基于opengl技術的軟件系統(tǒng)設計(已修改)
2025-06-19 08:58 本頁面
【正文】 第五章 基于 OpenGL技術的軟件系統(tǒng)設計 機器人三維運動仿真是機器人各項仿真中一個很重要的組成部分。它對于驗證機器人工作原理、工作空間及進行碰撞檢測等都具有非常重要的指導意義 [4]。本 章 通 將 如何在 Windows 環(huán)境下使用 VC++、 OpenGL實現(xiàn)物體的三維實時運動仿真 ， 并利用 “ 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡算法 ” 來解決機械手臂到達指定環(huán)境中的某點位置運動的問題 ， 為機械運動控制系統(tǒng)的三維運動仿真 及操作控制 提供了一種新的方法 [52]。 OpenGL技術 的實現(xiàn) OpenGL的概述 OpenGL(全稱： Open Graphics Library)是定義了一個跨編程語言、跨平臺的編程接口的規(guī)格，它用于三維圖象（二維的亦可）。 OpenGL 是個專業(yè)的圖形程序接口，是一個功能強大，調(diào)用方便的底層圖形庫。 OpenGL的前身是 SGI公司為其圖形工作站開發(fā)的 IRIS GL。 IRIS GL是一個工業(yè)標準的 3D圖形軟件接口，功能雖然強大但是移植性不好，于是 SGI 公司便在 IRIS GL 的基礎上開發(fā)了OpenGL。 OpenGL的英文全稱是 “ Open Graphics Library” ，顧名思義， OpenGL便是 “ 開放的圖形程序接口 ” 。 雖然 Direct X在家用市場全面領先，但在專業(yè)高端繪圖領域， OpenGL是不能被取代的主角。 OpenGL 是與硬件無關的軟件接口，可以在不同的平臺如 Windows 9Windows NT、 Unix、 Linux、 MacOS、 OS/2之間進行移植。因此，支持 OpenGL的軟件具有很好的移植性，可以獲得非常廣泛的應用。由于 OpenGL是圖形的底層圖形庫，沒有提供幾何實體圖元，不能直接用以描述場景。但是通過一些轉(zhuǎn)換程序，可以很方便地將 AutoCAD、 3DS/3DSMAX等 3D圖形設計軟件制作的 DXF和 3DS 模 型文件轉(zhuǎn)換成 OpenGL 的頂點數(shù)組。在 OpenGL 的基礎上還有 Open Inventor、 Cosmo3D、 Optimizer 等多種高級圖形庫，適應不同應用 ， 其中， Open Inventor 應用最為廣泛。該軟件是基于 OpenGL面向?qū)ο蟮墓ぞ甙?，提供?chuàng)建交互式 3D圖形應用程序的對象和方法，提供了預定義的對象和用于交互的事件處理模塊，創(chuàng)建和編輯 3D場景的高級應用程序單元，有打印對象和用其它圖形格式交換數(shù)據(jù)的能力。 OpenGL的發(fā)展一 直處于一種較為遲緩的態(tài)勢，每次版本的提高新增的技術很少，大多只是對其中部分做出 修改和完善。 1992 年 7 月， SGI 公司發(fā)布了OpenGL的 ，隨后又與微軟公司共同開發(fā)了 Windows NT版本的 OpenGL，從而使一些原來必須在高檔圖形工作站上運行的大型 3D圖形處理軟件也可以在微機上運用。 1995年 OpenGL的 ，該版本比 ，并加入了一些新的功能。其中包括改進打印機支持，在增強元文件中包含 OpenGL的調(diào)用，頂點數(shù)組的新特性，提高頂點位置、法線、顏色、色彩指數(shù)、紋理坐標、多邊形邊緣標識的傳輸速度，引入了新的紋理特性等等。 OpenGL 又新 增了“ OpenGL Shading Language” ，該語言是 “ OpenGL ” 的底核，用于著色對象、頂點著色以及片斷著色技術的擴展功能。 OpenGL SGI，而是逐漸在 ARB中占據(jù)主動地位的 3DLabs。 ，同時在頂點與像素及內(nèi)存管理上與 DirectX 共同合作以維持均勢。 OpenGL 將由OpenGL ， 如圖 51。借此可以對在 ARB 停滯不前時代各家推出的各種糾纏不清的 擴展指令集做一次徹底的精簡。此外，硬件可編程能力的實現(xiàn)也提供了一個更好的方法以整合現(xiàn)有的擴展指令 [51]。 OpenGL三維 成形過程 OpenGL具有超強的圖形繪制能力，包括繪制物體、啟動光照、管理位圖、紋理映射、動畫、圖形增強及交互技術等功能。綜合以上功能，作為圖形硬件的軟件接口， OpenGL主要是將三維的物體投影到一個二維平面上，之后處理得到像素，進行顯示。 OpenGL首先將物體轉(zhuǎn)化為可以描述物體幾何性質(zhì)的頂點 (Vertex)與描述圖像的像素 (Pixel)，在執(zhí)行一系列操作后，最終將這些數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)化成像素數(shù)據(jù)。也就是說， OpenGL是基于點的。在 OpenGL中，無論何種情況，指令總是被順序處理。有一組頂點定義的圖元 (Pirmitive)執(zhí)行完繪制操作后，后繼圖元才能作用 [53]。簡單的圖形生成過程如圖 。 (1) 對圖元的定義：圖元由一組頂點定義，這一組頂點可以是一個或是多個頂點。每個頂點信息可以是二維的也可以是三維的，可以使用 2～ 4 個坐標。頂點信息可以由位置坐標、顏色值、法向量、紋理坐標組成。法線、紋理、顏色值會在處理每個頂點的過程中被使用和改變。紋理坐標決定圖元上紋理圖像的映射方式；法 線是用于光照計算的；顏色與顏色的變化取決于是否有光照。 OpenGL將點、線段、多邊形等通過在函數(shù) glBegin()和 glEnd()之間一系列頂點的數(shù)據(jù)繪制出圖形。 (2) 對圖元的操作： OpenGL 用交換矩陣、光照、反走樣、像素操作等方法控制圖元的繪制。圖元的操作處理過程結(jié)束后，只留下圖元可見部分，準備進行光柵化（投影）處理 [54]。像素處理比較特殊：對像素、位圖、影像直接進行像素操作，然后進行光柵化，后者是有些數(shù)據(jù)被存儲在紋理中供頂點使用。 (3) 光柵化 (Rasterization)過程：將圖元轉(zhuǎn)化為二 維圖像，完成每個圖像點的顏色與深度的計算，生成結(jié)果為基片 (Fr
畢業(yè)設計相關推薦
鄂ICP備17016276號-1