基于OpenGL的飞机模型运动3D实时仿真显示

本科毕业论文

(科研训练、毕业设计)

题目：基于OpenGL的飞机模型运动

3D实时仿真显示

姓名：李培锋

学院：物理与机电工程学院

系：航空系

专业：航空机械

年级：2009级

学号：3######0

指导教师（校内）：## 职称：教授

指导教师（校外）：职称：

2013年 5 月15 日

摘要

基于OpenGL的飞机模型运动

3D实时仿真显示

[摘要] 近年来，随着计算机动画技术的高速发展，基于计算机动画技术的实时仿真技术在航天航空、机械设计、游戏开发、地理信息、气象模拟、虚拟现实等领域的应用越来越广泛。

本文以计算机图形学，图像处理技术为基础，运用OpenGL这一软件接口，以Visual

C++6.0为集成开发环境，在Windows系统中建立飞机模型运动3D仿真应用程序。通过获取传感器采集的飞机模型的姿态数据，对绳牵引机器人控制的飞机模型在试验中的运动进行实时仿真显示。文中详细介绍了OpenGL构建模型和实现动画仿真显示的原理和过程，以及在编程过程中使用到的双缓冲，Win32多线程和3DS格式模型导入等关键技术。

[关键词] 实时仿真OpenGL三维运动3DS格式模型导入

ABSTRACT

[ABSTRACT] In recent years, with the rapid development of the computer animation technology, real-time simulation technology, which is based on the computer animation technology, is being used in many fields such as aerospace, mechanical design, game development, geographic information, weather simulation, virtual reality and so on more and more wildly.

This paper is mainly based on computer graphics and image processing technology, using a high performance graphics application programming interface (API): OpenGL and Visual C++ 6.0 as integrated development environment to build model airplane and the external frame in Windows system. The aircraft model entity data is acquired by sensor acquisition to achieve the purpose that simulates the three-dimensional motion attitude changes of the aircraft model controlled by traction rope robot in time. This paper introduces the principles and processes of OpenGL to build model and achieve animation , as well as the key technologies used in the programming process such as double buffering, Win32 multi-threading , 3DS format models import and so on.

[Key Word] Real-time simulationOpenGLthree-dimensional motion3DS format models import

目录

第一章绪论 (1)

1.1 本文研究的背景意义 (1)

1.2 本文的主要工作 (2)

1.3 本文的主要内容 (2)

第二章OpenGL简介及其实现绘图的原理和过程 (3)

2.1 OpenGL简介 (3)

2.1.1 OpenGL功能 (3)

2.1.2 OpenGL图形显示方式 (4)

2.2 OpenGL绘图前期准备 (5)

第三章实时仿真显示的关键技术和关键环节 (6)

3.1 VC简介 (6)

3.2 多线程技术 (6)

3.3 本文涉及的坐标系 (7)

3.3 3DS格式模型文件的生成 (7)

3.4 3DS模型文件导入OpenGL (9)

第四章飞机模型运动3D实时仿真显示的实现 (11)

4.1 3D实时仿真显示应用程序的总体设计 (11)

4.2 创建窗口 (12)

4.3 程序初始化 (13)

4.4 模型场景构建及运动仿真 (14)

4.4.1 飞机模型运动实时数据的获得和显示 (14)

4.4.2 飞机模型的绘制 (15)

第五章成果展示和功能分析 (17)

第六章总结 (19)

[参考文献] (20)

致谢语 (21)

第一章绪论

1.1 本文研究的背景意义

本文研究目的是完善现有的绳牵引并联支撑系统（WDPSS）[1]主控制界面（简称主控制界面）。在分析现有的WPDSS原理样机和主控制界面后，发现实验者在实验过程中不便于直接观察飞机模型的运动情况，而现有的主控制界面没有实时显示飞机模型姿态方面的功能。这不利于实验者在实验过程中直观地掌握飞机模型的运动情况并根据实时仿真显示结果对飞机模型的运动姿态进行相应的调整。本文就是针对这一不足，制定合理的方案去解决问题。

近年来，随着计算机动画技术的高速发展，利用计算机动画技术实现仿真显示在国内外各个领域都日益成为最热门的研究课题之一。现已有多家公司各自开发出了相应的仿真软件。现在主流的仿真软件主要有由美国MultiGen-Paradigm公司开发的能用于虚拟现实、实时视景仿真、声音仿真以及其他可视化领域的软件工具Vega[2]，由Quantum公司开发的软件工具VTree[3]和由美国MultiGen-Paradigm公司开发的Multigen Creator系列软件等。

虽然上述软件工具都被广泛的使用，但是各有侧重的领域。Vega提供了稳定、兼容、易用的界面使开发、支持和维护工作更快和高效。Vega能有效地减少在图形编程上花费的时间，在对复杂系统进行仿真的时候有明显的优势。Multigen Creator拥有针对实时应用优化的OpenFlight数据格式和多种专业选项及插件，能高效、最优化地生成实时三维（RT3D）数据库，能与后续的实时仿真软件紧密结合。Multigen Creator在大型的视景仿真和娱乐游戏环境的创建时较为适合。VTree则适合于开发高帧速率三维图像应用。

OpenGL（全写Open Graphics Library）是由SGI公司于1992年7月发布的，并且在此之后一直保持对软件相对高频率的更新升级，这使得OpenGL的功能越来越强大，现已成为主流的专业三维图形程序接口。OpenGL可以和各种编程语言紧密结合，以它为基础的开发应用程序方便在各个平台间的移植，而且它为实现交互式视景仿真和虚拟现实提供了高效率的库函数，因此功能强大[4]。

对比上述软件工具，OpenGL在本文研究的课题中有以下几点优势：首先OpenGL的使用相对简单；其次，由于OpenGL发展较为成熟，其各类辅助学习和编程的资料较为完整且容易获取；最重要的是OpenGL能容易地在Visual C++ 6.0(简称VC++6.0，是Visual Studio

的一个开发工具库）环境下和主控制界面程序编写在一起。