Question

如何利用OpenGL在MFC中开发出一个简单的喷泉模拟程序探讨

Answer 1

　　1 OpenGL绘图环境初始化

　　OpenGL是一个跨平台的三维图形库，可在Windows、Unix和Mac等平台上运行。而Visual
C++完善的基本类库MFC和应用向导AppWizard使得开发一个复杂的应用程序变得轻松自如。如果将两者结合，便可开发出较高水平的Windows下三维图形应用程序[1]。

　　在3D游戏的渲染过程中，传统的建模方法一般只适用于外形比较规则的形体，对于那些像雨、雪、瀑布、喷泉以及火焰等没有固定形状，甚至要随着外部环境或者其他因素的改变而改变的物质建模，传统的方法就显得无能为力了[2]。1983年REEVES
W T提出了一种新的建模方法，称为模糊物体建模，该方法就是粒子系统，它的出现正好解决了上述问题[3]。

　　OpenGL函数库和操作系统无关，它有自己的独特设计，与Windows的图像设备接口GDI模型以及多数MFC应用程序的建立方法不太一致。在Windows系统中，这样的一组函数称为wiggle函数，每个wiggle函数的前缀是“wgl”。

　　在Win32下，首先必须重新设置画图窗口的像素格式，使其符合OpenGL对像素格式的需要。为此，声明一个PIXELFORMATDESCRIPTOR结构的变量，并适当设置其结构成员的值，使其支持OpenGL及其颜色模式。再以此变量为参数调用ChoosePixelFormat（），分配一个像素格式号，然后调用SetPixelFormat（）将其设置为当前像素格式。

　　完成了像素格式的重新设置后，需要为OpenGL建立绘制描述表（Render
Context）。绘制描述表的作用类似于Windows中的设备描述表（DevICe
Context）。只有建立了绘制描述表RC后，OpenGL才能调用绘图原语在窗口中做出图形。Win32API提供了几个操作绘制描述表的函数，包括建立、复制、使用、删除和查询等，它们都以wgl为词头。RC是以线程为单位的，每一个线程必须使用一个RC作为当前RC才能执行OpenGL绘图原语。

　　wglCreateContext（）是建立绘制描述表的函数，它以一个指向GDI设备描述表的句柄为参数，返回一个与此设备描述表相关联的绘制描述表句柄。在以此2句柄为参数调用函数wglMakeCurrent（），使RC成为线程当前使用的RC，完成Windows下OpenGL绘图环境的初始化过程[4]。

　　2 建立OpenGL单文档应用程序框架

　　使用Visual C++的AppWizard和Class Wizard可以很容易地生成一个使用MFC的OpenGL单文档应用程序框架，名称为MyFountain。

　　2.1 PreCreateWindow方法

　　BOOL CMySDOpenGLView：： PreCreateWindow（CREATESTRUCT& cs）

　　{

　　cs.style|=WS_CLIPCHILDREN|WS_CLIPSIBLINGS；

　　return CView：：PreCreateWindow（cs）；

　　}

　　使视窗口具有WS_CLIPCHILDREN和WS_CLIPSIBLINGS风格，确保成功地设置像素格式。

　　2.2 添加消息响应函数

　　利用MFC ClassWizard为CMySDOpenGLView类添加消息WM_CREATE、WM_DESTROY、WM_SIZE和WM_TIMER的响应函数。

　　首先在OnCreate方法中初始化OpenGL，并设置定时器。

　　然后在OnTimer响应函数中添加定时器响应函数和场景更新命令，使得程序按照定时器设置的时间步长进行中断，并调用OnDraw对场景进行更新、渲染。

　　第三步，添加OnSize函数对用户进行窗口调整的消息进行响应，并即时调整窗口的大小[5]。

　　最后，当关闭窗口时，将值NULL（或0）赋值给wglMakeCurrent（）的参数hRC后，调用wglDeleteContext（）删除绘制描述表，并删除调色板和定时器。

　　3 基于粒子系统的喷泉模拟

　　构造可视化系统的建模技术大致可以分为两类：几何建模和行为建模。几何建模处理物体的几何和形状的表示，研究图形数据结构等基本问题；行为建模处理物体运动和行为的描述。

　　一个粒子系统由大量称为粒子的简单体素构成。每个粒子有一组属性，如位置、速度、颜色和生命期。一个粒子究竟有什么样的属性，主要取决于具体的应用。粒子的初值由随机过程产生。粒子往往由位于空间的某个地方的粒子源产生。

　　粒子系统也利用了随机过程，并常将物体的几何和行为组合在一个有机模型中。

　　一个粒子系统是不断进化的。在生命期的每一刻，都要完成以下4步工作：

　　（1）粒子源产生新粒子。产生任意数目的新粒子，它们的初始属性由随机过程控制。每个粒子都有一个生命期，如果某些粒子不应删除，则可以赋予它无限长的生命期。

　　（2）更新现有粒子属性。例如，若粒子有位置和速度属性，在模拟重力场中的运动时，可以如下更新粒子的位置和速度属性：

　　v=v+gts=s+vt

　　在该步中，粒子的生命期递减一个时间步。

　　（3）删除“死”粒子。检查粒子的生命期，若为0则将粒子从系统中删除。

　　（4）绘制粒子。显示粒子系统中所有现存的粒子。

　　在一般情况下，粒子的几何特征十分简单，可以采用一个像素或小的多边形来代表[6]。

　　3.1 粒子数据结构的定义

　　粒子数据结构的定义如下：

　　struct particle

　　{

　　float t； //粒子的生命期

　　float vel； //粒子运动的速度

　　float dir； //粒子运动的方向

　　float x，y，z； //粒子的位置坐标

　　float xd，zd； //粒子的X和Z方向增加值

　　char type； //粒子类型（运动或淡化）

　　float a； //淡化alpha值

　　struct particle*next，*prev；

　　}；

　　3.2 绘制喷泉

　　3.2.1 先构造一个场景

　　由于重点是喷泉，因此简单构造一个模拟的地面能突出喷泉就可以了。实现代码如下：

　　glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT）；

　　glLoadIdentity（）；

　　glBindTexture（GL_TEXTURE_2D，texture[1]）；

　　a+=0.2；

　　gluLookAt（cam.x，cam.y，cam.z，0，0，0，upv.x，upv.y， upv.z）；

　　3.2.2 喷泉的渲染处理

　　喷泉的渲染处理过程主要是利用了OpenGL的特征函数[7]和方法，主要进行了两方面的处理：（1）将喷泉模型渲染成纹理文件[8]；（2）采用透明纹理渲染技术[9]。

　　3.2.3 喷泉的实现

　　在构造了简单的地面场景后，取以原点为中心的圆周上的均匀点序列作为喷泉的喷射点，按照上述提到的绘制方法[10]即完成了喷泉的动态模拟。喷泉系统模拟的主要关键代码在于向内存中添加渲染粒子，即函数AddParticles（），之后粒子将按照预定的轨道运行，其主要实现代码如下：

　　//添加新的粒子

　　void CMyFountainView：：AddParticles（）

　　{

　　struct particle*tempp；

　　int i， j；

　　for （j=0；j<18；j++）

　　for （i=0；i<2；i++）

　　{

　　tempp=（struct particle*）malLOC（sizeof（struct particle））；

　　if （fn[j]）fn[j]->prev=tempp；

　　tempp->next=fn[j]；

　　fn[j]=tempp；

　　tempp->t=-9.9； //粒子的生命期

　　tempp->v=（float）（rand（）%200000）/100000+1；

　　// 粒子速度

　　tempp->d=（float）（rand（）%400）/100-2；

　　//粒子方向

　　tempp->x=20*cos（（j*3.14159）/180）； //开始位置的坐标

　　tempp->y=0；

　　tempp->z=20*sin（（j*3.14159）/180）；

　　tempp->xd=cos（（tempp->d*3.14159）/180）*tempp->v/4；

　　tempp->zd=sin（（tempp->d*3.14159）/180）*tempp->v；

　　tempp->type=0； //粒子状态为运动

　　tempp->a=1； //粒子淡化

　　}

　　}