ＯｐｅｎＧＬ在仿真技術開發中的應用綜述

高　超　馬　科

[摘要]OpenGL是近幾年發展起來的一個性能卓越的三維圖形標準。目前已在多個仿真技術開發領域得到廣泛應用，為了對目前的應用狀況有一個清晰的認識，對相關文獻進行梳理。

[關鍵詞]OpenGL仿真綜述

中圖分類號：TN-9文獻標識碼：A文章編號：1671-7597(2009)0610071-01

OpenGL是目前用于開發可移植的、可交互的2D和3D圖形應用程序的首選環境，也是目前應用最廣泛的計算機圖形標準。OpenGL是SGI公司開發的一套的計算機圖形處理系統，是圖形硬件的軟件接口，GL代表圖形庫(Graphics Library)。OpenGL具有可移植性，任何一個OpenGL應用程序無須考慮其運行環境所在平臺與操作系統，在任何一個遵循OpenGL標準的環境下都會產生相同的可視效果，因此在仿真技術開發中有較為廣泛的應用。目前，關于這方面的文獻主要的關注點有以下三個方面：

一、關于OpenGL系統仿真模型的建立

為更好的了解openGL軟件，劉波，李光(2007)介紹了利用OpenGL創建系統仿真方案設計原理：將其它模型(如AutoCAD等)建立的模型數據轉換到建立顯示列表，加人色彩、材質、紋理、光照等，選擇定義的運動方式，確定合適的投影、視口的變換，則能實現對實體及過程的三維仿真。

同時作者也對利用OpenGL進行幾何建模與數據轉換、圖象處理所遵循的步驟以及注意事項進行了詳細的介紹。

周志方(2007)更是詳盡介紹了OpenGL的總體特點，體系結構、工作流程、庫函數及工作流程，他指出OpenGL具有以下優點：(1)工業標準。OpenGL有廣泛的支持，它是業界唯一的真正開發的、跨平臺的圖形標準。(2)可靠度高。利用OpenGL技術開發的應用圖形軟件與硬件無關，只要硬件支持OpenGLAPI標準就行了，也就是說，OpenGL可以運行在支持OpenGLAPI標準的任何硬件上。(3)可擴展性。OpenGL是低級的圖形API，它具有充分的可擴展性。如今，許多OpenGL開發商在OpenGL核心技術規范的基礎上，增強了許多圖形繪制功能，從而使OpenGL能緊跟最新硬件發展和計算機圖形繪制算法的發展。對于硬件特性的升級可以體現在OpenGL擴展機制以及OpenGLAPI中，一個成功的OpenGL擴展會被融入在未來的OpenGL版本之中。(4)可伸縮性。基于OpenGLAPI的圖形應用程序可以運行在許多系統上，包括各種用戶電子設備、PC、工作站以及超級計算機。

二、OpenGL與其它軟件的結合

由于具有良好的跨平臺性、簡便、高效、功能完善，OpenGL目前已經成為了三維圖形制作方法中事實上的工業標準。為了更好的與其它軟件平臺相結合，一些學者具體研究了OpenGL與其它軟件結合的可行性及要點。

陳立新，趙紅梅，王林(2007)指出為了減少數控加工中程序代碼的錯誤，減少試切方法帶來的不便和對加工材料的浪費，數控系統在加工前需要進行仿真加工。現介紹了立式銑床加工仿真模塊的開發，以Windows2000為開發平臺，利用Microsoft Visual C++開發工具、MFC類庫，對OpenGL圖形標準進行程序編制。系統在vc開發環境下構建了一個基于OpenGL的標準程序框架，應用OpenGL建立數控加工的仿真模型，通過對輸入的數控加工代碼的圖形驗證，仿真時模擬刀具、工件幾何體、加工環境及刀具路徑和材料去除的過程，消除了因程序誤差而導致的機床刀具、夾具損壞及零件的報廢等問題，實時顯示當前所仿真的程序行，更有利于使用者檢查代碼的正確性，采用局部刷新技術，提高了圖形的顯示速度，實現了實時仿真的要求。

胡少軍，何東健，汪有科，林艷梅，馬理輝(2007)在原寶雞峽渠系仿真系統的基礎上，采用MultiGen Creator建模優化了模型的層次結構，解決了復雜模型的構建與控制問題，采用OPenGL與Vega相結合的視景驅動方法，實現了二維導航圖到三維場景的交互控制及鏡頭光暈、動態水波、跌水效果的模擬利用Vega類和數據庫技術實現了實時捕捉OpenGL與Creator／Vega結合的方法縮短了系統開發周期，優化了模型和驅動模塊，真實再現了寶雞峽渠的景觀。

三、OpenGL在不同領域仿真技術的應用

高穎，黃羅軍，許志國，黃建國(2007)應用OpenGL進行導彈系統的可視化視景仿真，顯示了導彈的飛行軌跡和導彈在各階段的飛行姿態，論述了三維可視化仿真場景系統中模型的建立和調入、三維場景的建立、多視點和多窗口的設置問題；導彈的數據驅動和系統流程以及可視化導彈視景仿真系統的模塊組成及相互關系。給出了仿真結果及導彈飛行過程的仿真場景效果圖。

中學物理是一門實踐性很強的課程，實驗是其中非常重要的一環。長期以來，由于我國對基礎教育投入不夠，很多中學的實驗器材嚴重缺乏。而實物實驗受環境、條件及準備不足等原因影響，實驗效果也不理想。另外受場地、時間等諸多，為了解決這個問題，周志方(2007)利用OpenGL研究開發了中學電學虛擬實驗平臺。

其他諸如基于OpenGL的水面仿真技術、基于OpenGL的衛星跟蹤仿真、基于OpenGL的空間目標觀測可視化仿真、基于OpenGL的流體交互式仿真、基于OpenGL技術的數控車床虛擬仿真系統研究、基于OpenGL的流體交互式仿真、基于OpenGL地下廠房洞室群施工仿真系統研究、基于OpenGL的醫學整形手術仿真研究、基于OpenGL的機器人三維動畫仿真實現、基于OpenGL的河道地形實時仿真方法也都有學者涉獵。OpenGL研究已深入各領域細部。

四、結語

OpenGL是一個性能卓越的圖形軟件包，它獨立于窗口系統和操作系統，以它為基礎開發的應用程序可以方便地在各個平臺間移植，特別是它在創建三維圖形的功能上非常優良，各大廠商和軟件商都以作為三維圖形標準和基礎，開發自己的產品，便于實現各種有關計算分析和圖形算法，可保證算法的正確性和可靠性以及圖形的精確性。本文對其在仿真技術的應用進行了綜述，以期促進未來OpenGL在仿真技術中的應用。