２０１０年第１期 （总第１２５期） 大众科技 ＤＡＺＨＯＮＧ ＫＥ Ｊ Ｎｏ．１。２０１０ （Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙ Ｎｏ．１２５） ＶＣ＋＋与ＯｐｅｎＧＬ混合编程实现三维图形处理 任群 （亳州Ｉ师范高等专科学校，安徽亳州２３６８００） 【摘要】三维图形操作是工程应用中计算机图形处理的难点。文章利用Ｖｉｓｕａｌｃ＋＋良好的用户界面开发功能结合ＯｐｅｎＧＬ 强大的图形显示和处理能力，实现了对三维图形的快速处理，为工程应用中数据的可视化和图形信息表达、虚拟现实的发展都 提供了一定的帮助。 【关键词】 Ｖｃ＋＋：ＯｐｅｎＧＬ；三维图形处理 【中图分类号】ＴＰ３９１ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００８—１１５１（２０１０）０１—００３８—０３ （一）引言 ＭＡＩＮＦＲＡＭＥ类、ＶＩＥＷ类和ＤＯＣ类。ＭＦＣ应用程序将这四种类有 一般而言，工程设计及资源勘探等都离不开计算机仿真 机的结合在一起。主框架类提供应用程序用户界面的基本框 技术的应用，特别是在处理复杂地质条件及工艺结构时需要 架，该框架具备有完整的标题栏和标准窗口控件。视图类负 利用数学模型建立三维立体图形结构。三维图形处理包括切 责与数据显示、绘制图形以及其他用户与应用程序间的交互 割、移动、旋转、光照等操作，软件的强大图形能力及良好 工作。在单文档应用程序中，视图的工作区覆盖在框架类的 用户界面接口是开发中的难点。 工作区之上。文档类负责处理和存储数据。在ＭＦＣ应用程序 Ｖｃ＋＋面向对象的、功能丰富的可视化开发工具，具有自 中，数据的存取和处理是放在文档类中完成的，数据的显示 动编辑、编译、链接生成可执行文件功能。能够开发出良好 以及交互工作是利用视窗方式完成的。应用程序类负责接收 的用户界面接口，受到软件开发人员的青睐。 消息和分发消息的，其对象ｔｈｅＡｐｐ是整个应用程序的入口点。 ＯｐｅｎＧＬ是一种三维工具软件包，在交互式三维图形建模 应用程序对象负责创建文档模板对象，文档模板对象又接着 能力和编程方面和其它图形开发工相比具有很强的优越性。 创建文档对象和框架窗口，而框架窗口要创建视图对象。 与传统的ＧＤＩ绘图相比，使用ＯｐｅｎＧＬ开发不仅减少了代码量， 本文所用的版本是ＶＣ＋＋６．０。 而且得到更好的视觉效果。在ＯｐｅｎＧＬ反馈的基础上建立的强 ２．ｏｐｅｎＧＬ 大选择和修改功能，极大地方便了有限元网格图形的修改和 ＯｐｅｎＧＬ是一个性能卓越的三维图形标准，它于硬件 处理，加快了有限元分析计算的周期。 系统、操作系统和窗口系统，具有广泛的可移植性。它采用 本文利用ＶＣ＋＋丰富的开发功能，结合ＯｐｅｎＧＬ强大的图形 一系列顶点或像素描述物体，然后将其全部转换为像素，并 处理能力，实现对三维仿真图形图像的处理，为工程应用中 在帧缓存中形成最终所希望的对象，从而完成高质量的静态 图形数据的可视化及仿真提供了借鉴作用。 和动态三维彩色图像的创建。ＯｐｅｎＧＬ有约２５０左右命令和３００ （二）Ｖｃ＋＋与ＯｐｅｎＧＬ功能简介 多个函数，用户通过调用这些命令指定创建交互式二维或三 ｌ＿ＶＣ＋＋ 维程序所需的几何对象和操作。 ｖｉｓｕａｌ ｃ＋＋（Ｖｃ＋＋）是Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ公司推出的一个面向对 ＯｐｅｎＧＬ具有对任何复杂形体的建模功能及图形变化功 象的可视化开发工具，是近十年来程序员设计领域最强大的 能，另外ＯｐｅｎＧＬ还支持颜色模式设置及特殊效果处理，如光 开发工具之一。ＶＣ＋＋可以借助于Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ提供的出色的 照和材质设置、纹理映射、双缓冲动画、深度暗示、运动模 ＭＦＣ（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｃｌａｓｓ，微软基础类库）类库和应 糊等。 用程序框架，便于开发出Ｗｉｎｄｏｗｓ标准界面的应用程序。 ＯｐｅｎＧＬ依赖绘制描述表操作显示硬件。调用ＯｐｅｎＧＬ函数 ＭＦＣ完整的封装了Ｗｉｎｄｏｗｓ ＡＰＩ函数，形成了建立Ｗｉｎｄｏｗｓ 的每一个线程都需要有一个当前的绘制描述表，该描述表包 应用程序的框架，其特点可以概括为： 含了有关ＯｐｅｎＧＬ的绘制信息。绘制描述表传递所有ＯｐｅｎＧＬ （１）提供了对具有共性应用程序的操作支持，如打印、 命令，它把ＯｐｅｎＧＬ与Ｗｉｎｄｏｗｓ窗口系统连接起来，所以创建 数据库和ＯＬＥ等等。 绘制描述表是每个窗口进行ＯｐｅｎＧＬ绘制前必不可少的步骤。 （２）具有良好的通用性和可移植性，借助 绘制描述表与设备描述表有相同的像素格式，但绘制描 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｗｉｚｚａｒｄ和ＣｌａｓｓＷｉｚａｒｄ使得开发者可以不再需 述表Ｒｃ必须在设备描述表ＤＣ之上创建。在获得一个ＤＣ之后， 要过多的关注重复率较高的基本代码和消息处理机制，开发 首先设置它的像素格式，然后在其上创建一个Ｒｃ，该过程由 者有更多的精力投入到算法的研究上。 ｗｇｌｃｒｅａｔｅｃｏｎｔｅｘｔ函数完成。然后调用ｗｇ１ＭａｋｅＣｕｒｒｅｎｔ函数 （３）利用 ＋的封装性，ＭＦＣ使得程序员直接面对Ｃ＋＋ 使得该Ｒｃ成为当前ＲＣ，再使用ＯｐｅｎＧＬ的函数绘制场景。当 中的对象而不再是各种复杂的句柄。 绘制工作结束以后，把ＲＣ从线程上脱离，接着调用 （４）程序执行效率高。 ｗｇｌＤｅ１ｅｔｅｃｏｎｔｅｘｔ函数删除它。 ＭＦＣ应用程序框架中包含有４个主要的类：ＡＰＰ类、 应用程序的每一个线程在调用任何ｏｐｅｎＧＬ函数之前，都 【收稿日期】２００９—１卜１０ 【作者简介】任群（１９８２－－），女（回族），安徽亳州人，亳州师范高等专科学校理化系助教，研究方向为计算机图像处理。 一３８． 必须有一个当前绘制描述表，否则，ＯｐｅｎＧＬ的调用命令将被 忽略。以下给出创建ＯｐｅｎＧＬ绘制描述表的一个一般步骤： ＨＤＣ ｈｄｃ：／／ｇｄ建设备描述表ＤＣ句柄 ＨＧＬＲＣ ｈｇｌｒｃ；／／创建像素格式句柄 ｈｇｌｒｃ＝ｗｇｌＣｒｅａｔｅＣｕｒｒｅｎｔ（ｈｄｃ）：／／创建一个绘制描述表 ｗｇｌＭａｋｅＣｕｒｒｅｎｔ（ｈｄｃ，ｈｇｌｒｃ）：／／使Ｒｃ成为当前ＲＣ ／／调用ＯｐｅｎｇＬ绘图及图像处理函数（省略） ｗｇ１ＭａｋｅＣｕｒｒｅｎｔ（ＮＵＬＬ，ＮＵＬＬ）：／／绘制结束时，使ＲＣ 从线程上脱离 ｗｇｌＤｅｌｅｔｅＣｏｎｔｅｘｔ（ｈｇｌｒｃ）：／／删除绘制描述表ＲＣ 在创建Ｒｃ之前，必须设置ＯｐｅｎＧＬ像素格式。ＯｐｅｎＧＬ和 ＧＤＩ的像素格式不同，在Ｗｉｎｄｏｗｓ应用中窗口的缺省设置是 ＧＤＩ像素格式。ＯｐｅｎＧＬ的像素格式定义了显示设备的若干特 性，比如是否使用双缓冲、颜色位数和类型以及深度位数等 等。所以需要我们为执行ＯｐｅｎＧＬ绘制任务的窗口专门指定像 素格式以代替ＧＤＩ像素格式。对每一个窗口，像素格式只能 设置一次。要设置像素格式，首先要用适当的属性填充 ＰＩｘＥＬＦ０ＲＭＡＴＤＥｓｃＲＩＰＴ０Ｒ结构体，然后才能调用处理像素格式 的Ｗｉｎ３２ ＡＰＩ函数。下面是ＰＩｘＥＬＦ０ＲＭＡＴＤＥｓｃＲＩＰＴ０Ｒ结构体 原型： ｔｙｐｅｄｅｆ ｓｔｒｕｃｔ ｔａｇＰＩＸＥＬＦＯＲ￣ＴＤＥＳＣＲＩＰＴＯＲ｛／／ｐｆｄ ＷＯＲＤ ｎＳｉｚｅ： ＷＯＲＤ ｎＶｅｒｓｉｏｎ： ＤＷＯＲＤ ｄｗＦｌａｇｓ： ＢＹＴＥ ｉＰｉｘｅ１Ｔｙｐｅ： ＢＹＴＥ ｃＣｏｌｏｒＢｉ ｔｓ： ＢＹＴＥ ｃＲｅｄＢｉｔＳ： ＢＹＴＥ ｃＲｅｄＳｈｉ ｆｔ： ＢＹＴＥ ｃＧｒｅｅｎＢｉｔｓ； ＢＹＴＥ ｃＧｒｅｅｎＳｈｉｆｔ： ＢＹＴＥ ｃＢｌｕｅＢｉｔＳ： ＢＹＴＥ ｃＢｌｕｅＳｈｉ ｆｔ： ＢＹＴＥ ｃＡｌｐｈａＢｉｔｓ： ＢＹＴＥ ｃＡｌｐｈａＳｈｉｆｔ： ＢＹＴＥ ｃＡｃｃｕｍＢｉｔＳ： ＢＹＴＥ ｃＡｅｃｕｍＲｅｄＢｉ ｔｓ： ＢＹＴＥ ｃＡｃｃｕｍＧｒｅｅｎＢｉｔＳ： ＢＹＴＥ ｃＡｃｃｕｍＢｌｕｅＢｉ ｔ Ｓ： ＢＹＴＥ ｃＡｃｃｕｍＡｌｐｈａＢｉｔｓ： ＢＹＴＥ ｃＤｅｐｔｈＢｉｔｓ： ＢＹＴＥ ｃＳｔｅｎｃｉ１Ｂｉｔｓ： ＢＹＴＥ ｃＡｕｘＢｕｆｆｅｒｓ： ＢＹＴＥ ｉＬａｙｅｒＴｙｐｅ： ＢＹＴＥ ｂＲｅｓｅｒｖｅｄ： ＤＷＯＲＤ ｄｗＬａｙｅｒＭａｓｋ： ＤＷＯＲＤ ｄｗＶｉＳｉｂｌｅＭａｓｋ： ＤＷＯＲＤ ｄｗＤａｍａｇｅＭａｓｋ： ｝ＰＩＸＥＬＦＯＲＭＡＴＤＥＳＣＲＩＰＴＯＲ： 下面给出在本文程序中填充的ＰＩｘＥＬＦ０ＲＭＡＴＤＥｓｃＲＩＰＴＯＲ 结构： ｓｔａｔ ｉ Ｃ ＰＩＸＥＬＦＯＲＭＡＴＤＥＳＣＲＩＰＴＯＲ ｐｆｄ＝｛ ｓｉｚｅｏｆ（ＰＩＸＥＬＦＯＲＭＡＴＤＥＳＣＲＩＰＴＯＲ），／／结构的字节大小 １， ／／版本号 ＰＦＤ ＤＲＡＷ ＴＯ ＷＩＮＤＯＷ ｌ／／支持窗口 ＰＦＤ ＳＵＰＰＯＲＴ ＯＰＥＮＧＬ Ｉ／／支持ＯｐｅｎＧＬ ＰＦＤＤＯＵＢＬＥＢＵＦＦＥＲ ｆ ＰＦＤ—ＳＵＰＰＯＲＴ—ＧＤＩ，／／支持双缓存 ＰＦＤＴＹＰＥＲＧＢＡ，／／ＲＧＢＡ颜色模式 ２４，／／２４位真彩色 ０，０，０，０，０，０，／／忽略的颜色位 ０，／／ｎｏ ａｌｐｈａ ｂｕｆｆｅｒ ０，／／ｓｈｉｆｔ ｂｉｔ ｉｇｎｏｒｅｄ ０，／／ｎｏ ａｃｃｕｍｕｌａｔ ｉｏｎ ｂｕｆｆｅｒ ０，０，０，０，／／忽略的ａｅｃｕｍ位 ３２ ／／３２一ｂｉｔ—Ｚ—ｂｕｆｆｅｒ ０，／／ｎｏ ｓｔｅｎｃｉｌ ｂｕｆｆｅｒ ０，／／ｎｏ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｂｕｆｆｅｒ ＰＦＢ￣ＩＮ ＰＬＡＮＥ，／／ｍａｉｎ ｌａｙｅｒ ０， ／／ｒｅｓｅｒｖｅｄ ０，０，０／／ｌａｙｅｒ ｍａｓｋｓ ｉｇｏｒｅｄ ｝： （三）基于ＭＦＧ实现ＶＣ＋＋与ＯｐｅｎＧＬ联合编程 １．构造绘制环境 在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统下，ＶＣ＋＋Ｎ用ＯｐｅｎＧＬ进行图形绘制 时，首先要建立基于ＯｐｅｎＧＬ的图形编程环境，包括：在ｖＣ＋＋ 的连接设置中添加Ｏｐｅｎ６Ｉ３２．１ｉｂ和ｇｌｕ３２．１ｉｂ两个文件 以便其调用ＯｐｅｎＧＬ的图形编程接口；用适当的数值初始化 ＰＩＸＥＬＦＯ１ＮＡＴＤＥ结构体，定义像素格式；创建着色描述表，以 便Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统能够响应到ＯｐｅｎＧＬ的绘制命令。 经过上述３个步骤，ＯｐｅｎＧＬ的编程环境就建立起来了， 绘图函数的实现部分可以放在ＯｎＤｒａｗ函数中。 ２．利用ＭＦＣ创建应用程序 （１）使用ＡｐｐＷｉｚａｒｄ创建应用程序框架。在文档和视图 结构的应用程序中，ＯｐｅｎＧＬ绘制工作可以放在视类中完成， 外部数据存取则在文档类中完成。 （２）在视图类中完成以下操作： 重载ＰｒｅＣｒｅａｔｅＷｉｎｄｏｗ函数；添加ＯｎＣｒｅａｔｅ函数；添加 ＯｎＳｉｚｅ函数；添加ＯｎＥｒａｓｅＢＫｇｎ函数；添加ＯｎＤｅｓｔｒｏｙ函数； 重载ＯｎＩｎｉｔｉａｌＵｐｄａｔｅ函数。 （３）在ＰｒｅＣｒｅａｔｅＷｉｎｄｏｗ函数中重新设置窗口属性： ＣＳ．ｓｔｙｌｅ ｉ＝ＷＳ—ＣＬＩＰＳＩＢＬＩＮＧＳ ｌ ＷＳ—ＣＬＩＰＣＨＩＬＤＲＥＮ。 （４）在ＯｎＣｒｅａｔｅ函数中设置像素格式，创建绘制描述 表Ｒｃ。这样当窗口被创建的时候系统发出ＷＭＣＲＥＡＴＥ消息， ＯｎＣｒｅａｔ函数得以调用，保证了ＲＣ的及时创建。 （５）在ＯｎＳｉｚｅ函数中调用ｇｌＶｉｅｗｐｏｒｔ和ｇｌＦｒｕｓｔｕｍ函 数。因为当窗口的大小发生改变的时候会调用ＯｎＳｉｚｅ函数， 此时适时地对ＯｐｅｎＧＬ进行窗口变换和投影变化，这样窗口中 的场景才不会因为窗口大小的变化而发生扭曲现象。 （６）添加ＯｎＥｒａｓｅＢＫｇｎｄ函数，注释掉该函数原有的所 有语句并添加一个ｒｅｔｕｒｎ语句。因为，当窗口背景需要重新 设置的时候，ＯｐｅｎＧＬ不需要ＭＦＣ添加的缺省操作而是用自己 的ｇｌＣｌｅａｒ函数产生类似的操作。 （７）重载ＯｎｌｎｉｔＵｐｄａｔｅ函数，完成ＯｐｅｎＧＬ的初始化工 作，包括创建显示列表、设置光照特性、初始化纹理参数以 及其它绘制场景前需要完成的设置。 一３９ （８）在ＯｎＤｒａｗ函数中绘制ＯｐｅｎＧＬ场景。所有的绘制工 作都应放在ＯｎＤｒａｗ函数中。 （９）添加ＯｎＤｅｓｔｒｏｙ函数用来响应ｗＭ ＤＥＳＴＲＯＹ消息。 当窗口被销毁的时候删除绘制描述表。 （１０）在完成以上步骤之后还需要设置库文件，因为在 ＭＦＣ基础类库环境下编写的ＯｐｅｎＧＬ程序需要用到ｇｌｕｔ．ｈ、 ｇｌａｕｘ．ｈ、ｏｐｅｎｇｌ３２．１ｉｂ、ｇｌｕ３２１ｉｂ、ｇｌａｕｘ．１ｉｂ以及 ｏｐｅｎｇｌ３２．ｄｌｌ等文件，具体操作步骤为：点击Ｐｒｏｊｅｃｔ菜单 中的Ｓｅｔｔｉｎｇ，在弹出的对话框中选择Ｌｉｎｋ属性页，添加 ｏｐｅｎｇｌ３２，ｌｉｂ ｇｌｕ３２，ｌｉｂ ｇｌａｕｘ．¨ｂ到ｍｏｄｕｌｅｓ中。 Ｏｂｊｅｃｔ／１ｉｂｒａｒｙ 图１表面起伏物体模型 （ａ）正视图 （ｂ）旋转后的侧视图 （ｃ）切割后的模型 另外，需要注意在ＯｐｅｎＧＬ绘图的时候，必须保证绘制描 述表Ｒｃ对应的设备描述表Ｄｃ不被删除或者被释放，否则会 影响后面的ＯｐｅｎＧＬ命令；如果ＯｐｅｎＧＬ作图需要长时间占用 ＤＣ，这里可以把作图窗口类设成ＣＳＯＷＮＤＣ属性。 （四）结论 本文利用面向对象的可视化开发工具ＶＣ＋＋结合具有高效 图形处理能力的０ｐｅｎＧＬ混合编程解决工程中对复杂三维体的 ３．图形基本操作功能实现及分析 为了能够使得三维模型更为准确地表达出物体的细节信 处理难点，收到了良好的应用效果。ｖｃ＋＋的三维数据处理能 力有限，借助于ＯｐｅｎＧＬ强大的图形处理能力和二者良好的融 合性，使得程序能够全部用Ｃ语言完成，避免了借助ＭＡＴＬＡＢ 绘图的各种弊端。同时方便程序移植到其它操作系统中，如 Ｌｉｎｕｘ。 息，本文采用网格化的方式处理三维模型，这样物体不同细 节的物理信息可以用模型的颜色表达出来，如图１所示。 如果采用１００×１００×１００的三维模型则会产生１０６个小 的网格体，在显示该三维模型的时候消耗时间最大的是用颜 色填充长方体网格单元，这样将会严重影响处理效率。考虑 到人机交互时，人们能够识别的物体信息只是表层部分，切 同时，为了更多的表达物体细节信息本文采用网格化模 型的方法，并利用表层染色技术解决网格化后带来的图形处 理效率低的问题。通过具有一定复杂度的模型实现，验证了 方法的可行性和实用性。 在三维图形显示技术方面，今后可以在本论文的基础上 割物体后，内部信息又会成为表层信息展示。这样，实际只 需要用颜色填充网格表层即可，采用这种方法会节省大量的 时间，是网格化处理三维模型成为可能。本文称该方法为表 层染色。 图１（ａ）是本文建立的三维物体模型正视图，该图为表 层起伏、中间带长方体孑Ｌ洞。从物体表层向下均匀变化的颜 色代表了物体不同的物理属性。图１（ｂ）是对物体进行旋转 操作后的侧视效果图。图１（ｃ）是对物体切割的效果图。另 外，本文还实现了物体的放大、光照等操作。 加入ＯｐｅｎＧＬ的交互技术，以及三维图形数据文件格式的读取 等，使得三维图形处理更加方便实用。 【参考文献】 【１】周翠英，董立国，刘祚秋，等．ＯｐｅｎＧＬ三维地层切割面的实现 技术【Ｉ１．土木工程学报，２００６，３９（２）：６１－６６． ［２】徐亮，陈建勋彳日用ＯｐｅｎＧＬ实现矿山三雏地形显示田．计 算机与数字工程，２００６，３４（４）：９５－９７． 【３］张丽虹．ＯｐｅｎＧＬ环境下利用ＭＡＴＬＡＢ函数实现三维地形 建模卟计算机工程与应用，２００３，３４：１２７—１２８． ［４】陈俊涛，肖明，郑永兰 用ＯｐｅｎＧＬ开发地下结构工程三维有 限元图形系统【Ｊ】．岩石力学与工程学报，２００６， ２５（５）：１０１５—１０２０． ［５】姚普选，仇国巍．程序设计教程（Ｖｉｓｕａｌ ｃ＋＋）［Ｍ】．北京：清华 （ｂ） 大学出版社，２００５：２６９—２７０． （上接第１０４页） （五）结束语 断路器失灵保护的正确运行和合理应用对电力系统稳定 性起着重要作用，无论设计或现场维护都应尽量提高保护可 靠性。当失灵保护灵敏度能满足要求时，其配置应简单可靠， 配置太复杂是不可取的。另外失灵保护回路应尽可能规范统 一【参考文献】 ｆ１贺家立，１Ｊ宋从矩．电力系统继电保护原理（第－－＿Ｎ）ｆＭ】．中国 电力出版社． ［２ ＲＣＳ－２］－９１６型母线失灵保护装置技术说明书【Ｓ１．南京南瑞继 保电气有限公司． 【３Ｊ ＲＣＳ－－９２１断路器失灵保护及自动重舍装置技术说明书【Ｓ１． 南京南瑞继保电气有限公司． ，现场试验时安全措施一定要到位。 【４】毛锦庆，赵志刚，等．电力系统继电保护规定汇编（第二 版）『Ｍ１坤国电力出版社． ．．４０．．
