基于Open GL的LED灯光情景仿真

摘要

近年来，三维图形仿真技术被广泛运用于城市规划、工程设计、医学、教育等领域。把三维仿真技术运用于工业控制领域，模拟仿真控制过程，可以使控制过程的调试以及结果显示更加方便。本文以 LED 灯控系统为原型，研究了基于OpenGL、以MFC为平台的LED灯光情景仿真技术。 本文首先讨论了三维仿真相关技术，在三维建模理论的基础上，结合本系统的特点，借助专业建模软件3DMAX来建模灯控场景和灯具模型。本文对几种三维图形文件格式进行分析，选取了比较通用而且好读取的3ds文件格式，作为灯控场景和灯具模型的三维数据格式。用VC读取3ds文件，用 OpenGL渲染，仿真了 256 种灯光颜色，并具有静态、渐变、渐亮、渐暗、闪烁，5种变化方式。 为了实现使用者与三维场景中灯具模型的交互，本文研究了几种实现三维拾取的技术，并对几种三维拾取技术进行比较。最后结合本系统的特点，选择通过读取OpenGL深度缓存进行三维拾取，从而实现了在三维场景中与灯具模型的交互。为了使漫游过程更真实，本系统在漫游过程中添加了碰撞检测。本文首先介绍了空间划分、包围盒等碰撞检测算法，然后对几种碰撞检测算法进行分析比较。最后结合本系统实际要求，为场景内各物体创建包围球，用八叉树组织空间物体的包围球，通过遍历此八叉树缩小了三维场景中碰撞检测的范围。 利用OpenGL来仿真LED灯控系统，使灯光控制结果不必借助实际的LED灯及控制部件就可以直接在计算机上显示出来。这样就可以在计算机上编辑得到满意的灯光情景，再形成数据去控制实际的LED灯，使得控制过程更加简单而且形象直观。本系统还仿真了三维环境，这样就可以在虚拟场景中安装灯具，最终在场景中显示灯光情景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的背景

1.2三维灯光仿真技术发展现状

1.3本论文研究简介

1.3.1仿真对象的简单介绍

1.4课题来源以及主要研究内容

第2章系统分析及三维仿真系统体系结构

2.1 LED灯光情景三维仿真的需求分析

2.2 LED灯光情景三维仿真系统的体系结构

2.3 LED灯光情景三维仿真系统的控制流程

2.4本章小结

第3章三维灯光场景、灯具模型的建立

3.1三维灯控场景的建立

3.1.1场景建模

3.1.2对场景进行纹理处理

3.2三维灯控场景数据的处理

3.2.1本仿真系统从3ds文件中提取的数据

3.2.2场景模型的几何变换

3.3三维灯控场景的数据管理

3.3.1整体场景数据库的组织形式

3.3.2 LED灯光场景的数据组织结构

3.4本章小结

第4章基于OpenGL的三维图形绘制

4.1 OpenGL概述

4.1.1 OpenGL的特点

4.1.2 OpenGL的工作原理及方式

4.1.3使用OpenGL

4.2 OpenGL在本课题中的作用

4.2.1渲染三维场景

4.2.2在场景中漫游

4.2.3设置场景中的光照

4.2.4与三维场景交互

4.3本课题中如何使用OpenGL

4.3.1 MFC中的OpenGL绘制环境初始化

4.3.2在OnDraw函数里完成图像的绘制

4.3.3在OnDestroy里释放环境变量

4.4本章小结

第5章漫游中的拾取技术

5.1拾取技术简介

5.2三维拾取常见的几种方法

5.2.1基于对象名称的拾取方法

5.2.2拣选射线拾取法

5.3 LED灯光场景中点的拾取

5.3.1 OpenGL深度缓存机制

5.3.2打开深度测试

5.3.3读取深度缓存值

5.3.4实现场景中点的拾取

5.4 LED灯光场景中灯具的拾取

5.4.1设置选定缓冲区

5.4.2进入选择模式

5.4.3命名场景中灯具模型

5.4.4设置相应的坐标变换

5.4.5分析选定缓存区中数掘

5.4.6实现场景中灯具的拾取

5.5本章小结

第6章碰撞检测

6.1碰撞检测的基本原理

6.2空间分解法

6.2.1空间分解法的基本原理

6.2.2八叉树分割法

6.3基于包围盒的碰撞检测算法

6.4 AABB包围盒检测法

6.4.1方向包围盒(OBB)检测法

6.4.2固定方向凸包(Fixed Directions Hulls)检测法

6.4.3几种包围盒技术的比较

6.5 LED灯光场景仿真中的碰撞检测

6.5.1 LED灯光场景中碰撞检测的必要性

6.5.2包围球检测法

6.5.3 LED灯光场景仿真中的碰撞检测

6.6本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢