基于OpenGL的小球碰撞动画模拟的实现

第２４卷第６期２００７年６月

计算机应用与软件

ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ

Ｖ０１．２４Ｎｏ．６

Ｊｕｎ．２００７

基于ｏｐｅｎＧＬ的小球碰撞动画模拟的实现

贺孝梅刘丹青姚新港

（中国矿业大学机电工程学院江苏徐州２２１００８）

摘要

介绍了利用图形工业标准０ｐｅｎＧＬ双缓存技术实现计算机动画的原理和方法，并结合实例“小球碰撞动画模拟”的演示

动画，详细描述了ＭＦｃ构架下０ｐｅｎＧＬ动画编程的要点。关键词

０ｐｅｎＧＬ双缓存

动画

ＭＦＣ

ＴＨＥ

ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＡＴＩＯＮｏＦＡＳＰＨＥＲＵＬＥ’ＳＣｏＬＬＩＳＩｏＮ

ＢＡＳＥＤｏＮＯＰＥＮＧＬ

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Ａｂｓｔｒａｃｔａｍｐｌｅｏｆ

ａ

ＴｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｆｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇｃｏｍｐｕｔｅｒａｎｉｍａｔｉｏｎｂｙＯｐｅｎＧＬｄｏｕｂｌｅｂｕｆｂｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ａｒｅ

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ｅｘ

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ｄｅ—

ｓｃｒｉｂｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ

０ｐｅｎＧＬ

Ｄｏｕｂｌｅｂｕｆ玷ｒ

ＡＩｌｉｍａｔｉｏｎ

ＭＦＣ

使用ＭＦＣ编写０ｐｅｎＧＬ程序是通过ｓｗａｐＢｕｆｆｅｒ（）函数实现

Ｏ

引言

缓存切换的，该函数格式为：

Ｂ００Ｌ

ＳｗａｐＢｕｆ绝ｒｓ（ＨＤＣｈｄｃ）；

开放图形库０ｐｅｎＧＬ是一个三维的计算机图形和模型库，现在已成为３Ｄ图形软件接口的工业标准…，ＯｐｅｎＧＬ只有与其他程序设计语言相结合才能发挥它的作用。微软基本类库ＭＦｃ是Ｐｃ机上ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统中广泛使用的应用程序框架，它提供可视窗口程序的界面和基本输入输出功能，弥补了０ｐｅｎＧＬ的不足。因此采用ＭＦＣ与０ｐｅｎＧＬ相结合的办法，可以充分利用ＭＦｃ提供的ｗｉｎｄｏｗｓ程序框架和０ｐｅｎＧＬ强大便捷的绘画功能，很方便地开发出功能丰富、性能优秀的动画应用程序。本文以“小球碰撞动画模拟”的演示为例，具体介绍ＭＦｃ与ＯｐｅｎＧＬ相结合制作动画的方法及其应用。１

本文以“小球碰撞动画模拟”为例简要说明ＭＦＣ构架下０ｐｅｎＧＬ动画编程的要点。当小球碰到左右两根柱子后，就会被迫改变运动方向；当小球下落到与下部由三维立体直方图组成的墙壁碰撞后，小球很快被弹起。由于能量的逐步损耗，小球弹起的高度将逐渐下降，最后会停止。这个动画过程能够很好地演示小球的非弹性碰撞。２

ＭＦＣ构架下ＯｐｅｎＧＬ动画编程的要点

２．１引入ｏｐｅｎＧＬ绘图环境

首先用ＭＦＣ创建一个名为“Ｂａｌｌｃｏｌｌｉｓｉｏｎｓ”的工程，向工程中加入相应的】ｉｂ文件，将ＭＦｃ中相应的０ｐｅｎＧＬ头文件包含进该工程项目中，在Ｐｒｏｊｅｃｔ＼ｓｅｔｔｉｎｇｓ＼Ｌｉｎｋ菜单下的Ｌｉｂｒａｒｙ中增加

ｏｐｅｎＧＬ动画工作原理

计算机动画中的驱动要素是时间，通过足够快的速度显示

一系列单个帧以生成活动的感觉。０ｐｅｎＧＬ支持双缓存技术，该技术提供了一种生成平滑动画的机制旧Ｊ。程序把帧存看成是两个视频缓存，在任意时刻只有两者中的一个内容能被显示出来。当后台视频缓存中的内容被要求显示时，０ｐｅｎＧＬ就会将它拷贝至前台视频缓存。在交换前后台视频缓存中的内容之前，应调用同步操作函数ｇＩＦｌｕｓｈ（）或毒Ｆｉｎｉｓｈ（）。

ｏｐｅｎ９１３２．１ｉｂ，ｇｌｕ３２．１ｉｂ，ｇｌａｕｘ．１ｉｂ三个库文件。

２．２

ｏｐｅｎＧＬ绘图环境的初始化

向Ｖｉｅｗ类中添加消息响应函数０ｎｃｒｅａｔｅ（），在该方法中编

写一个Ｖｉｅｗ类的成员函数ｂｓｅｔｕｐＰｉｘｅｌＦｏ珊ａｔ（ＨＤｃｈｄｃ），重新设置像素格式，创建着色上下文并使它成为当前着色上下文”ｏ。将帧缓存设置成正确的组态，之后在０ｎＩｎｉｔｉａＪｕｐｄａｔｅ方法中编制函数Ｉｎｉｔ（），用来完成对绘图的初始化，包括：设备清除背景色、光源属性、材料属性、深度测试方式和最初的场影变

喜强辟嚣

图１

０ｐｅｎＧＬ双缓存动画原理

收稿日期：２００６—１０一１２。贺孝梅，硕士生，主研领域：计算机辅助设计，计算机图形学。

第６期

贺孝梅等：基于ＯｐｅｎＧＬ的小球碰撞动画模拟的实现

１８５

换等。

２．３

其中（ｘ，ｙ）表示小球的位置，ｍ—ｎｓｐｅｅｄｘ和ｍ—ｎｓｐｅｅｄＹ分别表

建立ｏｐｅｎＧＬ视点

增加Ｗｊｎｄｏｗｓ消息ｗＭ—ｓＩｚＥ，向Ｖｉｅｗ类中加人消息响应

示小球在ｘ方向和Ｙ方向以像素为单位的速度分量，ｍ－ｂＰｌａｙ控制动画的显示。其次在构造函数中进行初始化：

ｘ＝ｌＯ，ｙ＝３２；

ｍ—ｎＳｐｅｅｄＸ＝１０，ｍ—ｎＳｐｅｅｄＹ＝１；ｍ＿ｂＰｌａｙ＝Ｔｍｅ；

函数０ｎｓｉｚｅ（），在Ｏｎｓｉｚｅ（）中添加代码，建立视点、启动透视变换及建立透视体以设置投影格式。

２．４在ｏｎＤｒａｗ（）函数中设置光源，绘制图形

ＯｐｅｎＧＬ提供了点、线、面三种几何图元的绘制功能，运用０ｐｅｎＧＬ的绘图函数库，可以绘制出所需的基本图形，再辅以适当的变换，就可以绘制出比较复杂的三维形体。在该实例动画场景中，场景物体有运动小球，左右两边的柱子，中间下部是由有立体感的三维直方图组成的墙体。这些图形可以通过Ｏｐｅｎ．ＧＬ的绘图函数库来完成。材质由环境色、扩散色、镜面高亮色等组成，分别体现该种材质对环境光、漫反射光和镜面反射光的不同反射率‘４１。给物体添加适当的材质，在不同位置和方向架设光源，合理地利用纹理贴图可产生真实的场景效果。

Ｙ方向上的速度分量根据演示过程不断地进行调整，就是这个演示程序的核心技术。小球碰撞算法的实现，主要是要响应ｗＭ—ＴＩＭＥＲ消息‘６｜，因而在ｖｉｅｗ类的ＯｎＴｉｍｅｒ（）中添加核心代码如下：

Ｘ＋＝ｍ—ｎＳｐｅｅｄＸ；

Ｉｆ（ｘ＞ｎｃｌｊｅｎｔＷｊｄｔｈ一２５）｛

ｘ＝ｎＣｌｉｅｎｔｗｉｄｔｈ一２５，ｍ—ｎｓｐｅｅｄｘ＝一ｍ—ｎＳｐｅｅｄＸ；｝

ｅｌｓｅｉｆ（ｘ＜１０）｛

ｘ＝１０，ｍ—ｎＳｐｅｅｄｘ＝一ｍ—ｎＳｐｅｅｄｘ；｝

ｙ＋＝ｍ—ｎＳｐｅｅｄＹ，ｍ—ｎＳｐｅｅｄＹ＋＋；

在ｃＢａｉｉｃｏｌ妇ｏｎｓＶｉｅｗ类中添加保护成员函数ＤｒａｗＳｅｅｎｅ

（），在此函数中编写０ｐｅｎＧＬ的绘图语句，所有的绘图工作都可以通过它来完成；然后在绘图函数０ｎＤｒａｗ（）中调用Ｄｒａｗｓｃｅｎｅ（）即可。在Ｄｒａｗｓｃｅｎｅ（）函数中绘制场景图的代码如下：

ｖｏｉｄ

ｉｆ（ｙ＞（ｎｃｌｉｅｎｔＨｅ噜ｈｔ一８０））｛ｙ＝２￥（ｎｃｌｌｅｎｔＨｅｉｇｈｔ一８０）一ｙ；ｍ—ｎＳｐｅｅｄＹ＝一ｍ—ｎＳｐｅｅｄＹ＋４｝

ｅｌｓｅ

ｉｆ（ｙ＜３２）ｙ＝３２；

用鼠标左键控制小球动画：

Ｖｏｉｄ

ＣＢａｌｌＣｏｌｌｉｓｉｏｎｓＶｉｅｗ：：０ｎＬＢｕｔｔｏｎＤｏｗｎ（ＵＮＩＴ

ｎＦｌａｇｓ，ＣＰｏｉｎｔ

ＣＢａｌｌｃｏｌｌｉｓｉｏｎｓＶｉｅｗ：：ｄｒａｗｓｃｅｎｅ（ｖｏｉｄ）｛

９１Ｃｌｅａ尤０ｌｏｒ（０．Ｏ，Ｏ．Ｏ，Ｏ，０，０．Ｏ）；

ｇｌＣｌｅａｒ（ＧＬ—ＣＯＬＯＲ—ＢＵＦＦＥＲ—ＢＩＴＧＬ—ＤＥＰＴＨ—ＢＵＦＦＥＲ—ＢＩＴ）；Ⅱｌｙｉｎｉｔ（）；

ａｕｘｓｏｌｉｄｓｐｈｅｒｅ（１．０，２０，１）；ｇｌＢｅｇｉｎ（ＧＬ—ＱＵＡＤＳ）；

出Ｖｅｒｔｅｘ３ｆ（１．０ｆ，５００．Ｏｆ，０．０ｆ）；ｇｌＶｅｒｔｅｘ３“ｌＯ．０ｆ，５００．Ｏｆ，Ｏ．０ｆ）；ｇｌＶｅｒｔｅ】ｃ３ｆ（１０．０ｆ，１．０ｆ，Ｏ．０ｆ）；

／／绘制碰撞的小球

／／Ｄｒａｗ

Ａ

ｐｏｉｎｔ）｛

ｍ－ｂＰｌａｙ＝！ｍ－ｂＰｌ８ｙ；

ｉｆ（ｍｊＰＩａｙ）

ＳｅｔＴｉｍｅｒ（１，４５，ＮｕＬＬ）；

ｅｌｓｅ

Ｑｕａｄ

／／Ｔ叩Ｌｅｆｃ

／／Ｔ０ｐ／／Ｂｏｔｔｏｍ

ＫｉｌｌＴｉｍｅｒ（１）；

ＣＶｉｅｗ：：０ｎＬＢｕｔｔｏｎＤｏｗｎ（ｎｎａｇｓ，ｐｏｉｎｃ）

／／通过鼠标左键下按操作在播放和暂停之间进行切换

ｉｎｔ

Ｒｉｇｈｔ

Ｒ培ｈｔ

Ｌｅ＆

誊Ｖ积ｅｘ３ｆ（１．Ｏｆ，１．Ｏｆ，Ｏ．０ｆ）；

ｇｌＥｎｄ（）；／／Ｄｏｎｅ

ｒｅｔｕｍＴＲＵＥ；

／／Ｂｏｔｔｏｍ

ＤｒａｗｉｎｇＴｈｅ

／／Ｋｅｅｐ

ＣＢａＵＣｏｌｌｉｓｉｏｎｓＶｉｅｗ＝ＯｎＣｒｅａｔｅ（ＬＰＣＲＥＡＴＥＳＴＲＵＣＴ１ｐＣｒｅａｔｅＳｔｍｃｔ

Ｑｕａｄ

Ｇ０ｉｎｇ

）｛

ｉｆ（ＣＶｉｅｗ：：０ｎｃｒｅａｔｅ（１ｐＣｒｅａｔｅＳｔｍｃｔ）＝＝一１）ｒｅｔｕｍ—ｌ；ＳｅｔＴｉｍｅｒ（１，４５，ＮＵＬＬ）；

ｒｅｔｕｍ

／／绘制左边的柱子

ｇｌＴｒａｎｓｌａｔｅｆ（５００．Ｏｆ，０．Ｏｆ，Ｏ．Ｏｆ）；／／ＭｏｖｅＲｉｇｈｔ５００Ｕｎｉｔｓ；可以同

／／样的方式绘制右边的柱子，只是四边形各个定点坐标不同ｇｌＦｌｕｓｈ；｝

０；｝／／初始化一个时钟，并规定它每４５毫秒搏斗一次

对于场景中下部墙壁的绘制，我们是通过三维的直方图来构建的，为了突出其立体感，我们可以用画刷进行填充。在绘制时采用绘制多边形的方式，每个直方图可以绘制三个多边形来组成。

３

实例展示

通过ＭＦｃ与ＯｐｅｎＧＬ的结合，所编动画程序经过调试后得

到了很逼真的具有三维立体感的动画效果。图２为动画过程中的某一帧。

２．５动画控制的实现

实现动画效果方面，使用定时器是比较简单和常用的方法。用ｓｅｔＴｉｍｅｒ（）函数来为应用程序分配一个系统定时器，通过该函数设置时间问隔（以ｍｓ为单位），然后在对ｗＭ—ＴＩＭＥＲ消息的响应函数中触发对图像的刷新。需要停止时，使用ＫｊｌＪＴｉｍｅｒ（）函数删除定时器。实现在视图类的０ｎｃｒｅａｔｅ（）函数中启动计时器，计时器消息控制函数对位置变量的值进行更新，并且使绘图矩形区域无效。而视图类的０ｎＤｒａｗ（）函数根据位置变量的值对图像进行绘制＂ｊ。

在实现小球的碰撞动画中关键的工作是管理好控制其位置的运动参数，这也是运动动画设计的一个至关重要的方面。首先要在ｃＢａｌｌｃｏｌＩｉｓｉｏｎｓＶｉｅｗ．ｂ文件中，添加私有成员变量：

ｉｎｔ

图２小球非弹性碰撞动画场景

４结论

本文介绍了开放图形库０ｐｅｎＧＬ通过双缓存技术实现动画

ｘ，ｙ，ｍ－ｎＳｐｅｅｄＸ，ｍ—ｎＳｐｅｅｄＹ；

Ｂ００Ｌｍ＿ｂＰｌａｙ：

１８６

计算机应用与软件

２００７年

的原理。结合“小球碰撞动画模拟”这个具体实例讲解了在ＭＦｃ框架下利用ｏｐｅｎＧＬ实现动画演示的编程要点。程序调试结果立体感强，效果逼真，充分说明了ＯｐｅｎＧＬ是三维可视化和场景系统开发的有力工具。将ＭＦｃ与０ｐｅｎＧＬ结合起来，充分利用ＭＦｃ提供的ｗｉｎｄｏｗｓ程序框架和０ｐｅｎＧＬ强大便捷的绘画功能，方便地开发出功能丰富、性能优秀的动画应用程序，具有一定的实用价值，值得我们继续深入研究。

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（上接第１５３页》

２．６

方法间内聚缺乏（ＬａｃｋｏｆＣｏｈｅｓｉｏｎｉｎ

Ｍｅｔｈ．

ｏｄｓ．ＬＣｏＭ）

ＬＣＯＭ是没有访问一个属性的方法的百分比。Ｃｈｉｄａ瑚－ｂｅｒ和Ｋｅｍｅｒｅｒ于１９９１年、１９９４年提出的度量都包含一定缺陷一Ｊ。Ｈｅｎ—ｄｒｓｏｎ—ｓｅｌｌｅｒｓ于１９９６年提出了一个克服了一些缺陷的定义¨…：

加侧＝兰号｝

（土∑ｍ（Ａ，））一ｍ

ｎ为属性数，ｍ为方法数，Ａｉ为属性，ｍ（Ａ，）为访问Ａ，的方法数。可见，要统计的信息比较方便得出，因而比较方便应用。这个定义提供了一个随内聚增加而减少的度量，给出了单位区间内的值，给出了区分直觉上内聚不同的类的值一Ｊ。

２．７封装性

ｃＫ度量组缺少对封装性的度量，因而做以下补充。封装性的度量可以通过公有成员数量、私有成员数量之比

（ｎｙ）表示。保护成员对本类来说，和私有成员相似，外部不可

访问，故可以计入私有成员的数量。基类的成员，则要按继承方式，将基类的各成员数量计入本类中。这样对间接继承，计算也比较方便。

对于方法，基本上应以公有的为主。对于属性，则应以私有为主。故两者应分开计算。方法的度量，在ＲＦｃ中已经有所反映，计算ｗＭｃ时已经保存了相应信息，此处只要作相应计算即可。属性封装性计算方法和计算ｗＭｃ时相似。

同时，友员也破坏封装性。所以，也应计入本度量。对于友员来说，本类的私有成员都是可以访问的，故相当于增加了公有成员的数量。故可以这样计算：

过ｙ＝Ｗｙ＋口宰（∥ｙ）丰Ｆ＝（∥ｙ）书（ａ木Ｆ十１）

Ｕ为公有成员数及保护成员数的和，ｙ为私有成员数，Ｆ为友员数，。为系数。这里，友员增加一个，相当于将一定数量的私有成员变为公有成员，Ｇｓ（彤ｙ）ｍ，反映了这种情况。吐ｙ

值越大，说明封装性越差。

２．８多态性

ｃＫ度量组同样没有对多态性的度量。

多态性可以分为四类：重载多态、强制多态、包含多态、参数多态¨“。重载多态包括普通函数重载、类成员函数重载、运算符重载。对于普通函数重载，这不是类级的度量，而是一个系统级的度量，应该单独拿出来，统计出同名普通函数即可。运算符重载也可以重载为类的成员函数。包含多态通过虚函数实现。类成员函数重载、虚拟函数，其特点都是函数名相同。度量时，需要在基类中及基类的基类中，查找同名函数。参数多态与类模板相关，也是系统级的度量。该度量可定义为：

Ｐ由＝！娃，／Ｍ：

帆包括类成员函数重载、虚拟函数、运算符重载为类的成

员函数的数量，丝为类的成员函数总数量。

３结论

本文提出了一种将每类加权方法数（ＷＭｃ）的计算分为３部分的方法，从而方便将从基类继承的方法计入本类ｗＭｃ。改进了继承树深度的算法，把多继承的情况也计算到了度量中，从而更全面的反映了类在继承方面的特性。对每个类的孩子数的

度量，分析了将间接继承的孩子数目计算到本度量的可行性，建

议计入其中，从而得到更真实的度量结果。

ｃＫ度量组缺少对封装性、多态性的度量，本文补充了这两个度量。本文分析了ｃＫ度量的应用方法，对改进、补充的度量也分析了应用方法。

下一步的工作，便是对这些度量进行验证，找出度量经验值，以更好的指导设计、开发。

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基于OpenGL的小球碰撞动画模拟的实现

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

贺孝梅， 刘丹青， 姚新港， He Xiaomei， Liu Danqing， Yao Xingang中国矿业大学机电工程学院,江苏,徐州,221008计算机应用与软件

COMPUTER APPLICATIONS AND SOFTWARE2007,24(6)2次

参考文献(6条)

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本文读者也读过(8条)

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2. 贺再红.杨鼎强 基于OpenGL双缓存的多媒体动画实现[期刊论文]-计算技术与自动化2001,20(1)3. 程鑫恒.Cheng Xinheng 基于OpenGL的图像动画应用研究[期刊论文]-计算机光盘软件与应用2010(15)4. 乔立.苏鸿根 对MFC下使用OpenGL实现动画的两种方法特点分析[期刊论文]-计算机应用与软件2004,21(5)5. 尚艳玲.谷保庆.SHANG Yan-ling.GU Bao-qing 使用MFC实现OpenGL应用程序的开发[期刊论文]-安阳师范学院学报2007(5)

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引证文献(2条)

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