基于MFC的OpenGL簡易繪圖系統(tǒng)

關(guān)鍵詞：MFC;OpenGL;繪圖系統(tǒng);C++面向?qū)ο?/p>

中圖法分類號：TP391 文獻標識碼：A

1概述

MFC 是微軟公司開發(fā)的一個類庫，以C++類的形式封裝了Windows 的API，并且包含一個應(yīng)用程序框架，以減少應(yīng)用程序開發(fā)人員的工作量。其中，MFC包含大量Windows 句柄封裝類和很多Windows 的內(nèi)建控件和組件的封裝類[1] 。

OpenGL 是一個開放式圖形庫，是用于渲染2D 和3D 矢量圖形的跨語言、跨平臺的應(yīng)用程序編程接口，是一個功能強大、支持底層繪制和造型能力的軟件圖形函數(shù)庫。它獨立于硬件和窗口系統(tǒng)，為程序員進行圖形學相關(guān)的程序編寫提供了極大的幫助[2] 。

繪圖軟件一般指基于計算機繪制圖形的軟件，如Windows 自帶的畫圖軟件等。它的開發(fā)語言和技術(shù)已經(jīng)十分成熟。本系統(tǒng)實現(xiàn)了基于基本類庫MFC 和OpenGL 圖形庫面向?qū)ο蟮亩S圖形繪制應(yīng)用程序，可以實現(xiàn)繪圖的功能同時也可以讓軟件開發(fā)人員對軟件開發(fā)過程有進一步了解。

2軟件開發(fā)環(huán)境

軟件主要使用C++編程語言編寫，使用了C++的基本庫類MFC 和圖形庫OpenGL 以及C++常用庫;開發(fā)軟件的操作系統(tǒng)環(huán)境為Windows 10;軟件的集成開發(fā)環(huán)境為Viusal Studio 2017;軟件開發(fā)的硬件環(huán)境為16GB 內(nèi)存，intel Core i5?9400F CPU（2.9GHz）;軟件支持跨平臺使用，可以在不同操作系統(tǒng)中實現(xiàn)功能，同時可以進行本地保存[3] 。

3系統(tǒng)框架設(shè)計

本系統(tǒng)采用了C++編程語言以及面向?qū)ο蟮木幊田L格，其基本思想是將現(xiàn)實世界的事物抽象成對象，現(xiàn)實世界中的關(guān)系抽象成類、繼承，幫助人們實現(xiàn)對現(xiàn)實世界的抽象與數(shù)字建模。通過面向?qū)ο蟮姆椒ǎ谟萌死斫獾姆绞綄?fù)雜系統(tǒng)進行分析、設(shè)計與編程。同時，面向?qū)ο竽苡行岣呔幊痰男剩ㄟ^封裝技術(shù)，可以更高效地開發(fā)出一個全新的系統(tǒng)[4] 。本系統(tǒng)主要包含以下文件。

Drawing_system.h：應(yīng)用程序的主頭文件。其中，包括其他項目特定的標頭（包括Resource.h），并聲明Drawing_system 應(yīng)用程序類。

Drawing_system.cpp：包含應(yīng)用程序類CDrawing_system 的主應(yīng)用程序源文件。

MainFrm.h，MainFrm.cpp： 包含框架類CMainFrame，該類派生自CMDIFrameWnd 并控制所有MDI框架功能。

ChildFrm. h，ChildFrm. cpp： 定義并實現(xiàn)CChildFrame 類，該類支持MDI 應(yīng)用程序中的子窗口。

Drawing_systemDoc.h、Drawing_systemDoc.cpp：包含CGraphics_WorkDoc 類。編輯這些文件以添加特殊文檔數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)文件保存和加載（通過CGraphics_WorkDoc：：Serialize）。

Drawing_SystemView.h、Drawing_systemView.cpp：包含CGraphics_WorkView 類。CGraphics_WorkView對象用于查看CGraphics_WorkDoc 對象。

LogDialog 類：實現(xiàn)了對話框的各種主要參數(shù)的設(shè)置，同時加入了消息處理機制，與其他模塊相互連接。

通過在以上文件中進行基礎(chǔ)類、全局變量、臨時對象的申明，再結(jié)合OpenGL 庫的函數(shù)調(diào)用，通過計算機圖形學的思想實現(xiàn)圖片的繪制：先由基礎(chǔ)的點、線、多邊形，加上色彩的渲染，將這些基本圖元最終組合成一個完整的圖形。同時，提供撤銷、恢復(fù)、清空等功能，讓用戶擁有更好的使用體驗，讓程序更加健壯。此外，在圖形繪制完成后，可以將繪制的圖形存儲成規(guī)定的模式，關(guān)閉軟件后在下一次打開時再進行進一步編輯[5～8] 。

4軟件的功能設(shè)計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)的功能主要分為以下幾個模塊，即簡單圖元繪制、自由曲線繪制、橡皮擦、顏色選擇、清空、撤銷與恢復(fù)。

（1）簡單圖元繪制

在簡單圖元繪制模塊中運用OpenGL 庫相關(guān)的函數(shù)以及消息處理機制，實現(xiàn)一部分內(nèi)置基本圖元的繪制，如直線、三角形、矩形、圓形等。如圖1 所示，這些圖原是系統(tǒng)內(nèi)部自帶的圖形。每一種圖元可以使用一個容器進行保存。OpenGL 繪制簡單圖形結(jié)構(gòu)如下。

glBegin（GL_LINES）;∥繪制直線

glVertex3f（0.0， 0.0， 0.0）;

glVertex3f（1.0， 1.0， 0.0）;

glEnd（）;

glBegin（GL_POLYGON）;

glVertex3f（20.0， 10.0， 0.0）;∥繪制多邊形

glVertex3f（60.0， 30.0， 0.0）;

glVertex3f（70.0， 45.0， 0.0）;

glVertex3f（40.0， 75.0， 0.0）;

glVertex3f（10.0， 60.0， 0.0）;

glEnd（）;

（2）自由曲線繪制

在自由曲線繪制模塊中使用C++標準庫中提供的vector 容器，將繪制的曲線分段用vector 保存，通過記錄鼠標當前在窗口上的位置返回坐標信息，最后通過OpenGL 庫中曲線繪制的函數(shù)繪制出一條自由曲線。曲線實際上就是無數(shù)點的連接，設(shè)置一個很小的計時器返回實時鼠標位置坐標，在這些坐標上畫點，就可以實現(xiàn)自由曲線的繪制。

glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_

BUFFER_BIT）;

∥ 繪制場景

glMatrixMode（GL_MODELVIEW）;

glPushMatrix（）;

DrawPicture（）;

glPopMatrix（）;

∥ 交換緩沖區(qū)

SwapBuffers（wglGetCurrentDC（））;

int R=255， G=255， B=255;

vector FreeLine;

void Display（） {

glColor3d（R ? 1.0 / 255， G ? 1.0 / 255， B ?

1.0 / 255）;

glLineWidth（1）;

glBegin（GL_LINE_STRIP）;

for （int i=0; i < （int）FreeLine.size（）; i++） {

glVertex2d（FreeLine[i].x， FreeLine[i].y）;}

glEnd（）;

glFlush（）;

（3）橡皮擦

橡皮擦模塊可以用于刪除之前已經(jīng)繪制的圖形元素。橡皮擦的實現(xiàn)其實是自由曲線繪制的反向操作，由于之前繪制的圖形都已經(jīng)分別保存在各自的容器中，通過選取橡皮擦工具，在要擦除的地方移動鼠標，計算當前鼠標移動的曲線與之前已經(jīng)存在的圖形是否存在交集，如果存在交集，就在對應(yīng)的圖形容器中刪去該元素即可。其基本代碼如下。

vector EraserLine;

void Display（） {

glLineWidth（6）;

glBegin（GL_LINE_STRIP）;

glColor3d（0， 0， 0）;

for （int i=0; i < （int）EraserLine.size（）; i++） {

glVertex2d（EraserLine[i].x， EraserLine[i].y）;}

glEnd（）;

glFlush（）;

if （Case） {

return;}

mark_eraser.push_back（0）;

mark_id[Stack_top] = （int） mark_eraser.size（ ）- 1;

Case=0; Draw_Operator[Stack_top++] =6;

InvalidateRect（NULL， FALSE）;

（4）顏色選擇

顏色選擇模塊為用戶提供了一些系統(tǒng)自帶的常見顏色種類，如黑、白、紅、黃、藍、綠等。同時，也提供了用戶自由配置顏色的選項，即用戶可以自由選擇R，G，B 顏色分量的值，預(yù)覽生成的顏色效果來選擇自己喜歡的顏色進行繪制。其基本代碼如下。

MessageBox（_T（" 請選擇直線與點的顏色"），

_T（"提示"））;

COLORREF color=RGB（255， 0， 0）;

CColorDialog colorDlg（color）;

if （IDOK= =colorDlg.DoModal（）） {∥ 獲取顏色

對話框中選擇的顏色值

color=colorDlg.GetColor（）;∥ 獲取R、G、B 分量

m_color.R=GetRValue（color）;

m_color.G=GetGValue（color）;

m_color.B=GetBValue（color）;

（5）清空

清空模塊為用戶提供了直接清空畫板的功能，以實現(xiàn)初始化的功能。其實清空操作十分方便，由于之前所有畫過的圖形都被保存在了各自的容器中，所以要清空畫板，將各個容器中的元素全部清空即可，可以使用vector 的clear 函數(shù)來實現(xiàn)。由于清空功能有一定的危險性，所以還需要考慮將其撤銷。

（6）撤銷與恢復(fù)

撤銷是用于取消上一步的操作，我們可以通過將每一步操作都放在一個棧中，當使用撤銷功能時，彈出棧頂操作，并將其反向執(zhí)行來實現(xiàn)撤銷的功能。而恢復(fù)就是在撤銷的基礎(chǔ)上再取消，我們同樣可以使用一個棧來保存已經(jīng)撤銷的步驟，當執(zhí)行操作時，彈出棧頂再次執(zhí)行即可。有了撤銷和恢復(fù)功能，我們就可以避免一些誤操作帶來的不良后果，讓軟件更加健壯。

5結(jié)論

基于MFC 和OpenGL，運用了面向?qū)ο缶幊趟枷腴_發(fā)的簡易繪圖系統(tǒng)，為用戶提供了簡單易操作的繪圖工具。運用計算機進行圖像的繪制，減小了時間以及空間的影響，使圖形更加精確，更加有利于對圖形數(shù)據(jù)的可視化分析。采用基于MFC 與OpenGL 以及現(xiàn)代化的軟件開發(fā)框架，降低了軟件對硬件和平臺的要求，能節(jié)省計算量和內(nèi)存，對比傳統(tǒng)的繪圖系統(tǒng)，本系統(tǒng)具有程序體積小、運行速度快、對硬件要求低、具有較好的適應(yīng)性等優(yōu)點。同時，軟件的整體設(shè)計過程也能對軟件開發(fā)初學者提供一些幫助。

作者簡介：

尤王杰（2000—），本科，研究方向：計算機圖形學。