ＯｐｅｎＧＬ在仿真技術(shù)開發(fā)中的應(yīng)用綜述

高　超　馬　科

[摘要]OpenGL是近幾年發(fā)展起來的一個(gè)性能卓越的三維圖形標(biāo)準(zhǔn)。目前已在多個(gè)仿真技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為了對(duì)目前的應(yīng)用狀況有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行梳理。

[關(guān)鍵詞]OpenGL仿真綜述

中圖分類號(hào)：TN-9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-7597(2009)0610071-01

OpenGL是目前用于開發(fā)可移植的、可交互的2D和3D圖形應(yīng)用程序的首選環(huán)境，也是目前應(yīng)用最廣泛的計(jì)算機(jī)圖形標(biāo)準(zhǔn)。OpenGL是SGI公司開發(fā)的一套的計(jì)算機(jī)圖形處理系統(tǒng)，是圖形硬件的軟件接口，GL代表圖形庫(Graphics Library)。OpenGL具有可移植性，任何一個(gè)OpenGL應(yīng)用程序無須考慮其運(yùn)行環(huán)境所在平臺(tái)與操作系統(tǒng)，在任何一個(gè)遵循OpenGL標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境下都會(huì)產(chǎn)生相同的可視效果，因此在仿真技術(shù)開發(fā)中有較為廣泛的應(yīng)用。目前，關(guān)于這方面的文獻(xiàn)主要的關(guān)注點(diǎn)有以下三個(gè)方面：

一、關(guān)于OpenGL系統(tǒng)仿真模型的建立

為更好的了解openGL軟件，劉波，李光(2007)介紹了利用OpenGL創(chuàng)建系統(tǒng)仿真方案設(shè)計(jì)原理：將其它模型(如AutoCAD等)建立的模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到建立顯示列表，加人色彩、材質(zhì)、紋理、光照等，選擇定義的運(yùn)動(dòng)方式，確定合適的投影、視口的變換，則能實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體及過程的三維仿真。

同時(shí)作者也對(duì)利用OpenGL進(jìn)行幾何建模與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、圖象處理所遵循的步驟以及注意事項(xiàng)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

周志方(2007)更是詳盡介紹了OpenGL的總體特點(diǎn)，體系結(jié)構(gòu)、工作流程、庫函數(shù)及工作流程，他指出OpenGL具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。OpenGL有廣泛的支持，它是業(yè)界唯一的真正開發(fā)的、跨平臺(tái)的圖形標(biāo)準(zhǔn)。(2)可靠度高。利用OpenGL技術(shù)開發(fā)的應(yīng)用圖形軟件與硬件無關(guān)，只要硬件支持OpenGLAPI標(biāo)準(zhǔn)就行了，也就是說，OpenGL可以運(yùn)行在支持OpenGLAPI標(biāo)準(zhǔn)的任何硬件上。(3)可擴(kuò)展性。OpenGL是低級(jí)的圖形API，它具有充分的可擴(kuò)展性。如今，許多OpenGL開發(fā)商在OpenGL核心技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)了許多圖形繪制功能，從而使OpenGL能緊跟最新硬件發(fā)展和計(jì)算機(jī)圖形繪制算法的發(fā)展。對(duì)于硬件特性的升級(jí)可以體現(xiàn)在OpenGL擴(kuò)展機(jī)制以及OpenGLAPI中，一個(gè)成功的OpenGL擴(kuò)展會(huì)被融入在未來的OpenGL版本之中。(4)可伸縮性?；贠penGLAPI的圖形應(yīng)用程序可以運(yùn)行在許多系統(tǒng)上，包括各種用戶電子設(shè)備、PC、工作站以及超級(jí)計(jì)算機(jī)。

二、OpenGL與其它軟件的結(jié)合

由于具有良好的跨平臺(tái)性、簡(jiǎn)便、高效、功能完善，OpenGL目前已經(jīng)成為了三維圖形制作方法中事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。為了更好的與其它軟件平臺(tái)相結(jié)合，一些學(xué)者具體研究了OpenGL與其它軟件結(jié)合的可行性及要點(diǎn)。

陳立新，趙紅梅，王林(2007)指出為了減少數(shù)控加工中程序代碼的錯(cuò)誤，減少試切方法帶來的不便和對(duì)加工材料的浪費(fèi)，數(shù)控系統(tǒng)在加工前需要進(jìn)行仿真加工?，F(xiàn)介紹了立式銑床加工仿真模塊的開發(fā)，以Windows2000為開發(fā)平臺(tái)，利用Microsoft Visual C++開發(fā)工具、MFC類庫，對(duì)OpenGL圖形標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行程序編制。系統(tǒng)在vc開發(fā)環(huán)境下構(gòu)建了一個(gè)基于OpenGL的標(biāo)準(zhǔn)程序框架，應(yīng)用OpenGL建立數(shù)控加工的仿真模型，通過對(duì)輸入的數(shù)控加工代碼的圖形驗(yàn)證，仿真時(shí)模擬刀具、工件幾何體、加工環(huán)境及刀具路徑和材料去除的過程，消除了因程序誤差而導(dǎo)致的機(jī)床刀具、夾具損壞及零件的報(bào)廢等問題，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前所仿真的程序行，更有利于使用者檢查代碼的正確性，采用局部刷新技術(shù)，提高了圖形的顯示速度，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)仿真的要求。

胡少軍，何東健，汪有科，林艷梅，馬理輝(2007)在原寶雞峽渠系仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用MultiGen Creator建模優(yōu)化了模型的層次結(jié)構(gòu)，解決了復(fù)雜模型的構(gòu)建與控制問題，采用OPenGL與Vega相結(jié)合的視景驅(qū)動(dòng)方法，實(shí)現(xiàn)了二維導(dǎo)航圖到三維場(chǎng)景的交互控制及鏡頭光暈、動(dòng)態(tài)水波、跌水效果的模擬利用Vega類和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)捕捉OpenGL與Creator／Vega結(jié)合的方法縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期，優(yōu)化了模型和驅(qū)動(dòng)模塊，真實(shí)再現(xiàn)了寶雞峽渠的景觀。

三、OpenGL在不同領(lǐng)域仿真技術(shù)的應(yīng)用

高穎，黃羅軍，許志國，黃建國(2007)應(yīng)用OpenGL進(jìn)行導(dǎo)彈系統(tǒng)的可視化視景仿真，顯示了導(dǎo)彈的飛行軌跡和導(dǎo)彈在各階段的飛行姿態(tài)，論述了三維可視化仿真場(chǎng)景系統(tǒng)中模型的建立和調(diào)入、三維場(chǎng)景的建立、多視點(diǎn)和多窗口的設(shè)置問題；導(dǎo)彈的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和系統(tǒng)流程以及可視化導(dǎo)彈視景仿真系統(tǒng)的模塊組成及相互關(guān)系。給出了仿真結(jié)果及導(dǎo)彈飛行過程的仿真場(chǎng)景效果圖。

中學(xué)物理是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)是其中非常重要的一環(huán)。長(zhǎng)期以來，由于我國對(duì)基礎(chǔ)教育投入不夠，很多中學(xué)的實(shí)驗(yàn)器材嚴(yán)重缺乏。而實(shí)物實(shí)驗(yàn)受環(huán)境、條件及準(zhǔn)備不足等原因影響，實(shí)驗(yàn)效果也不理想。另外受場(chǎng)地、時(shí)間等諸多，為了解決這個(gè)問題，周志方(2007)利用OpenGL研究開發(fā)了中學(xué)電學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

其他諸如基于OpenGL的水面仿真技術(shù)、基于OpenGL的衛(wèi)星跟蹤仿真、基于OpenGL的空間目標(biāo)觀測(cè)可視化仿真、基于OpenGL的流體交互式仿真、基于OpenGL技術(shù)的數(shù)控車床虛擬仿真系統(tǒng)研究、基于OpenGL的流體交互式仿真、基于OpenGL地下廠房洞室群施工仿真系統(tǒng)研究、基于OpenGL的醫(yī)學(xué)整形手術(shù)仿真研究、基于OpenGL的機(jī)器人三維動(dòng)畫仿真實(shí)現(xiàn)、基于OpenGL的河道地形實(shí)時(shí)仿真方法也都有學(xué)者涉獵。OpenGL研究已深入各領(lǐng)域細(xì)部。

四、結(jié)語

OpenGL是一個(gè)性能卓越的圖形軟件包，它獨(dú)立于窗口系統(tǒng)和操作系統(tǒng)，以它為基礎(chǔ)開發(fā)的應(yīng)用程序可以方便地在各個(gè)平臺(tái)間移植，特別是它在創(chuàng)建三維圖形的功能上非常優(yōu)良，各大廠商和軟件商都以作為三維圖形標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)，開發(fā)自己的產(chǎn)品，便于實(shí)現(xiàn)各種有關(guān)計(jì)算分析和圖形算法，可保證算法的正確性和可靠性以及圖形的精確性。本文對(duì)其在仿真技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，以期促進(jìn)未來OpenGL在仿真技術(shù)中的應(yīng)用。