基于 OpenGL的三维模型交互控制研究.pdfVIP

2015年 1月 机械设计与制造工程 Jan．2015 第 44卷 第 1期 MachineDesignandManufacturingEngineering Vo1．44No．1 DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2015．01．004 基于 OpenGL的三维模型交互控制研究 叶 帅，游有鹏，邢永彦 (南京航空航天大学 机电学院，江苏 南京 210016) 摘要 ：OpenGL是 图形硬件 的一种软件接 口，在深入 了解 OpenGL显示机制的基础上 ，讨论 了基于 OpenGL实现三维模型的交互显示变换方法。应用 OpenGL接 口，通过对 鼠标的二维位置的变换 ， 得到世界坐标 系中三维旋转轴和旋转角度 ，以及 鼠标在世界坐标系中的三维位置 ，进而对三维模 型进行平移、缩放、旋转操作。算法经实际编程应用，证明能够有效地实现三维模型的各种交互 控制功能。 关键词 ：三维模型；鼠标控制 ；OpenGL；交互式 中图分类号：TP391．72；TH16 文献标识码 ：A 文章编号：2095—509X(2015)01—0015—04 目前，相当多的优秀三维图形工具展现了精彩 轴正方向的坐标系。OpenGL会将世界坐标系先变 的虚拟现实场景…。随着虚拟现实进入工程应 换为视坐标系，然后进行裁剪，只有在视景体内的 用，要求相关的图形应用软件能够使用户与虚拟现 场景才会进行下一个阶段的处理 。 实场景进行互动操作。为此，当进行图形应用软件 交互控制设计时，必须考虑三维模型的平移、缩放 2 实现方法和步骤 和旋转等操作的实现，其中最为困难的是旋转操 2．1 显示变换分析 作。常用的方法是使用 OpenGL提供的接 口函数 在计算机 图形学中，三维图形的旋转变换需要 glRotate()来实现三维旋转操作 』、采用 四元数法 指定一个旋转轴和旋转角度。通常，三维旋转变换 求旋转变换矩阵 、构造旋转矩阵对模型进行变 可围绕空间任意直线轴进行，并规定图形绕某轴逆 换 ，它们可以很好地实现三维模型的旋转，但会 时针方向的旋转角度为正。旋转变换前后三维图 改变对象的坐标，并且计算量大 。对于有坐标值要 形的大小和形状不发生变化，只是空间位置发生了 求的三维实体，这些方法并不适用。针对 以上 问 变化 。绕坐标轴旋转是最简单的旋转变换 。当三 题，本文提出了一种利用鼠标移动改变视点坐标系 维图形绕某一坐标轴旋转时，图形上各点关于此轴 位置、保留原有三维模型的空间几何信息、实现三 的坐标值不变，而另两个坐标轴的坐标值相当于在 维模型交互控制的方法 。 它们组成的坐标面上的一个二维旋转变换 ，然后再 投影到二维的屏幕上 。当通过鼠标操作三维场景 1 坐标系分类 中某个物体的投影进行旋转时，可以将鼠标位置的 OpenGL中存在如下几种坐标系 ： 改变转换成三维物体绕着空问某一垂直于投影方 a．世界坐标系。世界坐标系是 以屏幕中心为 向轴的旋转。 原点 (0，0，0)，在 OpenGL中用来描述场景的坐 基于以上分析，可对三维物体旋转问题作如下 标 ，是系统 的绝对坐标系。在绘 图期间，原点和坐 转化：鼠标在二维屏幕上的移动等价于三维物体绕 标轴保持不变 。 空间某一条轴的旋转，该旋转轴可定义为平行于屏