基于OpenGL的三维电场线模拟
基于OpenGL的三维立体校园地图系统关键技术的研究与实现
分类号TP 学校代码10590 U D C密 级公开深圳大学硕士学位论文基于OpenGL的三维立体校园地图系统关键技术的研究与实现刘志荣学科门类工学专业名称计算机应用技术学院（系、所）信息工程学院指导教师黄培之教授基于OpenGL的三维立体校园地图系统关键技术的研究与实现摘 要目前传统的印刷地图和平面电子地图主要表现出二维的地理空间信息，而用户则越来越多地需要三维地图可视化来观察、分析和处理各种相关的三维问题，二维平面地图无法体现三维空间信息，具有很大的局限性。
近年来，随着计算机图形、图像学理论及计算机软、硬件技术的迅速发展，使得二维地图信息无法满足当今实际需要的问题得到解决成为可能，这就是计算机三维立体地图需要研究的目的所在。
计算机三维立体图像显示技术，是虚拟现实（VR）的一个重要分支，并且应用到建筑、旅游、游戏、航空航天、医学等众多方面，自从上个世纪八十年代以来就备受人们的关注，而且取得了相当好的成果。
计算机三维立体地图的研究包括许多的学科知识，包括地理信息、计算机图形学、计算机数字图像学、虚拟现实、计算机数据库、计算机编程等相关的学科。
本文首先对OpenGL的三维图形显示技术几个关键技术进行了研究，包括OpenGL图形的绘制、OpenGL的颜色与纹理映射和OpenGL的三维变换等技术。
然后研究了采用3ds Max建模工具对建筑物进行建模，并用OpenGL技术进行三维重建，同时还对三维立体校园地图的其它构成要素进行了研究，包括地图地形的建立、真实感天空的绘制、平面树木在三维空间中的动态显示以及粒子系统在三维景观喷泉中的应用等。
从研究得知三维立体地图并不是二维平面地图的简单扩展，还要从三维模型数据、空间关系、显示技术和对它的操作等方面进行系统的研究。
在基于三维立体技术研究的同时，本文还以深圳大学校园为例，对三维立体地图的地形数据的获取、建立和显示，建筑物模型的建模、转换及可视化，自然界景观的模拟等相关技术进行了研究和系统实现，该系统是基于OpenGL的图形显示技术，并借助3ds Max软件工具进行建模，采用面向对象编程技术在Microsoft Visual C++ 6.0下实现。
基于OpenGL的三维建模实现方法
9:K%$! 中 ， 依 次 调 用 ’(D<*PP7*’85QN(R’N5 、 ’(D<*PP7*’85SN5T ,ND+、 ’(D<*PP)*+,*- 、 ’(D<*PP456SN5,ND+ 和 ’(D<*PP456QN(R’N5 函
数 。 其 中 ’(D<*PP7*’85QN(R’N5 和 ’(D456QN(R’N5 函 数 即 是 表 示 开始和结束绘制， ’(D<*PP)*+,*- 则是具体绘制的顶点。 对于复杂的物体， 二次曲面和多边形镶嵌工具的方法往往 可以综合使用。比如在绘制飞机模型时， 飞机上的各个部位都 可以用二次曲面或者多边形来表示。具体的表示形状如下所 示：
9:KFDG6+8HBEL MNEL
（） ； BELO 9(D@*IJDG6+8H
这个创建的二次曲面的状态变量并不包含所要绘制的几 何形状。 相反， 它所描述的是如何绘制出这个几何形状， 可以通 过改变二次曲面的状态来定制几何形状的绘制过程。
图! 用二次曲面和复杂多边形绘制的飞机
BC*59: 中的复杂多边形是指凹多边形和内部有孔的多边
)*+,-. 中并未提供建模的高级命令，故直接用 )*+,-. 建模
工作量较大， 所建模型常是经过简化的， 难以再现模型的细节。 针对这些特点，提出了使用专业的建模软件建模，再转化为 为便于比较， 文中的建模 )*+,-. 程序来进行控制的建模方法。 均以飞机为例。
F F 一个三角形
（"$"E ， ； 67B+/C+D’E "$"E ， GHI$"E ） （"$"E ， ； 67B+/C+D’E %H$"E ， ’"$"E ） （%H$"E ， ； 67B+/C+D’E "$"E ， ’"$"E ）
基于OpenGL的三维模型显示技术研究
基于OpenGL的三维模型显示技术研究随着计算机技术的快速发展，三维模型技术也得到了广泛的应用。
三维模型技术可以用于游戏、设计、虚拟现实等领域。
为了能够高效、准确地显示三维模型，有必要研究基于OpenGL的三维模型显示技术。
一、OpenGL介绍OpenGL是一种跨平台、开放源代码的图形库，可用于创建2D和3D图形。
OpenGL由Khronos Group开发和维护。
它支持多种编程语言，如C、C++、Java 等。
由于其良好的跨平台性，OpenGL被广泛应用于游戏、虚拟现实、工业设计等领域。
二、OpenGL的三维模型显示原理OpenGL的三维模型显示通过投影、纹理、光照等技术实现。
在显示三维模型时，必须确定视点、投影方式和视口。
投影方式一般有两种：透视投影和正投影。
透视投影是根据物体离观察者的距离来确定其大小，离得越近，大小越大；正投影是根据物体在水平和竖直方向上的大小比例来确定其大小，不随离观察者的远近而改变大小。
纹理技术可以将图片或其他形式的数据映射到物体的表面上，可以使用多种纹理滤波方式，如最近邻法、线性滤波法等。
光照技术可以让物体看上去更加真实。
光照有多种类型，如环境光、漫反射光和镜面光等。
三、OpenGL的三维模型显示实现方式OpenGL的三维模型显示可以用传统的固定管线方式实现，也可以使用最新的可编程管线方式实现。
固定管线方式使用固定的模块处理图形数据，这些模块一般包括投影、光照、显示器等。
这种方式具有较高的性能和稳定性。
可编程管线方式则使用可编程的着色器编写代码处理图形数据。
这种方式具有更高的灵活性和可扩展性，能够实现更复杂的渲染效果。
同时，可编程管线方式也可以在不同平台上实现相同的渲染效果。
四、OpenGL的三维模型显示应用举例OpenGL的三维模型显示在游戏、设计、虚拟现实等领域得到了广泛应用。
在游戏领域中，OpenGL被用于实现游戏物体的渲染、光照和投影等。
例如，开发一款射击游戏时，可以使用OpenGL实现子弹弹道的计算和显示，以及敌人位置的渲染和光照等。
基于OpenGL的三维图形显示在精细油藏描述中的应用
基于OpenGL的三维图形显示在精细油藏描述中的应用马媛;王英;王晓波【期刊名称】《电脑知识与技术》【年(卷),期】2014(000)036【摘要】现实中，所有的物体都是三维的。
但是在计算机中，所有的三维物体必须以二维平面图像的形式表现出来。
将物体的三维坐标转换到计算机的像素位置，需要经过几何变换、投影变换、裁剪变换、视口变换等操作，才能正确显示出储层的三维图像。
%In reality, all objects are three-dimensional. But in the computer, 3D object all must in the form of two-dimensional image performance. The three-dimensional coordinate conversion to the pixel location of the computer, need to operate through the geometric transformation and projection transformation, clipping transform and viewport transformation, in order to correctly display of 3D image of reservoir.【总页数】2页(P8764-8765)【作者】马媛;王英;王晓波【作者单位】西安海棠职业学院，陕西西安710038;内蒙古乌海市财政投资评审中心，内蒙古乌海016000;新疆维吾尔自治区送变电工程公司，新疆乌鲁木齐830011【正文语种】中文【中图分类】TP37【相关文献】1.基于OpenGL的地层模型三维可视化图形显示方法 [J], 李芳玉;陈传波;钟宝荣2.基于OpenGL的轴承仿真三维图形动态显示系统 [J], 郝建军;王恒迪;邓四二;唐六丁;马付建;陈韬;郑传统3.基于OpenGL的三维图形应用程序中的一种空间曲线绘制方法 [J], 田鑫;张方4.用OpenGL实现交互式的三维图形显示 [J], 龚安;宫法明5.OpenGL中三维图形的显示过程 [J], 徐凤雪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于OpenGL的船舶电力系统三维可视化监控平台开发
基 于 Ｏ ｅＧ ｐｎ Ｌ的船舶 电力系统三维可视 化监控 平 台开发
樊延 锋 ，赵 曦 ，赵 群 飞
摘
一
要 ：船舶 电力 系 统 的监 控 对 船 舶 的安 全 运 行 至 关 重 要 。为 了更直 观 更 真 实 的展 示 船舶 电力 系统 的 运行 状 态 ，设 计 开发 了
种 基 于 Ｏ ｅ Ｇ 的 三 维 可视 化 监 控 平 台。通 过 调 用 Ｏｐｎ ＬＡ Ｉ 造 三 维 空 间环 境 ； 据 船 舶 电力 系 统各 种 设 备 及 其 保 护 ｐｎ Ｌ ｅＧ Ｐ 构 根
荷四部分组成¨。船舶电源 主要 为发 电机组 ，蓄 电池只能作 ４ Ｊ
应 急电源 。配 电装置是接受和分配 电能，对 电源 、电力 网和
负 载进 行 保 护 、测 量 和 监 控 的装 置 ，包括 各种 开关 电器 、测 量 仪 器 、母 线 、继 电保 护 、 自动 装 置 及 各 种 辅 助 设备 。根 据 供 电范 围 和 对 象 不 同 ，可 以分 为 主 配 电 板 （ 级 ） 一 ，各 种 动 力 及 照 明 配 电板 （ 级 ） 二 、应 急 配 电板 和 充 放 电板 等 。船 舶
监 控 ， 船 舶 电力 系 统 运 行 过 程监 测 与 性 能评 估 提 供 有 效 的 为 决策支持。
图 １ 船 舶 电 力 系 统 单线 原 理 图
１船舶 电力系统三维 可视化监控平 台的设计
船 舶 电 力 系 统主 要 由 电源 、 电装 置 、电力 网和 电力 负 配
设 计 三 维 可 视 化 监 控 平 台 ， 先 需 要 构 造 一 个 三 维 空 间 首 环 境 ， 后 构 造 出船 舶 电力 系 统 各 种 设备 的 三 维 模 型 ，同 时 然
基于OpenGL的物体反射效果模拟
基于OpenGL的物体反射效果模拟
姜玲燕
【期刊名称】《南京师范大学学报（工程技术版）》
【年(卷),期】2013(013)001
【摘要】物体反射效果的模拟可以大大增强虚拟世界的真实感,目前已广泛应用于计算机仿真系统、三维动画以及计算机游戏中.现有的一部分模拟物体反射效果算法中存在实时性较差、真实感较低、算法较复杂等弊端.本文基于OpenGL的模板技术和裁剪平面技术等,模拟了静态和动态模型的反射效果.实验证明该方法具有实时性好、真实感较高且算法较易实现等特点.
【总页数】5页(P45-49)
【作者】姜玲燕
【作者单位】南京师范大学教育科学学院,江苏南京210097
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.基于OpenGL的三维物体纹理贴图研究 [J], 初苗;田少辉
2.基于OpenGL的三维物体纹理贴图研究 [J], 初苗;田少辉
3.基于MFC和OpenGL喷泉效果模拟 [J], 徐超;张红军
4.基于OpenGL的虚拟物体仿真的方法及其实现 [J], 韦灵丽
5.织物模拟技术分析及基于OpenGL的三维效果实现 [J], 朱华健;张森林
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基于OpenGL和FDTD的电磁建模三维可视化实现
基于OpenGL和FDTD的电磁建模三维可视化实现
王坚良;陈跃飞;李响;杨明武
【期刊名称】《电子科技》
【年(卷),期】2007(000)012
【摘要】开放的图形程序接口(OpenGL)是一个国际组织提供的规范,可以跨平台使用,是一个功能强大,调用方便的底层3D图形库;时域有限差分(FDTD)算法是解决电磁场问题的简单而又有效的数值方法.把两者结合并利用计算机可视化技术,对目标系统进行电磁建模研究,实现了电磁建模模块的三维可视化设计.该建模模块可用于进行目标物体的三维可视化建模和电磁学参数描述及仿真数据预处理.微带耦合器的建模实例表明该电磁建模模块数据处理具有高效性、可靠性和良好的三维可视化效果.
【总页数】4页(P4-7)
【作者】王坚良;陈跃飞;李响;杨明武
【作者单位】合肥工业大学,理学院,安徽,合肥,230009;合肥工业大学,理学院,安徽,合肥,230009;大唐移动通信设备有限公司,中试部,北京,100083;合肥工业大学,理学院,安徽,合肥,230009
【正文语种】中文
【中图分类】TM15
【相关文献】
1.基于OpenGL的铁路轨枕模型的三维可视化研究与实现 [J], 杨艳华;杨维芳;张志华
2.基于OPENGL的井眼轨迹三维可视化系统的实现 [J], 王志军;杨涛;徐森;李娟;许捐奇;刘青;刘海越;朱德胜
3.用CAD技术实现复杂目标FDTD方法几何-电磁建模 [J], 李明之;刘友健;王长清;徐承和
4.FDTD模拟软件电磁建模模块的研究和实现 [J], 陈跃飞;李南;李响;杨明武
5.基于OpenGL的城市地下管网三维可视化实现 [J], 郑海鹏; 吕东芳
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基于OpenGL的三维建模技术【精选】
GLUT和Open Inventor对比
GLUT
Open Inventor
汇报完毕，请批评指正
透视投影
取景体是一个 截头锥体，在这 个体积内的物体 这个锥体的顶点 也就是视点的位 置。
void gluPerspective(fovy,aspect,zNear,zFar)
正交投影
取景体是一 个各面均为矩 形的六面体
void glOrtho(left,right,bottom,top,near,far)
glEnd();
2 利用MFC实现
MFC是一种应用程 序框架。我们可以利 用它非常快速的开发 Windows程序。简单的 说，MFC是Win API与 C++的结合。它具有 完善的消息处理机制。
3 高级图形库
OpenGL提供的功能是比较基本和底层,直接利用 OpenGL来构建复杂的3D图像是很困难的。在 OpenGL的基础上还有Open Inventor、Cosmo3D、 Optimizer等多种高级图形库，来适应不同应用。 Open Inventor 广泛地应用于机械工程设计与仿真、 医学和科学图像、地理科学、石油钻探、虚拟现实 、科学数据可视化等领域。
return 0;
}
glBegin(GL_TRIANGLES); glColor3f(1.0,1.0,1.0); glVertex3f(-1,-1,0.0); glColor3f(0.0,1.0,0.0); glVertex3f(1,0.0,0.0); glColor3f(0.0,0.0,1.0); glVertex3f(0.0,1,0.0);
需要特别指出的是，实际的变换顺序与 指定的顺序是相反的。
程序代码顺序： 旋转变换 平移变换 绘制模型
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［ ］ 梁灿 彬 ， ３ 秦光 戎 ， 梁竹兼． 电磁 学［ ２版． 京 ： Ｍ］ 北 高
假 设 已经找 到 电场线 上 的一 点 （ ） ｚ， 。
通 过 电场 方 程 就 可 以得 到 该 点 的 切 线 向 量
，
１３ 电场 线终止 情 况判 定 ． 电场 线 终止情 况 有三 种 ， 是终 止于 无穷远 ， 一 二是终 止于 另一 个 电荷 ， 三是 终 止 于一 个 电场 强
点 电荷在周 围空 间产生 的 电场 由库仑 定 律和 叠 加原 理决 定ｔ 。根 据 电磁理 论有
起 点必 须平 均 分布在 以 电荷为 中心 的一个 半
径 极小 的球 面 上 。但 事 实 上 ， 是 任意 一 个 数 目 不
誊一
旦产
（） １
的点 ， 可 以在 球 面 上 均 匀 分 布 的 。仅 有 所 熟 知 都 的五个 正多 面体 的顶 点才 是严 格意义 上 的均匀 分
置 ， 么 只是局 限 在二 维 。为 了克服 以上 的不 足 ， 要
这种 方 法 叫 做 数 值 微 分算 法 。 精 度 取 决 于 ， 其 越小 ， 与实 际 电场线 越近 似 ， 同一 根 电场线需 要 但 计算 的点 越 多 。 外 步 进 有 两 种 算 法 ， 种 是 将 另 一
第２ ４卷
第 ５期
大
学
物
理
实
验
Ｖ０ｌ ４ Ｎｏ． Ｉ２ ５
０ｃ ． Ｏ１ ｔ２ １
２１年 １ ０１ Ｏ月
ＰＨ ＹＳ ＣＡＬ Ｅ Ｉ ＸＰＥＲＩ ＥＮＴ Ｍ ０Ｆ Ｃ０ＬＩ ＥＧＥ
文章 编 号 ：０ ７２ ３ （ ０ １ ０ —０ ９０ １ ０ —９４ ２ １ ）５０ ７－ ３
１２ 寻 找 电场 线起 点 ．
我 们 在 Ｖｉ ａ Ｃ＋ ＋ 环 境 下 ， 过 调 用 Ｏｐ ｎ ｓ ｌ ｕ 通 ｅ ＧＬ 设 计 了一 种可 以任 意改 变参 数并 可 随意 转动 观察 视 角 的三 维 电场 线模 拟 软件 。
１ 模 拟 方法 与 算 法
１ １ 电 场 线 ．
于 等势 面在 三维 条 件 下 不好 表 示 ， 此 没有 设 计 因 此功 能 。 参 考文献 ：
Ｉ ］ 姚 晓 玲 ， 萍 ， 力 ． 电 荷 对 的 电 力 线 和 等 势 面 的 － １ 赵 刘 点 计算机模拟［］后勤工程学院院报 ，０ ５ １ ：２７． Ｊ． ２０ （ ）７—４ ［ ］ 钱懿华 ， 慎行． 计算 机 模拟 点 电荷在 二 维平 面 ２ 董 用 上 的静 电场 ［］ 大学 物理 ，０ ３ ２ （ ） ： １３ ． Ｊ． ２ ０ ，２ １ ：３－ ９
万与 Ｅ（ ） 向相 同。 方
收 稿 日期 ： ０ 卜０ － １ ２ １ ４０
基 于 Ｏｐｎ Ｌ 的三 维 电 场线 模 拟 ｅＧ
８ １
磁学 理论 通 过解 方 程 得 出 ， 拟 结 果 与理 论 结 果 模 相符 合 ， 具有 较 强 的 科 学性 。该 软 件 突破 了二 维 限制 ， 够展 现 较 为 复 杂 的三 维 电场 线 。但 是 由 能
关
键
词： 电场线 ； 计算 机模 拟 Ｏｐｎ ｅ ＧＬ
文献标志码 ： Ａ
中 图 分 类 号 ： １ ． Ｏ４ １３
十
电场线 是 电磁 学 中的 一个 重要 的物 理 概 念 ，
将 沿 切 线 方 向移 动一 个 微 小 的距 离 得 到 另一 个点
＝
由于它 既看不 见 又摸不 着 ， 理解 起来 不 太容 易 ， 因 此将 其形 象地 展 示 出来 对 电场 线 的学 习具有 重要 的作 用 。 目前 ， 电场线 的绘 制有 多种 方 法 ， 手工 如 描绘 法 、 实验 模 拟 法 以及 计算 机模 拟 法等 。其 中
布 。文 章采 用 Ｅ ・Ｂ ・Ｓ ｛ 和 Ａ ・Ｂ ・Ｊ・Ｋｕ － ａｆ ｉ ｊ ｌ ｒ（ ９ ７ ［ 对 此 提 出了一 种 算 法 ， 够 产 生 较 ａ ｓ １ ９ ）５ ａ 能
７ ０ ，３ 匿
解方程可得点电荷 ｑ 在真空 中一点 形成的 电场为 ：
（：ｒ∑南ｌ一 （ 均 匀 的分 布 。 芦＝ｃ ｌ 。 ２ ） 去 。 ＝ｅ ４ ｏ ）
Ｅ（ ）单 位 向 量 化 ，另 一 种 是 直 接 让 等 于 Ｅ（ ） 前 者 每 次步 进 相 同 ， 者 步进 与 电场 强 度 。 后 呈 正 比 。 于 经 验 ， 般 电场 强 度 强 的地 方 ， 变 鉴 一 改
小， 电场 强 Biblioteka 弱 的地 方 ， 易受影 响 改变 较 大 ， 此 因 选 择后 者 。 择后 者 的另 一个好 处就 是计算 量小 ， 选 因为单 位 向量化 计算 量稍 多 。
基 于 Ｏｐ ｎ Ｌ的三 维 电场 线 模 拟 ｅＧ
江 略 ， 益 民 丁
４０ ６ ） ３０ ２ （ 湖北 大 学 ， 北 武汉 湖
摘
要 ： Ｖｉ ａ Ｃ 在 ｓ ｌ ＋＋环境下 ， 计了一种基于 Ｏ ｅ Ｇ ｕ 设 ｐ ｎ Ｌ的三维 电场线 模拟软件。该软件采用微
分 方 程 法 来 生 成 电场 线 ， 以 准 确 地 模 拟 不 同观 察 视 角 下 ， 止 点 电 荷 的 三 维 电场 线 。用 户 可 以拖 动 鼠 可 静 标 随 意 转 动 观 察 视 角 ， 可 随 意 设 置 电荷 个 数 、 布 以 及 大 小 。 并 分
＋
。
（） ３
上 式 中 叫做 步进 。 果 是一 个 很小 的值 ， 如 那么该 点 就可 以近 似 作 为 电场线 上 下 一 个点 。 重
复上述 步 骤 ， 可 以得 到这个 电场线 上所 有 的点 。 就
计算 机模拟法具有描绘 准确、 作 方便等优点。 操 目前 已经 有 各 种各 样 的模 拟 软件 ［ ］ １ 。但 是 这 些 软件 要 么是预 先 算 好 的 ， 能 由用 户设 定 摆 放 位 不