.0);

glRotatef(-90,1.0,0.0,0.0);//沿X轴逆时针旋转90°

glPushMatrix(); 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第44页 glTranslatef(0.0,0.0,20.0); glColor3f(1.0,0.0,0.0);//设置为红色

glScalef(1.0,1.0,5.0);//沿新的Z轴方向扩大5倍 joint();//绘制腰部 glPopMatrix();

glTranslatef(0.0,0.0,-5.0);

glScalef(3.0,3.0,0.5);//沿新的Y和X轴扩大3倍，新的Z轴方向缩小 0.5倍

glColor3f(0.0,1.0,0.0);//设置为绿色 joint();//绘制底座 glPopMatrix();

...//同样的方法绘制关节和两个手臂，这里不再一一叙述

}

在RenderScene()里调用manipulator()，编译运行后的结果如图4-9所示：

图4-9 OpenGL中绘制的机械手模型 4.4

建立仿真场景 场景中模型的绘制和上节机械手模型的绘制很类似，所以在这里不再做介绍， 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第45页 这一节主要介绍纹理贴图的实现和设置光照。 4.4.1 纹理贴图的实现 OpenGL体系内有一块纹理内存，在有硬件加速的情况下，可能是位于显卡的

VRAM里，否则会是OpenGL库管理的一块内存。在这个纹理内存里图片是以特定的 内部格式保存的，有的显卡还支持压缩纹理技术，所以将纹理像素从应用程序内存 传到纹理内存需要进行格式转换。这在OpenGL中是通过分别描述像素在应用程序 内存和纹理内存的格式来完成的，真正转换工作OpenGL会在内部完成。定义纹理 的命令是

glTexImage2/1D(GL_TEX_IMAGE_2/1D,level,components,width,height,border,f ormat,type,*pixels );OpenGL术语称应用程序内存读出像素的过程为解码 (UNPACK)，而向纹理内存写像素的过程为编码(PACK)。用

glPixelStore*(GL_[UN]PACK_*,参数值);命令设定编码[解码]格式 。对于贴纹理 过程我们只需关心解码过程。如今的显卡通常都有比较大的显存，其中有一部份是 专门的纹理存储区，有的卡还可以将最多64M系统内存映射为纹理内存，所以我们 有可能把经常要用的纹理就保留在纹理内存里以提高程序性能。OpenGL从1.2开始

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