论文部分内容阅读
[摘要]OpenGL是近几年发展起来的一个性能卓越的三维图形标准。目前已在多个仿真技术开发领域得到广泛应用，为了对目前的应用状况有一个清晰的认识，对相关文献进行梳理。
[关键词]OpenGL 仿真 综述
中图分类号：TN-9 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2009)0610071-01
OpenGL是目前用于开发可移植的、可交互的2D和3D图形应用程序的首选环境，也是目前应用最广泛的计算机图形标准。OpenGL是SGI公司开发的一套的计算机图形处理系统，是图形硬件的软件接口，GL代表图形库(Graphics Library)。OpenGL具有可移植性，任何一个OpenGL应用程序无须考虑其运行环境所在平台与操作系统，在任何一个遵循OpenGL标准的环境下都会产生相同的可视效果，因此在仿真技术开发中有较为广泛的应用。目前，关于这方面的文献主要的关注点有以下三个方面：
一、关于OpenGL系统仿真模型的建立
为更好的了解openGL软件，刘波，李光(2007)介绍了利用OpenGL创建系统仿真方案设计原理：将其它模型(如AutoCAD等)建立的模型数据转换到建立显示列表，加人色彩、材质、纹理、光照等，选择定义的运动方式，确定合适的投影、视口的变换，则能实现对实体及过程的三维仿真。
同时作者也对利用OpenGL进行几何建模与数据转换、图象处理所遵循的步骤以及注意事项进行了详细的介绍。
周志方(2007)更是详尽介绍了OpenGL的总体特点，体系结构、工作流程、库函数及工作流程，他指出OpenGL具有以下优点：(1)工业标准。OpenGL有广泛的支持，它是业界唯一的真正开发的、跨平台的图形标准。(2)可靠度高。利用OpenGL技术开发的应用图形软件与硬件无关，只要硬件支持OpenGLAPI标准就行了，也就是说，OpenGL可以运行在支持OpenGLAPI标准的任何硬件上。(3)可扩展性。OpenGL是低级的图形API，它具有充分的可扩展性。如今，许多OpenGL开发商在OpenGL核心技术规范的基础上，增强了许多图形绘制功能，从而使OpenGL能紧跟最新硬件发展和计算机图形绘制算法的发展。对于硬件特性的升级可以体现在OpenGL扩展机制以及OpenGLAPI中，一个成功的OpenGL扩展会被融入在未来的OpenGL版本之中。(4)可伸缩性。基于OpenGLAPI的图形应用程序可以运行在许多系统上，包括各种用户电子设备、PC、工作站以及超级计算机。
二、OpenGL与其它软件的结合
由于具有良好的跨平台性、简便、高效、功能完善，OpenGL目前已经成为了三维图形制作方法中事实上的工业标准。为了更好的与其它软件平台相结合，一些学者具体研究了OpenGL与其它软件结合的可行性及要点。
陈立新，赵红梅，王林(2007)指出为了减少数控加工中程序代码的错误，减少试切方法带来的不便和对加工材料的浪费，数控系统在加工前需要进行仿真加工。现介绍了立式铣床加工仿真模块的开发，以Windows2000为开发平台，利用Microsoft Visual C++开发工具、MFC类库，对OpenGL图形标准进行程序编制。系统在vc开发环境下构建了一个基于OpenGL的标准程序框架，应用OpenGL建立数控加工的仿真模型，通过对输入的数控加工代码的图形验证，仿真时模拟刀具、工件几何体、加工环境及刀具路径和材料去除的过程，消除了因程序误差而导致的机床刀具、夹具损坏及零件的报废等问题，实时显示当前所仿真的程序行，更有利于使用者检查代码的正确性，采用局部刷新技术，提高了图形的显示速度，实现了实时仿真的要求。
胡少军，何东健，汪有科，林艳梅，马理辉(2007)在原宝鸡峡渠系仿真系统的基础上，采用MultiGen Creator建模优化了模型的层次结构，解决了复杂模型的构建与控制问题，采用OPenGL与Vega相结合的视景驱动方法，实现了二维导航图到三维场景的交互控制及镜头光晕、动态水波、跌水效果的模拟利用Vega类和数据库技术实现了实时捕捉OpenGL与Creator／Vega结合的方法缩短了系统开发周期，优化了模型和驱动模块，真实再现了宝鸡峡渠的景观。
三、OpenGL在不同领域仿真技术的应用
高颖，黄罗军，许志国，黄建国(2007)应用OpenGL进行导弹系统的可视化视景仿真，显示了导弹的飞行轨迹和导弹在各阶段的飞行姿态，论述了三维可视化仿真场景系统中模型的建立和调入、三维场景的建立、多视点和多窗口的设置问题；导弹的数据驱动和系统流程以及可视化导弹视景仿真系统的模块组成及相互关系。给出了仿真结果及导弹飞行过程的仿真场景效果图。
中学物理是一门实践性很强的课程，实验是其中非常重要的一环。长期以来，由于我国对基础教育投入不够，很多中学的实验器材严重缺乏。而实物实验受环境、条件及准备不足等原因影响，实验效果也不理想。另外受场地、时间等诸多，为了解决这个问题，周志方(2007)利用OpenGL研究开发了中学电学虚拟实验平台。
其他诸如基于OpenGL的水面仿真技术、基于OpenGL的卫星跟踪仿真、基于OpenGL的空间目标观测可视化仿真、基于OpenGL的流体交互式仿真、基于OpenGL技术的数控车床虚拟仿真系统研究、基于OpenGL的流体交互式仿真、基于OpenGL地下厂房洞室群施工仿真系统研究、基于OpenGL的医学整形手术仿真研究、基于OpenGL的机器人三维动画仿真实现、基于OpenGL的河道地形实时仿真方法也都有学者涉猎。OpenGL研究已深入各领域细部。
四、结语
OpenGL是一个性能卓越的图形软件包，它独立于窗口系统和操作系统，以它为基础开发的应用程序可以方便地在各个平台间移植，特别是它在创建三维图形的功能上非常优良，各大厂商和软件商都以作为三维图形标准和基础，开发自己的产品，便于实现各种有关计算分析和图形算法，可保证算法的正确性和可靠性以及图形的精确性。本文对其在仿真技术的应用进行了综述，以期促进未来OpenGL在仿真技术中的应用。
[关键词]OpenGL 仿真 综述
中图分类号：TN-9 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2009)0610071-01
OpenGL是目前用于开发可移植的、可交互的2D和3D图形应用程序的首选环境，也是目前应用最广泛的计算机图形标准。OpenGL是SGI公司开发的一套的计算机图形处理系统，是图形硬件的软件接口，GL代表图形库(Graphics Library)。OpenGL具有可移植性，任何一个OpenGL应用程序无须考虑其运行环境所在平台与操作系统，在任何一个遵循OpenGL标准的环境下都会产生相同的可视效果，因此在仿真技术开发中有较为广泛的应用。目前，关于这方面的文献主要的关注点有以下三个方面：
一、关于OpenGL系统仿真模型的建立
为更好的了解openGL软件，刘波，李光(2007)介绍了利用OpenGL创建系统仿真方案设计原理：将其它模型(如AutoCAD等)建立的模型数据转换到建立显示列表，加人色彩、材质、纹理、光照等，选择定义的运动方式，确定合适的投影、视口的变换，则能实现对实体及过程的三维仿真。
同时作者也对利用OpenGL进行几何建模与数据转换、图象处理所遵循的步骤以及注意事项进行了详细的介绍。
周志方(2007)更是详尽介绍了OpenGL的总体特点，体系结构、工作流程、库函数及工作流程，他指出OpenGL具有以下优点：(1)工业标准。OpenGL有广泛的支持，它是业界唯一的真正开发的、跨平台的图形标准。(2)可靠度高。利用OpenGL技术开发的应用图形软件与硬件无关，只要硬件支持OpenGLAPI标准就行了，也就是说，OpenGL可以运行在支持OpenGLAPI标准的任何硬件上。(3)可扩展性。OpenGL是低级的图形API，它具有充分的可扩展性。如今，许多OpenGL开发商在OpenGL核心技术规范的基础上，增强了许多图形绘制功能，从而使OpenGL能紧跟最新硬件发展和计算机图形绘制算法的发展。对于硬件特性的升级可以体现在OpenGL扩展机制以及OpenGLAPI中，一个成功的OpenGL扩展会被融入在未来的OpenGL版本之中。(4)可伸缩性。基于OpenGLAPI的图形应用程序可以运行在许多系统上，包括各种用户电子设备、PC、工作站以及超级计算机。
二、OpenGL与其它软件的结合
由于具有良好的跨平台性、简便、高效、功能完善，OpenGL目前已经成为了三维图形制作方法中事实上的工业标准。为了更好的与其它软件平台相结合，一些学者具体研究了OpenGL与其它软件结合的可行性及要点。
陈立新，赵红梅，王林(2007)指出为了减少数控加工中程序代码的错误，减少试切方法带来的不便和对加工材料的浪费，数控系统在加工前需要进行仿真加工。现介绍了立式铣床加工仿真模块的开发，以Windows2000为开发平台，利用Microsoft Visual C++开发工具、MFC类库，对OpenGL图形标准进行程序编制。系统在vc开发环境下构建了一个基于OpenGL的标准程序框架，应用OpenGL建立数控加工的仿真模型，通过对输入的数控加工代码的图形验证，仿真时模拟刀具、工件几何体、加工环境及刀具路径和材料去除的过程，消除了因程序误差而导致的机床刀具、夹具损坏及零件的报废等问题，实时显示当前所仿真的程序行，更有利于使用者检查代码的正确性，采用局部刷新技术，提高了图形的显示速度，实现了实时仿真的要求。
胡少军，何东健，汪有科，林艳梅，马理辉(2007)在原宝鸡峡渠系仿真系统的基础上，采用MultiGen Creator建模优化了模型的层次结构，解决了复杂模型的构建与控制问题，采用OPenGL与Vega相结合的视景驱动方法，实现了二维导航图到三维场景的交互控制及镜头光晕、动态水波、跌水效果的模拟利用Vega类和数据库技术实现了实时捕捉OpenGL与Creator／Vega结合的方法缩短了系统开发周期，优化了模型和驱动模块，真实再现了宝鸡峡渠的景观。
三、OpenGL在不同领域仿真技术的应用
高颖，黄罗军，许志国，黄建国(2007)应用OpenGL进行导弹系统的可视化视景仿真，显示了导弹的飞行轨迹和导弹在各阶段的飞行姿态，论述了三维可视化仿真场景系统中模型的建立和调入、三维场景的建立、多视点和多窗口的设置问题；导弹的数据驱动和系统流程以及可视化导弹视景仿真系统的模块组成及相互关系。给出了仿真结果及导弹飞行过程的仿真场景效果图。
中学物理是一门实践性很强的课程，实验是其中非常重要的一环。长期以来，由于我国对基础教育投入不够，很多中学的实验器材严重缺乏。而实物实验受环境、条件及准备不足等原因影响，实验效果也不理想。另外受场地、时间等诸多，为了解决这个问题，周志方(2007)利用OpenGL研究开发了中学电学虚拟实验平台。
其他诸如基于OpenGL的水面仿真技术、基于OpenGL的卫星跟踪仿真、基于OpenGL的空间目标观测可视化仿真、基于OpenGL的流体交互式仿真、基于OpenGL技术的数控车床虚拟仿真系统研究、基于OpenGL的流体交互式仿真、基于OpenGL地下厂房洞室群施工仿真系统研究、基于OpenGL的医学整形手术仿真研究、基于OpenGL的机器人三维动画仿真实现、基于OpenGL的河道地形实时仿真方法也都有学者涉猎。OpenGL研究已深入各领域细部。
四、结语
OpenGL是一个性能卓越的图形软件包，它独立于窗口系统和操作系统，以它为基础开发的应用程序可以方便地在各个平台间移植，特别是它在创建三维图形的功能上非常优良，各大厂商和软件商都以作为三维图形标准和基础，开发自己的产品，便于实现各种有关计算分析和图形算法，可保证算法的正确性和可靠性以及图形的精确性。本文对其在仿真技术的应用进行了综述，以期促进未来OpenGL在仿真技术中的应用。