基于STL文件的三维模型可视化研究

＃ｐｒａｇｍａ ｃｏｍｍｅｎｔ（１ｉｂ。”ｏｐｅｎ９１３２．１ｉｂ”） ＃ｐｒａｇｍａ ｃｏｍｍｅｎｔ（１ｉｂ，”ｇｌｕｌ３２．Ｉｉｂ”） ＃ｐｒａｇｍａ ｃｏｍｍｅｎｔ（１ｉｂ，”ｇｌａｕｘ．１ｉｂ”）
３．２ ０ｐｅｎＧＬ绘图环境的初始化及环境变量释放 在绘图之前还需要在视图类中添加消息ｗＭ—ＣＲＥ—
／／恢复坐标系 ｇｌＭａｔｒｉｘＭｏｄｅ（ＧＬ—ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ），／／设置变换模 式为投影变换
矩阵
ｇｌｌ，ｏａｄｌｄｅｎｔｉｔｙ（）；／／初始化投影变换矩阵 ｉｆ（ｅｘ＜＝ｅｙ）／／根据窗口大小设置调整正射投影
ｇｌＯｒｔｈｏ（一ｎＲａｎｇｅ，ｎＲａｎｇｅ。一ｎＲａｎｇｅ＊ｅｙ／ｃｘ。 ｎＲａｎｇｅ’ｃｙ／ｃｘ，一ｎＲａｎｇｅ＊５５．Ｏｆ，ｎＲａｎｇｅ＊５５．Ｏｆ）；
使用ｇｌＢｅｇｉｎ（）甬数并以ＧＩ，一ＴＲＩＡＮＧＬＥＳ为参数，以实体 模式依次画出每个面片的三个顶点及法矢，这样就可以把整 个模型给绘制出来了。同时，通过响应工具栏按钮和鼠标按 键的动作确定模型的旋转、移动和缩放等交互式操作的参数 值，并在绘图部分利用ｇｌＲｏｔａｔｅｆ（）、ｇｌＳｃａｌｅｆ（）和ｇｌＴｒａｎｓｌａｔｅｆ （）函数实现模型的旋转、缩放和平移。
ＡＴＥ的响应函数ＯｎＣｒｅａｔｅ（）。创建着色上下文、重新设置像 素格式、设备清除背景色、光源属性、材质属性、深度测试方 式等初始化工作。这样就能以（）ｐｅｎＧＬ的格式方式进行绘
万方数据
２００８年第６期
王增波：基于ＳＴＩ。文件的三维模型可视化研究
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图了。 当然，在程序退出时，需要清空当前使用的着色上下文，
下面是绘制模型所有ｉ角面片的部分代码： ｇｌＴｒａｎｓｌａｔｅｆ（ｍ—ｘＴｒａｎｓ．ｍ—ｙＴｒａｎｓ。ｍ—ｚＴｒａｎｓ）Ｉ／／进 行平移操作 ｇｌＲｏｔａｔｅｆ（ｍ—ｘＲｏｔａｔｅ，１，０，Ｏ）；／／绕ｘ轴旋转 ｇｌＲｏｔａｔｅｆ（ｍ＿ｙＲｏｔａｔｅ，０，ｌ，０）；／／绕Ｙ轴旋转 ｇｌＲｏｔａｔｅｆ（ｍ＿ｚＲｏｔａｔｅ，０，０，１）；／／绕Ｚ轴旋转 ｇｌＳｃａｌｅｆ（１ａｒｇｅ。ｌａｒｇｅ，ｌａｒｇｅ）； ／／缩放ｌａｒｇｅ倍 ｇｌＣｏｌｏｒ３ｆ（１．０，１．０，１．Ｏ）；／／设置绘图颜色 ｆｏｒ（ｉｎｔ ｉ一０；ｉ＜ｍ—ｔｒｉａｎｇｌｅ．ｓｉｚｅ（）；ｉ＋＋）／／对模型的 所有面片进行绘制 ｛
ＣＦｉｌｅ。ｆｉｌｅ＝ｎｅｗ ＣＦｉｌｅ（）； ｃｈａｒ ＰａｔｈＮａｍｅ［２５５］；
ｂｏｏｌ ｍ—ｓｔｂ＝ｆａｌｓｅ；
ｆｉｌｅ一＞（）ｐｅｎ（ＰａｔｈＮａｍｅ，Ｃｆｉｌｅ：：ｍｏｄｅＲｅａｄ）ｆ ｄｗＦｉｌｅＬｅｎ—ｆｉｌｅ～＞ＧｅｔＬｅｎｇｔｈ（）： ｆｉｌｅ一＞Ｓｅｅｋ（８０，ＣＦｉｌｅ：：ｂｅｇｉｎ）； ｆｉｌｅ一＞Ｒｅａｄ（８．ｄｗＮｕｍ，４）； ｉｆ（（８０＋４＋ｄｗＮｕｍ＊５０）一一ｄｗＦｉｌｅＬｅｎ）／／测试是否 是二进制的ＳＴＩ，文件
表ｌ ＳＴＬ文件二进制格式
文件 头
面片 数
一个面片（５０字节）
其它 面片
字节
８０ 数
４
３×４
３×４
３×４
３×４
２
数据 字符串 整数型 浮点型 浮点型 浮点型 浮点型
类翟
存储 信息
文字 信息
顶点１ 顶点２ 顶点３
面片数 法矢量
属性
世标
坐标 乍标
在读取文件时我们可以利用Ｃ＋＋的ＣＦｉｌｅ类的Ｏｐｅｎ （）和Ｃｌｏｓｅ（）函数实现打开和关闭文件，使用Ｓｅｅｋ（）和Ｒｅａｄ （）函数来读取文件头信息，判断当前的ＳＴＬ文件是否二进 制文件，以确定以何种方式读取数据。这部分程序代码为：
ｖｏｉｄ ＣＶｉｒｔｕａｌＯｒｔｈｏＶｉｅｗ：：ＯｎＳｉｚｅ（ＵｌＮＴ ｎＴｙｐｅ，ｉｎｔ ｅｘ， ｉｎｔ ｃｙ）
｛
ＣＶｉｅｗ：：ＯｎＳｉｚｅ（ｎＴｙｐｅ，ｅｘ，ｃｙ）；
／／添加窗口缩放时的图形变换函数
ｉｆ（ｃｙ＝＝Ｏ） ｃｙ一１；
ｇｌＶｉｅｗｐｏｒｔ（０，０，ｅｘ，ｃｙ）；
ＧＬｆｌｏａｔ ｎＲａｎｇｅ＝８０．Ｏｆ；
ｅｌｓｅ ｇｌＯｒｔｈｏ（一ｎＲａｎｇｅ＊ｃｘ／ｃｙ，ｎＲａｎｇｅ＊ｃｙ／ｃｘ，一
ｎＲａｎｇｅ，ｎＲａｎｇｅ，一ｎＲａｎｇｅ＊５５．Ｏｆ。ｎＲａｎｇｅ＊５５．Ｏｆ）：
ｇｌＭａｔｒｉｘＭｏｄｅ（ＧＬ－Ｍ（）ＤＥＬＶＩＥＷ）；／／设置变换模 式为模型变换
ｇｌＬｏａｄｌｄｅｎｔｉｔｙ（）；／／初始化模型变换矩阵 ｝ ３．４ ｏｐｅｎＧｌ。绘制图形 在ＯｐｅｎＧＬ中，最基本的图形是点（顶点），任何其他的 网形都是由顶点的集合来描述的，顶点问是否或怎样连接是 由绘制图形的类型决定的㈨。我们就按照三角面片的顺序，
对这些３Ｄ图形数据的存储依据对其处理的三维造型 软件不同有许多不同的存储格式，目前主流的ｉ维造型软件 都支持多种标准文件格式，其中ＳＴＩ。（Ｓｔｅｒｅｏ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）格 式文件是一种可读性较强的文件格式。ＳＴＬ文件格式最早 是作为快速成型领域中的接口标准，已被广泛应用于各种＝三 维软件中，很多主流的商用三维软件都支持ＳＴＩ。文件的输 入输出［３］。ＳＴＬ格式文件用三角网格面表示具有复杂拓扑 和外形的几何模型，在快速成型、图形真实感显示、有限元分
２ ＳＴＬ文件的读取与处理
ＳＴＬ格式文件的内容就是记录模型巾每个三角形（三 角面片）的几何信息，包括三角形所在平面的法矢和它所包 含的３个顶点的坐标。在具体表示上，它又分为ＡＳＣⅡ码和 二进制两种格式。
ＡＳＣＩＩ码格式逐行给出三角面片的几何信息。每一行 以一个或两个关键字开头，关键字的排列顺序以及关键后面 的数据内容如下：
在单文档中绘制（）ｐｅｎＧＬ图形比较简单，其主要步骤与 关键技术是：
（１）在单文档窗口的创建过程巾，设置好显示的像素格 式，并按ＯｐｅｎＧＩ。的要求设置好窗口的属性和风格；
（２）首先获得Ｗｉｎｄｏｗｓ设备描述表，然后将其与事先设 置好的０ｐｅｎＧＬ绘制描述表联系起来；
（３）调用０ｐｅｎＧＬ命令进行图形绘制； （４）退出ＯｐｅｎＧＩ。图形窗口时，释放（）ｐｅｎＧＬ绘制描述 表ＲＣ和Ｗｉｎｄｏｗｓ设备描述表ＤＣ。 下面具体从四个方面进行说明。 ３．１ 引入ＯｐｅｎＧＬ绘图环境 实现ＯｐｅｎＧｌ。的绘图和其它基于ＭＦＣ的应用程序一 样，只是在连接的时候要在视网类源文件中加入ＯｐｅｎＧｌ，的 三个静态库——ｏｐｅｎ９１３２．１ｉｂ、ｇｌｕ３２．１ｉｂ和ｇｌａｕｘ．１ｉｂ，这样 就可以在程序使用ＯｐｅｎＧＩ。中的各种绘图函数了，下面的代 码就是一种连接ＯｐｅｎＧＬ三个静态库的简单方式。 ＃ｉｎｃｌｕｄｅ＜ｇｌ／９１．ｈ＞ ＃ｉｎｃｌｕｄｅ＜ｇｌ／ｇｌｕ．ｈ＞ ＃ｉｎｃｌｕｄｅ＜ｇｌ／ｇｌａｕｘ．ｈ＞
ｖｅｃｔｏｒ。实现数据的动态高效地存取。对于每一个面片信息 使用自己定义的一个向量类ｓＶｅｅｔｏｒ，在该类中不仅可以存 取三维顶点或法向量的ｘｙｚ轴的分量值。还对运算符进行了 重载．方便实现向量问的赋值、相等，加减、点乘和叉乘等运 算。为后面的丁二作提供了极大的便利。最后．把顶点和法矢 向量的值保存到结构体ＦａｃｅＳｔｒｕｅｔ中，该结构体定义如下：
ｌ引 言
现代的数据可视化技术指的是运用计算机图形学和图 像处理技术。将数据转换为图形或图像在屏幕上显示出来， 并进行交互处理的理论、方法和技术。这些数据可以借助遥 感、ＣＴ（计算机断层扫描）、ＲＰ（Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）快速成型 等手段得到。并能利用计算机对这些数据进行处理和显示， 实现真实地模拟显示自然景象Ｈ］。其中特别是对三维数据 的可视化具有更重大的意义。在许多情形中，３Ｄ图形对现 实生活中那些昂贵的、危险的或者不可能的情形提供了非常 有效的替代。最精彩的例子就是飞行模拟和医疗成像。它 是对三维空间中的采样。表示了一个三维空间内部的详细信 息［２］。人们可以通过可视化手段在计算机中对这些现实中 难以接触到或深入了解的实体进行模拟重现，并实现对其交 互式的可视化查询．使人们能以更直观和客观的方式发现隐 藏在数据中的科学规律。
ｍ—ｓｔｂ＝ｔｒｕｅ；／／－－进制文件 ’ ｆｉｌｅ一＞Ｃｌｏｓｅ（）；
ｄｅｌｅｔｅ ｆｉｌｅ；
程序后面将通过判断布尔型变量ｍ—ｓｔｂ的值确实该文 件的类型。针对文本文件使用ｆｇｅｔｓ（）函数读取一行数据， 再利用ｓｓｅａｎｆ（）函数从该行数据中截取出数字部分。针对 二进制文件使用Ｒｅａｄ（）函数读取相应字节的数据。由于文 本文件中没有说明面片的个数，所以利用动态数组来存取面 片的数据．在这里我统一选择了Ｃ＋＋标准库中的容器类
第２９卷第６期 ２ ０ ０ ８年１ ２月
Fra Baidu bibliotek
衡阳师范学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｎｇｙａｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｎｏ．６Ｖ０１．２９ Ｄｅｅ．２ ０ ０ ８
基于ＳＴＬ文件的三维模型可视化研究
王增波
（衡阳师范学院数学系，湖南街阳４２１００８）
摘 要：在快速成型技术中。基于ＳＴＬ文件的数据模型可视化的实现有着非常重要的作用。文章提出了生成可
析和逆向工程等方面已得到广泛应用。 国内外几乎所有的快速成型系统都以ＳＴＬ文件为其数
据输入格式－］。ＳＴＬ数据模型可视化的实现是ＲＰ加工中 一个重要的环节。在ＣＡＤ系统将实体模型转换成ＳＴＬ数 据格式的过程中，经常会出现对三维零件描述的缺陷Ｈ］。模 型可视化功能的实现能够有助于对ＳＴＬ文件进行诊断，通 过对模型的三维动态观察和结构分析，可以方便的查找出缺 陷所在，并进而对其进行修复。本文的研究就是基于ＳＴＬ 格式文件的基础上。利用ＶＣ＋＋６．０开发环境和ＯｐｅｎＧＬ 技术实现三维数字模型的可视化。
ｓｔｒｕｅｔ ＦａｃｅＳｔｒｕｃｔ／／一个三角面片的结构 ｛
ｓＶｅｅｔｏｒ Ｎｏｒｍａｌ；／／法向量 ｓＶｅｃｔｏｒ ｖｌ，ｖ２，ｖ３；／／三顶点从标 ｝；
３模型的绘制及显示
（）ｐｅｎＧＬ是一种非常直观的编程环境，它提供的一系列 函数大大地简化了彳维网形程序。例如。ＯｐｅｎＧＩ。提供一系 列的三维图形单元、图形变换函数和外部设备访问函数，使 开发者可以方便地通过鼠标、键盘、空间球、数据手套等手段 实现ｉ＝维图形的显示和交互。在程序开发过程中我们使用 ＭＦＣ编写单文档应用程序并利用ＯｐｅｎＧＬ的三维绘图功能 实现ＳＴＬ文件模型的可视化。
视化的ＳＴＩ。三维实体模型的方法，采用Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋为编程语言，以ＯｐｅｎＧＬ为图形开发工具，开发出一个基
于ＳＴＬ文件的数据模型的可视化系统，该系统为ＳＴＩ。文件模型的后续处理提供了有力的支持。
●
关键词：可视化；ＳＴＬ丈件；ＯｐｅｎＧＬ
中图分类号：ＴＰ３９１．９
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７３－－０３１３（２００８）０６一００１５一０４
万方数据
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衡阳师范学院学报
２００８年第２９卷
ｖｅｒｔｅｘ＜第３个顶点坐标＞
ｅｎｄｌｏｏｐ ｅｎｄｆａｅｅｔ
ｆａｃｅｔ ｎｏｒｍａｌ＜第２个三角面片的法矢量＞
ｅｎｄｆａｃｅｔ
ｅｎｄｓｏｌｉｄ
二进制格式的ＳＴＬ文件是用同定的字节数来给出＝三角 面片的几何信息。文件的起始８０字节是文件头，可以放入 任何文字信息。紧随着的４字节整数用来描述实体的ｉ角 面片个数。后面的内容就是逐个给出每个三角面片的几何 信息。每个三角面片占用固定的５０字节：３个４字节浮点 数用来描述三角面片的法矢量。３个４字节浮点数用来描述 第１个顶点的坐标，３个４字节浮点数用来描述第２个顶点 的坐标，３个４字节浮点数用来描述第３个顶点的坐标，每 个ｉ角面片的最后２字节用来描述三角面片的属性信息（暂 时没有用），如表１所示。
ｓｏｌｉｄ＜实体名＞ ｆａｃｅｔ ｎｏｒｍａｌ＜第１个三角面片的法矢量＞
ｏｕｔｅｒ ｌｏｏｐ
ｖｅｒｔｅｘ＜第１个顶点坐标＞ ｖｅｒｔｅｘ＜第２个顶点坐标＞
收稿日期：２００８一０４一Ｏｌ 基金项目：湖南省教育厅科研计划青年项目（０７１３００９）；衡阳师范学院科学基金青年项目（０７Ａ１６） 作者简介：王增波（１９７５一），男，湖南衡阳人，衡阳师范学院数学系教师，硕士，主要研究领域为计算机图形学．
并删除所创建的着色上下文。这可以在视图类中添加消息 ｗＭ—ＤＥＳＤＲＯＹ的响应甬数ＯｎＤｅｓｔｒｏｙ（），在函数巾释放相 关的环境变量内存。 ３．３ 根据窗口大小设置场景
在屏幕窗口内可以定义一个矩形。称为视口（Ｖｉｅｗｐｏｒｔ） 视景投影后的图形就在视口内显示。在ＭＦＣ应用程序中， 窗口的位置及大小的改变都会激发一个ｗＭ—ＳＩＺＥ消息，该 消息会在视图类的消息响应函数ＯｎＳｉｚｅ（）巾被执行，因此在 消息响应函数ＯｎＳｉｚｅ（）中应该添加响应的处理，根据窗口大 小设置场景。我们可以通过ｇｌＶｉｅｗｐｏｒｔ（）函数重新设置视 口，并且可以使用ｇｌ（）ｒｔｈｏ（）函数对图形进行正交投影。代 码如下：