实战OpenGL三维可视化系统开发与源码精解

.2.3.4 opengl状态变量 24
2.3.5 opengl变换 25
2.4 opengl程序框架建立 33
2.4.1 opengl像素格式 34
2.4.2 着色描述表 36
2.4.3 设置像素格式 37
2.4.4 创建着色描述表 38
2.4.5 创建visual c++程序 41
2.5 本章小结 48
第3章 oracle与oci技术及编程基础 49
3.1 oracle数据库简介 50
3.2 oracle数据库的安装 51
3.3 oracle数据类型 55
3.4 oracle编程接口 57
3.4.1 ado开发接口 58
3.4.2 pro* c/c++ 59
3.4.3 oracle oci 60
3.4.4 ado、pro*c/c++、oracle oci的对比分析 61
3.5 oci编程 62
3.5.1 oci编程基础 62
3.5.2 oci数据结构 62
3.5.3 oci程序的基本结构 63
3.5.4 oci执行sql的步骤 64
3.6 vc ++ 6.0下oci编程实例 66
3.6.1 数据的准备 66
3.6.2 建立工程 67
3.6.3 加入oci的头文件与库文件 68
3.6.4 在vc中应用oci编程 69
3.7 本章小结 75
第2篇 大规模地形三维可视化系统设计与实现
第4章 地形三维可视化系统框架与oci类模块设计 79
4.1 系统程序框架建立 80
4.1.1 建立visaul c ++工程 80
4.1.2 添加opengl框架代码和文件 81
4.1.3 程序实现 82
4.2 oci公共类的实现 92
4.2.1 新类的添加 92
4.2.2 类变量的添加 92
4.2.3 类函数的实现 93
4.3 本章涉及到的opengl函数与知识点 121
4.4 本章小结 121
第5章 地形三维可视化系统的地形渲染实现 123
5.1 地形三维可视化概述 124
5.2 地形三维可视化的主要算法 124
5.2.1 主要算法概述 124
5.2.2 四叉树结构的多分辨率地形模型 125
5.3 地形三维可视化系统的实现 126
5.3.1 海量地形与影像纹理数据的获取方法 126
5.3.2 海量地形自分块程序实现 127
5.3.3 大影像的自分块及程序实现 140
5.3.4 状态栏指示器的实现 149
5.3.5 地形与影像子块的调度 152
5.3.6 三维地形纹理映射 162
5.3.7 地形节点评价系统 172
5.3.8 系统优化算法 177
5.3.9 三维地形的渲染 179
5.3.10 真三维立体的实现 211
5.4 本章涉及到的opengl函数与知识点 217
5.5 本章小结 219
第6章 地形三维可视化系统项目管理与辅助功能 221
6.1 项目管理 222
6.1.1 新建项目 222
6.1.2 打开项目 231
6.2 背景天空的实现 243
6.3 绘图模式的控制 245
6.4 空间查询 248
6.4.1 查询算法实现 248
6.4.2 查询标识设置 254
6.4.3 查询三维坐标 259
6.4.4 查询空间距离 263
6.5 照相机模块的设计与实现 267
6.5.1 键盘控制的实现 267
6.5.2 鼠标控制的实现 271
6.6 本章涉及到的opengl函数与知识点.. 274
6.7 本章小结 276
第3篇 线路三维可视化系统设计与实现
第7章 三维交互技术与三维线路数据结构 279
7.1 三维交互技术 280
7.1.1 交互环境概述 280
7.1.2 正射投影模式实现 281
7.1.3 正射投影模式下场景控制 288
7.1.4 透视投影模式实现 294
7.2 三维地面坐标的获取 295
7.2.1 正射投影模式下的获取 295
7.2.2 透视投影模式下的获取 299
7.3 三维线路数据结构设计 299
7.3.1 边坡数据结构 300
7.3.2 桥梁数据结构 301
7.3.3 隧道数据结构 302
7.3.4 水沟数据结构 303
7.3.5 线路数据结构 304
7.4 本章涉及到的opengl函数与知识点 307
7.5 本章小结 307
第8章 三维线路设计实现 309
8.1 线路方案主要参数设计 310
8.2 设计交点信息输入实现 331
8.3 线路中心线定位 338
8.4 设计方案保存与平面方案生成 349
8.4.1 设计方案保存 350
8.4.2 平面方案的自动生成 356
8.5 纵断面设计模块的实现 357
8.6 边坡模型的生成算法 361
8.7 线路路基三维建模 364
8.8 隧道三维建模与绘制 380
8.8.1 隧道三维建模 380
8.8.2 隧道参数设置实现 388
8.8.3 隧道绘制实现 391
8.9 桥梁三维建模与绘制 397
8.9.1 桥梁三维建模 397
8.9.2 桥梁参数设置实现 405
8.9.3 桥梁绘制实现 409
8.10 线路三维模型绘制 416
8.11 本章涉及到的opengl函数与知识点 431
8.12 本章小结 432
第9章 道路整体三维建模 433
9.1 道路整体三维模型的实现 434
9.1.1 线路封闭区域确定与分割算法 434
9.1.2 地形块综合数据点计算 451
9.1.3 分块tin模型的构网实现 462
9.1.4 封闭区域内数据点的剔除 465
9.1.5 整体构网的实现 468
9.2 纹理管理 471
9.2.1 边坡纹理 471
9.2.2 路肩纹理 476
9.2.3 桥梁护坡面纹理 479
9.2.4 隧道内墙纹理 483
9.2.5 隧道洞门纹理 486
9.3 本章涉及到的opengl函数与知识点 490
9.4 本章小结 490
第10章 三维漫游的实现 491
10.1 飞行路径建立 492
10.1.1 飞行路径简介 492
10.1.2 飞行路径设置方法 492
10.1.3 飞行路径插值算法 498
10.1.4 飞行路径的保存 501
10.1.5 打开飞行路径 503
10.1.6 显示/关闭飞行路径 506
10.2 沿飞行路径漫游实现 507
10.2.1 沿固定高度漫游实现 508
10.2.2 沿相对高度漫游实现 512
10.3 沿线路方案线三维漫游实现 515
10.3.1 飞行路径的获取 515
10.3.2 漫游的实现 516
10.4 三维漫游的控制 518
10.4.1 开始/暂停漫游 518
10.4.2 停止漫游 520
10.4.3 单步前进 521
10.5 三维漫游的调整 522
10.5.1 飞行视野调整 522
10.5.2 飞行高度调整 523
10.5.3 飞行倾角调整 524
10.5.4 飞行速度调整 525
10.5.5 三维漫游调整的热键实现 526
10.6 三维漫游的相关计算 529
10.6.1 三维漫游帧频的计算 529
10.6.2 三维漫游速度的计算 530
10.6.3 三维漫游里程的计算 531
10.7 本章涉及到的opengl函数与知识点 534
10.8 本章小结 534
第4篇 线路三维可视化系统辅助功能实现
第11章 显示模式控制及实现 537
11.1 显示模式控制及实现 538
11.1.1 双目立体方式 538
11.1.2 正射投影方式 539
11.1.3 透视投影方式 540
11.2 时钟指北针的实现 541
11.3 缩略图的实现 553
11.4 本章涉及到的opengl函数与知识点 556
11.5 本章小结 557
第12章 3d模型载入与应用 559
12.1 常用3d模型概述 560
12.1.1 3ds模型 560
12.1.2 obj模型 561
12.1.3 ase模型 561
12.1.4 md2/md3模型 562
12.1.5 ms3d模型 562
12.2 3ds模型的载入 564
12.2.1 3ds文件基本构成 564
12.2.2 第三方软件转换法 564
12.2.3 程序直接载入 580
12.2.4 程序直接载入的实现 580
12.3 3ds模型在系统中应用实例 597
12.4 本章涉及到的opengl函数与知识点 601
12.5 本章小结 602
第13章 系统输出接口与动画录制实现 603
13.1 输出线路三维模型到autocad 604
13.1.1 输出格式dxf简介 604
13.1.2 dxf输出模块的设计 605
13.1.3 输出的实现 613
13.2 avi动画录制 623
13.2.1 动画录制类实现 623
13.2.2 动画录制参数设置 626
13.2.3 开始录制动画 631
13.2.4 暂停录制动画 636
13.2.5 结束录制动画 636
13.3 屏幕图形的打印 638
13.3.1 图形打印类的实现 639
13.3.2 打印预览的实现 645
13.3.3 打印设置的实现 647
13.3.4 打印的实现 648
13.4 录制图像 649
13.4.1 图像采集频率 649
13.4.2 图像录像 652
13.4.3 停止录像图像 656
13.5 保存屏幕到位图 657
13.6 本章小结 662
第14章 系统简介与运行实例 663
14.1 系统介绍 664
14.1.1 系统主要特点 664
14.1.2 系统运行环境 664
14.2 系统功能模块简介 665
14.3 系统运行实例 673
14.4 本章小结 677
附录 679
附录a 相关数学程序模块 680
附录b opengl核心函数库和
应用函数库 686
附录c opengl常用编程技巧 691
附录d opengl资源网站 693
参考文献... 695

.　　面向具有实际开发经验的中高级程序员
　　本丛书同样适合于具有实际开发经验的中高级程序员。书中列举的大部分实例具体翔实，非常值得广大高级程序员学习和借鉴。
　　“C/C++开发专家”为程序员量身打造
　　本套丛书通过不同种类的图书来满足读者的需求。
　　语言入门
　　C/C++是一门优秀的高级语言。它绝不像一些传统图书所述是一门晦涩难懂、高深莫测的“专家语言”。本丛书的语言入门分支面向初学者，以通俗易懂的语言，介绍标准的C/C++语言知识，以及Visual C++编程技术；在保证知识体系的完整性的同时，在语言、体例上更贴近程序员的学习心理需求。
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　　如果脱离了具体的应用背景，任何一门计算机语言的学习都是“纸上谈兵”。如果程序员没有真正掌握面向应用的实践开发技能，那么很有可能面临来自就业的压力。本丛书的应用实践分支面向数字图像处理、流媒体、网络通信、嵌入式开发等不同的行业应用方向，介绍C/C++应用技术。目标是努力将读者培养成具有实际开发能力的从业人员。
　　开发详解
　　只让人阅读一遍的书很难说是一本好书。任何一本书在读者的眼中总会经历“厚→薄→厚”的过程。同样，C/C++语言会耐人寻味，但真正理解C/C++一般性内容需要花时间，而要做到融会贯通则更要下工夫。本丛书的开发详解分支针对C/C++语言及Visual C++中的高级特性，进行深入的剖析和讲解。C/C++程序员一旦掌握更高级的编程技巧，且对C/C++的语言内涵及开发技术有更为深入的理解，就能得心应手地运用这门语言。
　　技巧集锦..
　　从大规模的并行计算到嵌入式系统开发，C/C++的应用领域非常广泛。即便是世界上最厚的一本书，也无法介绍所有的C/C++技术。针对这一特点，本丛书的技巧集锦分支对程序员经常遇到的问题进行解答和分析，并注重举一反三，启发读者思考。通过对这一话题的讨论，给正在从事或即将从事C/C++开发的程序员以最大的启迪。
　　 “C/C++开发专家”丛书特色
　　本丛书具有如下特色。
　　由浅入深，通俗易懂
　　实际上，根本就不存在只面向纯粹的初学者的C/C++书籍。原因很简单：C/C++就不是初级的语言。初学者选择C/C++的时候，除了有足够的兴趣之外，还要有足够的耐心和恒心。为此，本丛书在保持完整性的同时注重语言的通俗性和知识的趣味性，避免了较为复杂的理论概念，取而代之的是常见的编程技巧和实际例子，力求由浅入深，通俗易懂，充分调动读者的阅读兴趣。
　　案例为主，内容生动
　　如果没有“案例”，C/C++的学习可能非常枯燥无趣；如果没有合适、有趣的“案例”， C/C++的学习仍会枯燥无趣。与以往的风格不同，本丛书强调编程实践，提供了大量的实例及源代码。这些案例均由作者从实际开发工作中设计的原型案例精简加工而成，形式丰富多样，具有很好的实用价值。
　　倡导正确的编程思想
　　“授之以鱼，不如授之以渔。”本丛书并非按部就班地完成知识传授，而是在介绍知识的同时倡导正确的学习思想和方法。如：倡导OOP思想、泛型编程、流行的设计模式、不断的重构理念和开源精神等。读者在阅读本书的同时，会接触到这些新的理念和方法。在某些开放性话题上，本丛书一反以往一些图书的“专家”面孔，更加贴近读者，从各个角度与读者展开交流和探讨。
　　飞思科技产品研发中心
　　
　　可视化技术作为图形生成和图像理解相结合的一种新技术，赋予人们一种仿真的、三维的并且具有实时交互的能力，这样人们可以在三维图形世界中用以前不可想象的手段来获取信息或发挥自己创造性的思维，尤其是在可视化技术基础发展起来的虚拟现实技术、三维仿真技术及科学计算可视化技术，它们的发展及其相互结合使人类认识和驾驭世界的技能更是得到了极大延伸。OpenGL（Open Graphics Library，开放性图形库）作为一个性能优越的图形应用程序设计界面（API）而适合于广泛的计算机环境，从个人计算机到工作站和超级计算机，OpenGL都能实现高性能的三维图形功能。由于许多在计算机界具有领导地位的计算机公司纷纷采用OpenGL作为三维图形应用程序设计界面，OpenGL应用程序具有广泛的可移植性，已成为目前的三维图形开发标准，其自诞生至今已催生了各种计算机平台及设备上的数千优秀应用程序。
　　进入21世纪以来，新科技革命迅猛发展，遥感技术、数字摄影测量技术、虚拟现实技术等高新技术取得了长足的发展。航空航天遥感技术的进步提供了快速获取信息的手段。数字摄影测量技术除了能提供数字线划图外，还能生产正射影像图、数字高程模型等，这些数字摄影测量产品所包含的信息量和信息类型已远远超过了传统的等高线地形图。如果利用OpenGL优秀的三维图形功能，结合现代信息技术，建立一个逼真显示的三维可视化地理环境，使工程师可以从二维平面图中得以解放直接进入三维世界，实现直接在三维环境中进行工程设计，实时建立工程的三维模型，达到所见即所得的设计效果，从根本上改变重复无味的设计工作方式，使设计工作变得趣味盎然，对提高设计质量和加快设计速度有着巨大的作用。
　　关于本书
　　人在三维空间中具有很强的形象思维能力，计算机具有极强的数据处理能力，但理解和推理能力差。如果将计算机的快速计算功能与三维图形功能融为一体，实现基于三维可视化环境的设计，这必将从根本上改变重复无味的设计工作方式。OpenGL是目前用于开发可移植的、可交互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。本书以实际的三维可视化系统为主线，系统地论述了三维可视化设计的理论、技术和算法，实现了基于OpenGL+Visual C++ +Oracle 9i数据库开发的三维可视化设计系统，为实现工程的三维可视化设计提供了三维设计平台。
　　本书以“铁路三维可视化系统”实例作为全书的主线，从系统框架设计到最终实现，逐步讲解各个方面所涉及的算法和思路，并给出详细程序代码和注释。书中的数据库部分又可以为希望学习MFC下的Oracle数据库编程和OCI程序设计的读者提供参考。
　　通过系统实例让初级读者学会OpenGL的各个功能和应用；让中、高级读者学习如何利用OpenGL开发三维可视化系统，掌握OpenGL的高级开发技巧、编程算法，以及三维可视化设计的理论、技术和算法。
　　书中所有程序均取材于实际系统，完全能在实际项目中“即插即用”，对于从事三维地形可视化、铁路、公路、管道、输电线路等三维可视化设计的读者具有很好的参考和利用价值。
　　本书主要内容
　　全书共分4篇14章，主要内容如下。
　　第1篇系统开发基础
　　包括第1章三维图形世界、第2章OpenGL概述和第3章Oracle与 OCI技术及编程基础。
　　第1章介绍了计算机三维图形技术的发展、科学计算可视化技术、三维可视化工程设计的基本概念和发展现状。
　　第2章主要对OpenGL的基本概念、OpenGL编程基础和在Visual C++环境下OpenGL基本程序框架的建立进行了讲解，并给出了一个简单的旋转立方体程序示例。通过这一章，使读者对OpenGL有初步的概念和了解，对于纹理、显示列表等更深入的编程，我们将通过后续章节进行更详细的讲解和学习。
　　第3章主要对Oracle数据库及其特点进行简要的介绍和说明。以Oracle 9i为例，介绍了Oracle数据库的安装步骤和Oracle支持的数据类型。在此基础上，介绍了ADO、Pro*C/C++和OCI三个主要Oracle编程接口，对它们的各自功能和特点进行了详细说明，从功能方面、性能方面、开发难度方面进行了详细分析和比较。重点介绍OCI编程基础、OCI的数据结构、OCI程序的基本结构、OCI执行的步骤，最后给出了在Visual C++6.0环境下开发OCI应用程序的示例。
　　第2篇大规模地形三维可视化系统设计与实现
　　包括第4章地形三维可视化系统框架与OCI类模块设计、第5章地形三维可视化系统的地形渲染实现和第6章地形三维可视化系统项目管理与辅助功能设计。
　　第4章在第2章的基础上，完成了基于OpenGL的地形三维可视化系统程序框架的建立，为后续的功能模块开发提供了基础平台；在第3章的基础上，设计了OCI公共类，将所有与OCI有关的数据库操作、数据读取等功能函数实现全部封装在该类中，并定义了公共类的全局变量myOci。
　　第5章本章对地形三维可视化进行了基本概述，介绍了目前地形三维可视化的主要算法。主要介绍了海量地形与影像纹理数据的常用获取方法，给出了海量地形自分块与影像纹理分块原则和程序实现，以及地形与影像子块调度的程序实现，在此基础上实现了地形的三维可视化；还介绍了真三维立体的实现算法和数学模型，在此基础上给出了基于OpenGL的真三维立体的程序实现。
　　第6章主要讲解了新建项目、打开项目、背景天空的绘制、绘图模式控制的实现方法和程序设计。介绍了基于OpenGL深度缓存的二维屏幕坐标向三维空间坐标的转换算法，实现了对三维空间坐标和空间距离查询，以及查询标识设置的程序设计；最后讲解了基于键盘和鼠标联合控制的三维场景照相机程序模块的实现，实现三维场景的前、后、左、右移动和任意方向的旋转。
　　第3篇线路三维可视化系统设计与实现
　　包括第7章三维交互技术与三维线路数据结构、第8章三维线路设计实现、第9章道路整体三维建模和第10章三维漫游的实现。
　　第7章主要对三维交互环境进行了介绍，详细讲解了正射投影模式的实现、正射投影模式下场景控制方法和程序设计，以及透视投影模式的实现方法；还讲解了正射投影模式和透视投影模式下三维地面坐标的获取原理、方法，在此基础上，设计了边坡数据结构、桥梁数据结构、隧道数据结构、水沟数据结构及线路数据结构，为实现三维线路设计做好了前期准备。
　　第8章主要对线路方案的主要参数设计方法和程序实现、设计交点信息输入实现、线路中心线定位方法、设计方案的保存、平面方案的自动生成和程序设计、纵断面设计模块的实现、边坡模型的生成算法、线路路基三维建模方法和实现、隧道三维建模和参数控制、桥梁三维建模和参数控制的程序设计进行了详细讲解。
　　第9章主要讲解了道路整体三维模型实现，对其中的线路封闭区域确定与分割算法、地形块综合数据点计算、分块TIN模型的构网实现、封闭区域内数据点的剔除、整体构网的程序实现都进行了详细说明；在纹理管理部分，详细讲解了边坡纹理、路肩纹理、桥梁护坡面纹理、隧道内墙纹理、隧道洞门纹理的程序设计和实现。
　　第10章从多个方面对三维漫游的基本概念、程序实现、参数调整和控制进行了讲解，帮助读者学会在三维可视化系统中三维漫游模块的程序设计方法；对飞行路径的基本概念、设置方法、插值算法、保存和打开的程序设计，沿飞行路径实现三维漫游的程序设计，沿线路方案漫游的固定高度和相对高度两种模式的程序设计，三维漫游控制和调整的程序设计，以及三维漫游的相关计算都进行了详细的讲解，每一部分都给出了完整的程序代码。
　　第4篇线路三维可视化系统辅助功能实现
　　包括第11章显示模式控制及实现、第12章3D模型载入与应用、第13章系统输出接口与动画录制实现和第14章系统简介与运行实例。
　　第11章本章主要对双目立体方式、正射投影方式和透视投影方式的显示模型模式控制和实现、时钟指北针的程序设计和实现、缩略图的实现方法和程序设计进行了详细的讲解和说明。
　　第12章本章主要对目前常用的3DS、AES、OBJ、MD2、MD3、MS3D等3D模型进行了介绍和说明，并给出了每种3D模型的示例，在此基础上，详细介绍了在OpenGL中应用3DS模型的两种主要方法：通过第三方软件对3DS模型进行转换和直接通过程序读取3DS模型；以桥墩3DS模型为例，给出了3DS模型在线路三维场景中的应用方法和程序设计实现。
　　第13章介绍了DXF文件格式，详细讲解了DXF输出模块的程序设计，实现了线路三维模型输出到DXF文件，可以在AutoCAD中打开线路三维模型进行观察；设计了动画录制类，实现将OpenGL动画录制到AVI文件中；设计了屏幕图形打印类，实现了对OpenGL屏幕图形的打印，在此基础上，设计录制屏幕图像模块，实现了将OpenGL动画录制为一系列图像并保存到硬盘中。
　　第14章主要对所建立的三维可视化设计系统的主要特点和功能进行了介绍，对线路可视化设计系统加以总结，并对相应的功能模块进行集中说明，使读者能够对整个三维可视化设计有更加清晰的思路和概念，最后给出系统运行实例。
　　附录
　　包括附录A：相关数学程序模块；附录B：OpenGL核心函数库和应用函数库；附录C：OpenGL常用编程技巧；附录D：OpenGL资源网站。
　　致谢
　　本书能够出版，首先要感谢电子工业出版社计算机研发部/北京易飞思信息技术有限公司给予的机会！还要感谢编辑张春雨老师在编写过程中所做的大量工作，在本书编写过程中提出了宝贵的意见并给予了大力的支持！感谢国家自然科学基金资助项目（基于GIS的虚拟环境选线系统智能环境建模方法及应用，50278082）和“交通安全与控制”河北省重点实验室开放课题资助项目（城市轨道交通三维可视化规划与设计，211001）的支持。
　　在本书编写的过程中，参阅了国内外大量优秀教材和学术论著，在此，谨向书中提到的和参考文献列出的诸位学者表示衷心的感谢！
　　本书作者
　　吕希奎，博士，毕业于西南交通大学道路与铁道工程专业。主要从事道路勘测设计现代技术、城市轨道交通、选线设计理论、工程信息技术与虚拟环境仿真技术的研究，已发表及被录用论文近20篇，导师是第二届全国教学名师易思蓉教授。先后参与国家自然科学基金“基于GIS的虚拟环境选线系统智能环境建模方法及应用”（0278082）、铁道部“高速磁悬浮铁路线路平纵面技术参数初步研究”、 国家863“高速磁悬浮铁路线路设计参数研究”项目的研究。3年软件公司的工作经验，高级程序员，具有多年的OpenGL、Oracle数据库开发经验。目前正在主持“交通安全与控制”河北省重点实验室开放课题资助项目（城市轨道交通三维可视化规划与设计系统，211001）研究。
　　本书约定
　　概念理解：对所要讲解的内容的基本概念进行简要说明。
　　界面设计：对所进行的界面设计进行说明，包括界面控件组成、布局、ID、变量、菜单等信息。
　　程序设计：在界面设计完成后，开始进行程序设计。
　　添加变量：需要添加的变量，包括私有变量、公共变量等。
　　函数实现：添加完变量后，开始实现所需函数的标志，在其下方，将是具体的每一个函数代码。
　　函数说明：对每个函数功能所进行的说明，包括函数组成部分和每个部分的说明。
　　程序函数讲解：对在函数中出现的OpenGL、OCI等函数进行详细讲解。
　　说明：对所讲解的内容、函数等需要进行特别说明的内容。
　　注意：在程序设计过程中必须要注意的地方，多数情况下涉及到OpenGL的编程技巧。
　　关于光盘
　　本书附带光盘1张，内容为本书实例的源程序代码、系统运行所需要的影像纹理和数字高程模型文件；此外，还包括程序功能运行动画和OCI程序示例。
　　由于编者水平有限，书中错漏和不足之处在所难免，恳请广大读者批评指正！...
　　编 著 者
　　联系方式
　　咨询电话：（010）8825416088254161-67
　　电子邮件：support@fecit.com.cn
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