導(dǎo)讀：visual c++是當(dāng)前最為流行的軟件開(kāi)發(fā)工具之一，它匯集了微軟公司的技術(shù)精華，不僅全面的貫徹了面向?qū)ο蠹夹g(shù)，而且在編譯優(yōu)化技術(shù)方面較其它同類產(chǎn)品具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

1 引言

opengl是在sgi microsoft dec ibm和intel等多家世界著名計(jì)算機(jī)公司的倡導(dǎo)下，基于sgi的gl標(biāo)準(zhǔn)，制定的一個(gè)通用共享的開(kāi)放式三維圖形標(biāo)準(zhǔn)。opengl實(shí)際上是一種圖形與硬件的接口。在仿真三維立體建模、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、3d游戲開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域，opengl起著重要作用。

visual c++是當(dāng)前最為流行的軟件開(kāi)發(fā)工具之一，它匯集了微軟公司的技術(shù)精華，不僅全面的貫徹了面向?qū)ο蠹夹g(shù)，而且在編譯優(yōu)化技術(shù)方面較其它同類產(chǎn)品具有明顯的優(yōu)勢(shì)。它是一個(gè)徹底的程序員級(jí)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，“可視化”的設(shè)計(jì)減少了不少編程的工作量。visual c++6.0更加適應(yīng)當(dāng)今計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，運(yùn)行速度快，以及加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)。成為軟件開(kāi)發(fā)的首選工具。

當(dāng)前在visual c++6.0中已經(jīng)集成了opengl圖形標(biāo)準(zhǔn)，使得opengl在三維圖形設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2 opengl的實(shí)現(xiàn)原理

（1） opengl的工作結(jié)構(gòu)

opengl的指令的解釋模型是客戶/服務(wù)器模型，即客戶（試圖用opengl進(jìn)行繪制工作的應(yīng)用程序）向服務(wù)器（opengl內(nèi)核）發(fā)布命令，這些opengl命令則是由服務(wù)器來(lái)解釋的。在大多數(shù)情況下，客戶和服務(wù)器是運(yùn)行在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)的?；诳蛻?服務(wù)器模式，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中很容易使用opengl，且在不同計(jì)算機(jī)上的多個(gè)客戶可以得到在其他計(jì)算機(jī)上服務(wù)器的服務(wù)。

opengl的庫(kù)函數(shù)被封裝在opengl32.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中。從客戶應(yīng)用程序發(fā)布的對(duì)opengl函數(shù)的調(diào)用首先被opengl32.dll處理，在傳給服務(wù)器后，被進(jìn)一步處理，然后傳給ddi，最后傳遞給視頻顯示驅(qū)動(dòng)程序。

（2） opengl的圖形操作步驟

運(yùn)用opengl在計(jì)算機(jī)屏幕上繪出三維場(chǎng)景的基本步驟是：

·設(shè)置像素格式

像素格式告訴opengl繪制風(fēng)格、顏色模式、 顏色位數(shù)等重要信息;

· 建立模型

根據(jù)基本圖元建立景物的三維模型，并對(duì)模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述;

·舞臺(tái)布置

把景物放置在三維空間的適當(dāng)位置，設(shè)置三維透視視覺(jué)體以觀察場(chǎng)景;

· 效果處理

設(shè)置物體的材質(zhì)，加入光照及光照條件;

· 光柵化

把景物及其顏色信息轉(zhuǎn)化為可在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的像素信息。

（3） opengl的基本程序結(jié)構(gòu)

opengl編程類似與c編程，實(shí)際接口就是c，所以很多有關(guān)opengl的書(shū)中的程序都是使用標(biāo)準(zhǔn)c（或是win32 console application）調(diào)用opengl函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。

·例1用標(biāo)準(zhǔn)c編寫(xiě)一個(gè)“繞y軸旋轉(zhuǎn)的線框型茶壺”的例子來(lái)說(shuō)明opengl的基本程序結(jié)構(gòu)。

例1 opengl例程myteapot.c

#include

#include “gl.h” //基本庫(kù)

#include “glu.h” //實(shí)用庫(kù)

#include “glaux.h” //輔助庫(kù)

#include

void init （void）;void callback reshape （glsizei w，glsizei h）;

void callback display （void）;void callback stepdisplay （void）;

int symbol=1; float rot=0;

void init （void）

{ glclearcolor（0.0，0.0，0.0，0.0）; //將窗口清為黑色

}

void callback stepdisplay （void）

{ rot+=4; if（rot》360） rot=0; display （）;

}

void callback display （void）

{ glclear （gl_color_buffer_bit）;

//將當(dāng)前顏色緩存清為窗口的顏色

glpushmatrix（）; gltranslatef（0.0，0.0，-80）;

if （symbol） glrotatef（rot，0，1，0）;

else gltranslatef（0，0，-rot）;

glcolor3f（0，1，0.5）; //設(shè)置顏色

auxwireteapot（20.0）;

//繪制一個(gè)線框型的茶壺

glpopmatrix（）;

glflush（）; //強(qiáng)制繪圖完成

auxswapbuffers（）;

//交換兩個(gè)顏色緩沖區(qū)的內(nèi)容

}

void callback reshape （glsizei w，glsizei h）

{ if（h= =0）

h=1; glviewport（0，0，w，h） //定義視口;

glmatrixmode（gl_projection）;

//定義操作矩陣的類型為投影操作矩陣

glloadidentity（）; gluperspective（90，w/h，1.0，200）;

//定義了一個(gè)四棱臺(tái)視景體

glmatrixmode（gl_modelview）; glloadidentity（）;

}

void main（void）

{ auxinitdisplaymode（aux_double|aux_rgba）;

// rgba和雙緩沖模式

auxinitposition（0，0，400，360）;

//指定要建立的窗口在屏幕窗口中的位置和大小

auxinitwindow（“my teapot ”）;

//顯示窗口標(biāo)題

init（）; auxreshapefunc（reshape）; auxidlefunc（stepdisplay）;

auxmainloop（display）;

}

3 vc++6.0中的opengl編程

（1） 創(chuàng)建一個(gè)名字為nehe新的單文檔工程;

（2） 包含頭文件與函數(shù)庫(kù)文件

在cneheview.h文件首部添加頭文件的包含：

·#include “gl.h” //基本庫(kù)

· #include “glu.h” //實(shí)用庫(kù)

· #include “glaux.h” //輔助庫(kù)

選擇tool|options菜單命令添加頭文件包含語(yǔ)句，選擇菜單命令project|settings添加庫(kù)文件包含;

（3） 設(shè)置像素格式

先在cneheview.h中添加保護(hù)成員函數(shù)bsetup pixelformat（），

添加保護(hù)成員函數(shù)init（），聲明兩個(gè)公有成員：cclientdc*m_pdc; crect m_rect;在構(gòu)造函數(shù)

cneheview（）中對(duì)m_pdc進(jìn)行初始化。編輯bsetuppixelformat（）函數(shù);

bool cneheview：：bsetuppixelformat（）

{static pixelformatdescriptor pfd=

//初始化像素格式

{ sizeof（pixelformatdescriptor），

// pfd的大小

1， //版本號(hào)

pfd_draw_to_window|pfd_support_opengl|

pfd_type_rgba，

24， 0，0，0，0，0，0，

//24位顏色深度，缺省的顏色位面數(shù)

0，0，0，

//沒(méi)有alpha緩沖， 忽略shift位， 沒(méi)有累積緩沖區(qū)

0，0，0，0， //忽略的累積位

32，0，0，

//32位深度緩沖區(qū)， 沒(méi)有模板緩沖區(qū)， 沒(méi)有輔助緩沖區(qū)

pfd_main_plane，

//主要層次方式

0， 0，0，0 //保留位，屏蔽層次掩模

};

int pixelformat;

if （（pixelformat=choosepixelformat（m_pdc-》getsafehdc（），&pfd））==0）

{messagebox（“choosepixelformat failed”）;

return false;

}

if （setpixelformat（m_pdc-》getsafehdc（），pixelformat，&pfd）==false）

{messagebox（“setpixelformat failed”）;

return false;

}

return true;

}

（4） 創(chuàng)建著色描述表并當(dāng)前化著色描述表

編輯init（）函數(shù);

（5） 刪除著色描述表

添加wm_destroy消息，生成ondestroy（）函數(shù)，在oncreate（）函數(shù)中調(diào)用init（）函數(shù);

（6） 增加wm_size消息，生成消息響應(yīng)函數(shù)onsize（），編輯該函數(shù);

（7） 選擇函數(shù)precreatewindow（createstruct& cs），編輯該函數(shù);

（8） 在ondraw（）函數(shù)中完成繪制工作。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 機(jī)械手臂控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

在本實(shí)例中，模擬機(jī)械手臂的控制，系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：

（1） 控制機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)到工件上方，并夾取工件;

（2） 然后控制機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)到檢測(cè)裝置（聲腔）處，檢測(cè)完成后，控制下料筒到相應(yīng)位置;

（3） 然后讓機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)到下料口上方，放入工件;

（4） 機(jī)械手臂復(fù)位，重復(fù)以上操作。

創(chuàng)建一個(gè)基于cformview的單文檔工程，取名為robort

arm。在對(duì)話框idd_robortarm_form的上方添加一個(gè)id號(hào)為idc_buttondraw的按鈕，并為其添加消息響應(yīng)函數(shù)onbuttondraw（），在函數(shù)onbuttondraw（）中完成繪制工作。在繪制一個(gè)復(fù)雜的實(shí)際系統(tǒng)時(shí)，有很多代碼是重復(fù)的。為了減少由于重復(fù)拷貝而造成的應(yīng)用程序冗長(zhǎng)以及對(duì)系統(tǒng)資源的占用，我們?cè)诒境绦蛑胁捎昧藙?dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。

動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)dll（dynamic link library）是一種基于windows的程序模塊，它是一個(gè)包含函數(shù)的庫(kù)文件，可以在運(yùn)行時(shí)被裝入和鏈接。動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)dll和其他c++庫(kù)的區(qū)別在于，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)dll是在運(yùn)行時(shí)和應(yīng)用程序鏈接，而不是在編譯、鏈接的過(guò)程中被調(diào)用。要使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)dll，必須將動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)相應(yīng)的dll文件拷貝到一定的目錄下，在本實(shí)例中，將dll文件放到了應(yīng)用程序所在的子目錄下。

一個(gè)應(yīng)用程序鏈接dll的方法有兩種：顯式鏈接和隱式鏈接。顯式鏈接指動(dòng)態(tài)加載或運(yùn)行時(shí)的鏈接;隱式鏈接指靜態(tài)加載或加載時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接。在本實(shí)例中，應(yīng)用的是隱式鏈接。例如：在dll代碼中，聲明了圓柱體和立方體的導(dǎo)出函數(shù)分別為：

__declspec（dllexport） void drawcylinder

（gldouble dtopradius = 1.0， // 頂面半徑

gldouble dbottomradius = 1.0， // 底面半徑

gldouble dlength = 1.0， // 長(zhǎng)度

gldouble dxrotateptratio = 0.5， // x軸旋轉(zhuǎn)比率

int nslice = 20， // 等分?jǐn)?shù)

int mask = 0xff， // 面掩碼

glint* ptexptr = 0， // 貼圖指針

int ntype = 2 // 貼圖類型

）;

__declspec（dllexport） void drawcube

（glfloat cx = 1.0f， // x軸長(zhǎng)度

glfloat cy = 1.0f， // y軸長(zhǎng)度

glfloat cz = 1.0f， // z軸長(zhǎng)度

int mask = 0xff， // 面掩碼

glint* ptexptr = 0， // 貼圖指針

int ntype = 2 // 貼圖類型

）;

系統(tǒng)由基本的圓柱體和立方體構(gòu)成， 部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

//定義水平平臺(tái)的長(zhǎng)、寬、高

#define lengthlevel 1.7f

#define widthlevel 0.9f

#define heightlevel 0.015f

//定義傾斜平臺(tái)支柱的長(zhǎng)、寬、高

#define lengthbrace 0.04f

#define widthbrace 0.04f

#define heightbrace 0.4f

//定義放料箱的長(zhǎng)、寬、高

#define lengthbox 0.05f

#define widthbox 0.06f

#define heightbox 0.05f

//定義物料輪的半徑和高度

#define radiusdisk 0.14f

#define heightdisk 0.02f

//定義工件的半徑和高度

#define radiusworkpiece 0.025f

#define heightworkpiece 0.03f

//圓柱體：機(jī)械手的底座和支柱、工件、物料輪、聲腔、下料口、下料筒

void drawrobotsystem：： drawcylinder

（gldouble dtopradius， gldouble dbottomradius，

gldouble dlength， gldouble dxrotateptratio， int nslice， int mask，

glint* ptexptr， int ntype）;

//立方體：水平平臺(tái)、傾斜平臺(tái)、機(jī)械手的臂和手、表盤(pán)、放料箱

void drawrobotsystem：： drawcube

（glfloat cx， glfloat cy， glfloat cz， int

mask， glint* ptexptr， int ntype） ;

附圖為完整的模擬系統(tǒng)界面。

4.2 應(yīng)用結(jié)果分析

該仿真系統(tǒng)以三維動(dòng)畫(huà)的方式很好地仿真了機(jī)械手臂控制系統(tǒng)的整個(gè)過(guò)程。其中的動(dòng)畫(huà)包括：物料輪和下料筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，聲腔的閃爍，機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)。其中機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)又包括：機(jī)械手臂的上移、下移、旋轉(zhuǎn)、夾取工件、釋放工件。在實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)時(shí)，我們采用的是雙緩存法。它是一種邊畫(huà)邊顯示的實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)技術(shù)。其基本思想是提供兩個(gè)基本緩沖區(qū)，在顯示前臺(tái)緩存內(nèi)容中的一幀畫(huà)面時(shí)，后臺(tái)緩存正在繪制下一幀畫(huà)面，當(dāng)繪制完畢，則后臺(tái)緩存內(nèi)容在屏幕上顯示出來(lái)。而前臺(tái)繪制下一副畫(huà)面內(nèi)容。這種方法受圖形生成速度的制約，圖形繪制越復(fù)雜，則速度越慢。由于該系統(tǒng)比較復(fù)雜且要求實(shí)時(shí)性較高，而opengl占用計(jì)算機(jī)的資源又比較大，所以不能做到對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真。但對(duì)于機(jī)械手臂控制系統(tǒng)的整個(gè)工作過(guò)程還是模擬地很到位的。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了利用vc++6.0和opengl對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行仿真的方法。并給出了一個(gè)機(jī)械手臂控制系統(tǒng)的模擬實(shí)例，該實(shí)例現(xiàn)已應(yīng)用于濰坊市怡力達(dá)電聲有限公司的“ecm自動(dòng)測(cè)試視覺(jué)識(shí)別與控制系統(tǒng)”，目前該系統(tǒng)運(yùn)行良好。