導讀：visual c++是當前最為流行的軟件開發(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。
1 引言
opengl是在sgi microsoft dec ibm和intel等多家世界著名計算機公司的倡導下，基于sgi的gl標準，制定的一個通用共享的開放式三維圖形標準。opengl實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)實技術(shù)、3d游戲開發(fā)等領(lǐng)域，opengl起著重要作用。
visual c++是當前最為流行的軟件開發(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。它是一個徹底的程序員級的開發(fā)環(huán)境，“可視化”的設(shè)計減少了不少編程的工作量。visual c++6.0更加適應(yīng)當今計算機網(wǎng)絡(luò)化，運行速度快，以及加強數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢。成為軟件開發(fā)的首選工具。
當前在visual c++6.0中已經(jīng)集成了opengl圖形標準，使得opengl在三維圖形設(shè)計領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
2 opengl的實現(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)器來解釋的。在大多數(shù)情況下，客戶和服務(wù)器是運行在同一臺計算機的?；诳蛻?服務(wù)器模式，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中很容易使用opengl，且在不同計算機上的多個客戶可以得到在其他計算機上服務(wù)器的服務(wù)。
opengl的庫函數(shù)被封裝在opengl32.dll動態(tài)鏈接庫中。從客戶應(yīng)用程序發(fā)布的對opengl函數(shù)的調(diào)用首先被opengl32.dll處理，在傳給服務(wù)器后，被進一步處理，然后傳給ddi，最后傳遞給視頻顯示驅(qū)動程序。
（2） opengl的圖形操作步驟
運用opengl在計算機屏幕上繪出三維場景的基本步驟是：
·設(shè)置像素格式
像素格式告訴opengl繪制風格、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，并對模型進行數(shù)學描述;
·舞臺布置
把景物放置在三維空間的適當位置，設(shè)置三維透視視覺體以觀察場景;
· 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)化為可在計算機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，實際接口就是c，所以很多有關(guān)opengl的書中的程序都是使用標準c（或是win32 console application）調(diào)用opengl函數(shù)實現(xiàn)的。
·例1用標準c編寫一個“繞y軸旋轉(zhuǎn)的線框型茶壺”的例子來說明opengl的基本程序結(jié)構(gòu)。
例1 opengl例程myteapot.c
#include
#include “gl.h” //基本庫
#include “glu.h” //實用庫
#include “glaux.h” //輔助庫
#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）;
//繪制一個線框型的茶壺
glpopmatrix（）;
glflush（）; //強制繪圖完成
auxswapbuffers（）;
//交換兩個顏色緩沖區(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）;
//定義了一個四棱臺視景體
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 ”）;
//顯示窗口標題
init（）; auxreshapefunc（reshape）; auxidlefunc（stepdisplay）;
auxmainloop（display）;
}
3 vc++6.0中的opengl編程
（1） 創(chuàng)建一個名字為nehe新的單文檔工程;
（2） 包含頭文件與函數(shù)庫文件
在cneheview.h文件首部添加頭文件的包含：
·#include “gl.h” //基本庫
· #include “glu.h” //實用庫
· #include “glaux.h” //輔助庫
選擇tool|options菜單命令添加頭文件包含語句，選擇菜單命令project|settings添加庫文件包含;
（3） 設(shè)置像素格式
先在cneheview.h中添加保護成員函數(shù)bsetup pixelformat（），
添加保護成員函數(shù)init（），聲明兩個公有成員：cclientdc*m_pdc; crect m_rect;在構(gòu)造函數(shù)
cneheview（）中對m_pdc進行初始化。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
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，
//沒有alpha緩沖， 忽略shift位， 沒有累積緩沖區(qū)
0，0，0，0， //忽略的累積位
32，0，0，
//32位深度緩沖區(qū)， 沒有模板緩沖區(qū)， 沒有輔助緩沖區(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)用實例
4.1 機械手臂控制系統(tǒng)的簡介
在本實例中，模擬機械手臂的控制，系統(tǒng)的工作過程如下：
（1） 控制機械手臂運動到工件上方，并夾取工件;
（2） 然后控制機械手臂運動到檢測裝置（聲腔）處，檢測完成后，控制下料筒到相應(yīng)位置;
（3） 然后讓機械手臂運動到下料口上方，放入工件;
（4） 機械手臂復(fù)位，重復(fù)以上操作。
創(chuàng)建一個基于cformview的單文檔工程，取名為robort
arm。在對話框idd_robortarm_form的上方添加一個id號為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。在繪制一個復(fù)雜的實際系統(tǒng)時，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)用程序冗長以及對系統(tǒng)資源的占用，我們在本程序中采用了動態(tài)鏈接庫。
動態(tài)鏈接庫dll（dynamic link library）是一種基于windows的程序模塊，它是一個包含函數(shù)的庫文件，可以在運行時被裝入和鏈接。動態(tài)鏈接庫dll和其他c++庫的區(qū)別在于，動態(tài)鏈接庫dll是在運行時和應(yīng)用程序鏈接，而不是在編譯、鏈接的過程中被調(diào)用。要使用動態(tài)鏈接庫dll，必須將動態(tài)鏈接庫相應(yīng)的dll文件拷貝到一定的目錄下，在本實例中，將dll文件放到了應(yīng)用程序所在的子目錄下。
一個應(yīng)用程序鏈接dll的方法有兩種：顯式鏈接和隱式鏈接。顯式鏈接指動態(tài)加載或運行時的鏈接;隱式鏈接指靜態(tài)加載或加載時動態(tài)鏈接。在本實例中，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， // 長度
gldouble dxrotateptratio = 0.5， // x軸旋轉(zhuǎn)比率
int nslice = 20， // 等分數(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軸長度
glfloat cy = 1.0f， // y軸長度
glfloat cz = 1.0f， // z軸長度
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， 部分數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：
//定義水平平臺的長、寬、高
#define lengthlevel 1.7f
#define widthlevel 0.9f
#define heightlevel 0.015f
//定義傾斜平臺支柱的長、寬、高
#define lengthbrace 0.04f
#define widthbrace 0.04f
#define heightbrace 0.4f
//定義放料箱的長、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、傾斜平臺、機械手的臂和手、表盤、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)以三維動畫的方式很好地仿真了機械手臂控制系統(tǒng)的整個過程。其中的動畫包括：物料輪和下料筒的轉(zhuǎn)動，聲腔的閃爍，機械手臂的運動。其中機械手臂的運動又包括：機械手臂的上移、下移、旋轉(zhuǎn)、夾取工件、釋放工件。在實現(xiàn)動畫時，我們采用的是雙緩存法。它是一種邊畫邊顯示的實時動畫技術(shù)。其基本思想是提供兩個基本緩沖區(qū)，在顯示前臺緩存內(nèi)容中的一幀畫面時，后臺緩存正在繪制下一幀畫面，當繪制完畢，則后臺緩存內(nèi)容在屏幕上顯示出來。而前臺繪制下一副畫面內(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)雜且要求實時性較高，而opengl占用計算機的資源又比較大，所以不能做到對該系統(tǒng)的實時仿真。但對于機械手臂控制系統(tǒng)的整個工作過程還是模擬地很到位的。
5 結(jié)束語
本文提出了利用vc++6.0和opengl對實際系統(tǒng)進行仿真的方法。并給出了一個機械手臂控制系統(tǒng)的模擬實例，該實例現(xiàn)已應(yīng)用于濰坊市怡力達電聲有限公司的“ecm自動測試視覺識別與控制系統(tǒng)”，目前該系統(tǒng)運行良好。
