基于opengl技術(shù)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(完整版)
【正文】 持均勢。在 OpenGL 的基礎(chǔ)上還有 Open Inventor、 Cosmo3D、 Optimizer 等多種高級圖形庫，適應(yīng)不同應(yīng)用 ， 其中， Open Inventor 應(yīng)用最為廣泛。 OpenGL的前身是 SGI公司為其圖形工作站開發(fā)的 IRIS GL。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(luò)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]。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(yīng)用。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。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。頂點信息可以由位置坐標、顏色值、法向量、紋理坐標組成。 (4) 基片操作：處理過程包括基片是否遮擋、測試、融合等，最后得到像素，存入顯示幀緩沖中，完成整個繪制過程。在進行建模時任意復(fù)雜的三維實體用一個個小的多邊形面來近似表示。例如，繪制圓柱體的函數(shù)。這就需要對圖形文件的格式有深入的了解。這些繪制內(nèi)容可以輸出到屏幕內(nèi)存或打印機等設(shè)備。因此要在 Windows 環(huán)境下實現(xiàn) OpenGL 函數(shù)功能，就必須先設(shè)置象素格式。在 PreCreateV石 ndow 函數(shù)中設(shè)置視窗口為具有 WSCLIPCHILDREN 和 wsCUPSIBLINGS 風(fēng)格的窗口，以保證成功地設(shè)置像素格式。另外，釋放 RC也可通過該函數(shù)來完成。 完成上述操作后，基于 OpenGL的開發(fā)平臺就創(chuàng)建好了。 Windriver 開發(fā)設(shè)備驅(qū)動的一般方法是：在配置并安裝好設(shè)備之后，用戶可以打開 Windriver 的驅(qū)動向?qū)?Driver Wizard，首先在向?qū)е信渲迷O(shè)備資源，包括I/O 地址范圍，如有必要還可以設(shè)置內(nèi)存、寄存器地址范圍以及用到的中斷口；然后用戶可以對設(shè)備進行一些測試操作，檢驗硬件的有效性；設(shè)置完成之后，用戶可以選擇一種特定的開發(fā)環(huán)境或編程語言，讓 Windriver 根據(jù)用戶的先前設(shè)置生成一個相應(yīng)開發(fā)環(huán)境下的設(shè)備驅(qū)動樣本。 軟件系統(tǒng)的設(shè)計 通過上述關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)，使用 VC++設(shè)計了本控制系統(tǒng)軟件。 表 51 六自由度機器手臂偽碼指令表 指令名稱 偽碼 1號 關(guān)節(jié) 旋轉(zhuǎn) L1B1 2號 關(guān)節(jié) 旋轉(zhuǎn) L2B 3號 關(guān)節(jié) 旋轉(zhuǎn) L3B 4號 關(guān)節(jié) 旋轉(zhuǎn) L4B 5號 關(guān)節(jié) 旋轉(zhuǎn) L5B 6號 關(guān)節(jié) 抓取 L6B 左旋或 +旋 L 左旋或 旋 R 下筆旋轉(zhuǎn) LB 當前轉(zhuǎn)動范圍 NS 原點轉(zhuǎn)動范圍 ZS 爪抓取力度 GN 爪松開 RN 開始 START 結(jié)束 END 延時 T(n)2 等待執(zhí)行 W 跳轉(zhuǎn) JP(n)2 左右指令編寫為在英文狀態(tài)下使用，半角； T(n)中 n表示延時時間長短，單位為 ms； JP(n)中 n表示跳轉(zhuǎn)指令編號； 表格中所有指令為專用語言，不具備其 他任何語言的意義； 機器手臂性能測試與分析 性能測試 通過對末端執(zhí)行器手爪握力、手臂伸展運動過程中帶負載、不帶負載的重復(fù)定位進行了測試。 30%重復(fù)定位 2 177。 表 54 帶負載重復(fù)定位測試 末端執(zhí)行器狀態(tài) 間隔時間（分鐘） 誤差（ mm） 0Kg重復(fù)定位 2 177。 通過對系統(tǒng)操作進行了重復(fù)定位和受力測試，測試出了其性能能較好的滿足設(shè)計的要求。 重復(fù)定位 2 177。 50%重復(fù)定位 2 177。 (1) 末端執(zhí)行器 手爪握力測試 通過對末端執(zhí)行器手爪受力標定后，在手爪上安裝一個經(jīng)過標定的認證的20Kg 測力傳感器，經(jīng)由軟件控制手爪的握力，每次握住十分鐘后張開爪，繼而增加握力，如此反復(fù)。 從圖中可以看出，本軟件一共使用了 4 條線程，分別為 USB 通訊線程、OPEGL 三維模型線程、用于操作界面線程、推理線程，各個線程采用 Windows消息隊列的形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互， USB 線程負責(zé)采集數(shù)據(jù) 后交與交與推理線程計算控制電壓角度，同時采集的位置信息交與 OpenGL線程繪制三維圖形，在用戶更改參數(shù)后，用戶界面操作線程將數(shù)據(jù)交與推理機制或者 USB 通訊線程。而 API 函數(shù)實際上要通過Windrivrer 的內(nèi)核模塊才能實現(xiàn)硬件訪問，其結(jié)構(gòu)框架如圖一所示。只要掌握一種編程語言、熟悉相應(yīng)設(shè)備的工作機制，任何人都能在短時間內(nèi)利用 Windriver 開發(fā)出令人滿意的設(shè)備驅(qū)動。在 Renderscene 函數(shù)中進行圖形繪制和控制。 一般說來上述象素結(jié)構(gòu)，需要用戶改動的地方較少，最有可能改動的就是PFD_DOUBLEBUFFER，這個參數(shù)的意義是支持雙緩存 機制，若要用 OpenGL實現(xiàn)動畫，則必須選擇此參數(shù)。 在 VC++ 可以編寫只有一個窗口需要繪制的單文檔程序和多個窗口需要繪制的多文檔程序。所有的 Windows 圖形程序中都需要申請一個 DC 并在 DC中完成各種繪圖操作。而對于比較復(fù)雜的曲面等，則利用 AutoCAD 等 CAD 軟件繪制所需圖形在 OpenGL中讀取顯示的方法。繪蒯這些形體雖然可只執(zhí)行一條指 令。建模的關(guān)健就是設(shè)法把復(fù)雜的三維實體分解為小多邊形。 VC++ 編程平臺 幾乎所有世界級的軟
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