·458· 北京科技大学学报 2004年第5期 2井巷工程可视化系统开发环境 主要技术及其实现过程如下， 在OpenGL库函数中无法直接生成弧形曲 矿山井巷工程可视化仿真系统采用Windows 面，而如果采用NURBS曲面，则不能对其进行精 2000/XP下的VC与OpenGL相结合的开发环境. 确控制，难以满足描述巷道的需要，且程序复杂， OpenGL是一种图形与硬件的接口，它包括百余 运行效率低，在本研究中，采用增加裁剪面的方 个图形函数，开发者可以用这些函数建立三维模 法来构造弧形巷道，将整个弧形巷道看成是由两 型和进行三维实时交互.OpenGL图形库具有建 个半径不同的同心圆柱和上下两个同心圆盘经 模、变换、移动、复杂帧缓冲区操作以及光线、色 过裁剪平面切割组合而成， 彩、明暗和纹理表面处理等图形功能 这里的关键技术是定义一个附加裁剪平面， 由OpenGL指令提供图形软件和硬件之间的 以去掉场景中无关的目标，附加平面裁剪函数为 接口，通过调用OpenGL子程序生成绘图指令和 void glClipPlane (GLenum plane,Const GLdouble 数据，然后交付硬件去执行.OpenGL对图形进行 *equation),它定义了一个附加的裁剪平面.其中， 操作并最终将图形绘制到屏幕上的这一过程包 参数equation指向一个拥有四个系数值的数组， 括如下主要步骤： 这四个系数分别是裁剪平面Ax+By+C2+D-O中的 (1)利用几何图元（点、线和多边形等）构造物 A,B,C,D值，由这四个系数就能确定一个裁剪平 体模型，然后建立物体的数学描述， 面.参数plane是GL_CLIP_PLANEi(=O,l,),指 (②)在三维空间中选择合适的位置放置物体， 定裁剪面号.在调用附加裁剪函数之前，需要先 并确定观看场景的最佳视点. 启动glEnable(GL_CLIP PLANEi),使得当前所定 (3)计算场景中所有物体的颜色.物体的颜色 义的裁剪平面生效：当不再调用某个附加裁剪平 可能来自于程序中的设定，如果在场景中使用了 面时，可用glDisable(GL CLIP PLANEi)关闭相应 光照和纹理映射，那么所观察到的场景中物体的 的附加裁剪功能， 最终效果还取决于光照条件和纹理映射方式， 绘制弧形巷道的程序模块为： (4)光栅化，就是把场景中物体模型的数学描 GLdoubleequ[4]={1,0,0,-1*(t_ArcData.m_r-t_ 述及颜色信息转换到计算机屏幕的像素点上， ArcData.m width/2)*cos(t ArcData.m a* OpenGL有时还要执行其他的操作，比如隐 PV180)W10; ∥设置切割平面 藏面的摘除.此外，在场景被光栅化后，将场景绘 glPushMatrixO; 制到屏幕上之前，还可以根据需要对像素进行操 glTranslated((t ArcData.m ox-xStartCord)/10. 作.OpenGL图形的基本操作步骤为：创建物体模 (t ArcData.m oz-zStartCord+t ArcData.m 型一确定视点位置→计算颜色及光照→光棚化 high)/10,(t ArcData.m oy-yStartCord)/10); 一屏幕 ∥平移到圆心点 glRotatef(-1*(atan2(t_ArcData.m_py-t_ArcData. 3井巷工程可视化系统的关键技 m_oy,t_ArcData.m_px-t_ArcData.m ox)/ 术及实现 PI*180),0.0,1.0,0.0):∥进行逆旋转 glClipPlane(GL CLIP PLANEO,equ); 31实体绘制 glEnable(GL_CLIP_PLANEO)/打开裁剪功 OpenGL虽然具有较强的三维图形制作与处 能，增加裁剪面 理功能，但其库函数还是比较有限的，仅提供十 glRotatef(90,1.0,0.0,0.0);∥绕x周旋转90° 余种基本几何图形.虽然在辅助库中提供了部分 quadObj-gluNewQuadricO; 二次曲面绘制函数，但大多数的几何体中心设在 gluQuadricDrawStyle(quadObj,GLU_FILL); 原点(0,0,0)处，这样绘制任意位置的几何体时， gluQuadricOrientation(quadObj,GLU 要么进行频繁的系统坐标变换，要么用数值矩阵 OUTSIDE:∥法线方向向外 计算进行图形变换.本研究采用后者，将几何体 gluQuadricNormals(quadObj,GLU_SMOOTH); 显示在相应的位置上，为了有效地建立地下并巷 gluCylinder(quadObj,(t ArcData.m r+t ArcDa 工程的三维可视化系统，需要编制大量的实体绘 ta.m width/2)/10. 制功能模块.譬如，绘制任意位置的弧形巷道的 (t_ArcData.m_r+t_ArcData.m_width/2)/10,北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 井 巷 工 程 可 视 化 系统 开 发 环 境 矿 山井巷 工程 可 视化 仿真系 统采用 下 的 与 相 结合 的开 发环境 是 一种 图形 与硬 件 的接 口 ， 它包 括 百余 个 图形 函数 ， 开发 者 可 以用 这 些 函数建 立 三 维模 型 和 进 行 三 维 实 时交 互 ， 图形 库 具 有 建 模 、 变 换 、 移 动 、 复 杂 帧 缓 冲 区操 作 以及 光 线 、 色 彩 、 明暗和 纹 理表 面 处 理 等 图形 功 能 ，， 由 指 令提 供 图形 软 件和 硬 件之 间 的 接 口 ， 通 过 调用 子 程 序 生成 绘 图指 令和 数 据 ， 然 后 交付 硬件 去执 行 对 图形进行 操 作 并 最 终 将 图形 绘 制 到 屏 幕 上 的这 一 过 程 包 括 如 下 主 要 步骤网 利用 几 何 图元 点 、 线和 多边形 等 构造 物 体 模 型 ， 然 后 建 立 物 体 的数 学 描 述 在三 维 空 间中选择 合 适 的位 置放 置物 体 ， 并确 定观 看 场 景 的最 佳 视 点 计 算场 景 中所有物 体 的颜色 物体 的颜 色 可 能来 自于 程序 中的设定 ， 如果 在 场景 中使用 了 光 照 和 纹理 映射 ， 那 么 所 观 察 到 的场 景 中物 体 的 最 终效 果还 取 决于 光 照 条 件 和 纹 理 映射 方 式 光栅 化 ， 就 是把场 景 中物 体模 型 的数 学描 述 及 颜 色信 息 转换 到 计算机屏 幕 的像 素 点上 有 时还 要 执行 其 他 的操 作 ， 比如 隐 藏面 的摘 除 此 外 ， 在 场 景被 光栅化 后 ， 将场 景 绘 制 到屏幕 上 之前 ， 还 可 以根据 需要 对像 素进行操 作 图形 的基 本操 作步骤 为 创 建物 体模 型 一 确 定 视 点位 置 一 计 算 颜 色 及 光 照 光 棚 化 一 屏 幕 井 巷 工 程 可 视 化 系 统 的 关键 技 术 及 实现 实体 绘 制 虽 然 具 有较 强 的三 维 图形 制 作 与 处 理 功 能 ， 但 其 库 函数 还 是 比较有 限 的 ， 仅 提 供 十 余 种 基 本 几何图形 虽 然 在辅 助 库 中提 供 了部 分 二 次 曲面绘 制 函数 ， 但 大 多数 的几 何 体 中心 设在 原 点 ， ， 处 这 样 绘 制任 意位 置 的几 何 体 时 ， 要 么进行 频 繁 的系统 坐标 变 换 ， 要 么用 数值矩 阵 计 算进 行 图形 变 换 本研 究采用 后 者 ， 将几 何 体 显 示 在相 应 的位 置上 为 了有效地 建立 地 下井巷 工 程 的三 维 可视 化 系统 ， 需要 编 制 大 量 的实 体绘 制功 能模 块 ， 譬 如 ， 绘制 任 意 位 置 的弧 形 巷 道 的 主 要技 术及 其 实现 过 程 如 下 在 库 函 数 中无 法 直 接 生 成 弧 形 曲 面 ， 而 如 果 采用 曲面 ， 则 不 能对 其 进 行 精 确控 制 ， 难 以满足 描述巷 道 的需要 ， 且 程序 复 杂 ， 运 行 效率低 在 本 研 究 中 ， 采 用 增 加 裁 剪 面 的方 法来 构造 弧形 巷道 ， 将 整 个 弧形巷道看 成 是 由两 个 半 径 不 同 的 同心 圆柱 和 上 下 两 个 同心 圆盘 经 过 裁 剪 平 面切 割 组 合 而 成 这 里 的关 键 技 术 是 定义 一 个 附加裁 剪平 面 ， 以去掉场 景 中无 关 的 目标 附加 平 面裁 剪 函数 为 刀 ， ， 它 定义 了一个 附加 的裁剪 平面 其 中 ， 参 数 指 向一 个拥 有 四个 系 数 值 的数 组 ， 这 四个 系 数 分 别 是裁 剪 平 面 十脚 〔 毖 刀 中 的 注 ， ， ， 值 ， 由这 四个 系 数 就 能确 定 一个 裁 剪 平 面 参 数 是 仁 扮 ， ， … ， 指 定裁 剪面 号 在 调 用 附加 裁 剪 函数 之 前 ， 需 要 先 启 动 一 少 到 ， 使 得 当前 所 定 义 的裁 剪 平 面 生效 当不 再调 用 某个 附加 裁 剪平 面 时 ， 可用 ‘ 一 卫 关 闭相应 的 附加 裁 剪 功 能 绘 制 弧 形 巷 道 的程 序模块 为 ， ， ，一 多 切 一仁 一 功 刀设 置 切 割 平 面 如 八 一 一 ， 产 一 一 刀户 夕 一 〔 刀平 移 到 圆心 点 一 夕 找 又 一 ， ， ， 进 行 逆 旋转 护一 ， 刀打 开裁 剪 功 能 ， 增 加 裁 剪 面 ， ， ， 绕 周 旋 转 ， ， 刀法 线 方 向 向外 ， 一 ， 赶 比 法 ‘ 记 ， 《幸多 一叶 少