基于OpenGL的喷泉动画设计

admin管理员组

文章数量:1532276

2024年5月30日发(作者：)

基于ＯｐｅｎＧＬ的喷泉动画设计

胡运江　重庆大学计算机学院　　４０００４４

摘　　要

随着计算机图形学的发展，ＯｐｅｎＧＬ的应用已涉

及建筑、产品设计、医学等领域。本文通过

ＯｐｅｎＧＬ实现喷泉三维动画。阐述了ＯｐｅｎＧＬ的基

本特点、功能、设计技术和喷泉动画实现。

关键词

ＯｐｅｎＧＬ；　喷泉；　动画

１、ＯｐｅｎＧＬ简介

ＯｐｅｎＧＬ（Ｏｐｅｎ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ

Ｌｉｂｒａｒｙ），是一个三维的计算机图形和

模型库，同时也是该行业的一个标准。它

源于ＳＧＩ公司为其图形工作站开发的ＩＲＩＳ

ＧＬ，在跨平台移植过程中发展成为

ＯｐｅｎＧＬ。

就需要用到融合技术。

雾化功能：ＯｐｅｎＧＬ提供了＂ｆｏｇ＂的基

本操作来达到对场景进行雾化的效果。

位图和图像功能：ＯｐｅｎＧＬ提供了一

系列函数来实现位图和图像的操作。

纹理映射功能：在计算机图形学中，

把包含颜色、ａｌｐｈａ值、亮度等数据的矩

形数组称为纹理。

动画功能：　ＯｐｅｎＧＬ提供了双缓存区

技术来实现动画绘制。

清理缓冲后又继续绘制下一张图片。这时

缓冲１里的图像也绘制好了，就这样两个缓

冲交换使用。由于交换的时间很短，所以在

视觉上给我们动画的效果。

５、ＯｐｅｎＧＬ动画设计喷泉具体实现

（１）　ＯｐｅｎＧＬ动画设计喷泉的平台的选

取

该设计是运用ＶＣ＋＋和ＯｐｅｎＧＬ联合

编程实现的，其中运用ＶＣ＋＋设计窗体，

运用ＯｐｅｎＧＬ绘制喷泉和设计动画效果。

（２）　ＯｐｅｎＧＬ动画设计喷泉的功能结构

模块设计

ＯｐｅｎＧＬ喷泉动画设计的窗体：标题

栏，工具栏，状态栏，窗体（喷泉模拟）

（３）　ＯｐｅｎＧＬ动画设计喷泉的实现具体

设计

①．定义一个工程文件ＭｙＳＤＯｐｅｎＧＬ．

ｄｓｐ，这里面包括了建立喷泉动画模拟的

工程信息。

②．建立主窗体应用程序ＭａｉｎＦｒｍ．ｃｐｐ，

同时定义ＭａｉｎＦｒｍ．ｈ头文件。其中在

ＭａｉｎＦｒｍ．ｈ中定义窗体的相关信息，在

ＭａｉｎＦｒｍ．ｃｐｐ中编写执行窗体时所需要的

类。

③．建立应用程序ＭｙＦｏｕｎｔａｉｎ．ｃｐｐ，同

时定义ＭｙＦｏｕｎｔａｉｎ．ｈ头文件。在头文件

中定义的主要的是ＭｙＦｏｕｎｔａｉｎ．ｃｐｐ的头文

件。在ＭｙＦｏｕｎｔａｉｎ．ｃｐｐ中，定义了喷泉

相关行为动作。

④．建立应用程序ＭｙＦｏｕｎｔａｉｎＤｏｃ．ｃｐｐ，

同时定义ＭｙＦｏｕｎｔａｉｎＤｏｃ．ｈ头文件。头文

件定义的主要是ＭｙＦｏｕｎｔａｉｎＤｏｃ．ｃｐｐ的头

文件。在ＭｙＦｏｕｎｔａｉｎＤｏｃ．ｃｐｐ中，定义

喷泉文本相关行为动作的类。

⑤．建立主要的应用程序

ＭｙＦｏｕｎｔａｉｎＶｉｅｗ．ｃｐｐ，同时定义

ＭｙＦｏｕｎｔａｉｎＶｉｅｗ．ｈ头文件。在头文件中定

义的主要的是ＭｙＦｏｕｎｔａｉｎＤｏｃ．ｃｐｐ的包含

文件信息。在ＭｙＦｏｕｎｔａｉｎＶｉｅｗ．ｃｐｐ中完

成ＯｐｅｎＧＬ的主要的操作，包括：场景的绘

制与渲染（初始化ＯｐｅｎＧＬ和设置定时器，

删除调色板和渲染上下文，设置调色板，初

始化ＯｐｅｎＧＬ场景，）绘制喷泉，喷泉的初

始化，纹理的装入，添加，删除粒子，运动

的设计，旋转的设计等等。

⑥．添加ＭｙＴｅｘｔｕｒｅ．ｈ和ＭｙＴｅｘｔｕｒｅ．

ｃｐｐ。其中ＭｙＴｅｘｔｕｒｅ．ｃｐｐ定义相关的类。

⑦．添加ＳｔｄＡｆｘ．ｈ，　ＳｔｄＡｆｘ．ｃｐｐ。用

ＳｔｄＡｆｘ．ｈ来定义系统相关的包括文件。

ＳｔｄＡｆｘ．ｃｐｐ来运用相关的系统资源。例

如：ＭｙＦｏｕｎｔａｉｎ．ｐｃｈ和ＳｔｄＡｆｘ．ｏｂｊ。

３、ＯｐｅｎＧＬ动画设计技术基础

（１）　ＯｐｅｎＧＬ函数

ＯｐｅｎＧＬ的库函数六类：ＯｐｅｎＧＬ核

心库，ＯｐｅｎＧＬ实用库，ＯｐｅｎＧＬ辅助

库，ＯｐｅｎＧＬ工具库，Ｗｉｎｄｏｗｓ专用库，

Ｗｉｎ３２　ＡＰＩ函数库。

（２）　ＯｐｅｎＧＬ模型的绘制

每组三维物体包括两种形式：网状体

（ｗｉｒｅ）和实心体（ｓｏｌｉｄ）。

（３）　ＯｐｅｎＧＬ图形变换流程

世界坐标三维物体—几何变换—投影

—三维剪裁—视口变换—图形显示

（４）　ＯｐｅｎＧＬ效果处理

ＯｐｅｎＧＬ的三个特殊效果处理：融

合、雾化和反走样

２、ＯｐｅｎＧＬ的特点和功能

（１）　ＯｐｅｎＧＬ的特点

工业标准：

ＯＡＲＢ（ＯｐｅｎＧＬ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　Ｒｅｖｉｅｗ

Ｂｏａｒｄ）联合会领导ＯｐｅｎＧＬ技术规范的发

展，ＯｐｅｎＧＬ有广泛的支持，它是业界唯一

的真正开发的、跨平台的图形标准。

可靠度高：利用ＯｐｅｎＧＬ技术开发的

应用图形软件与硬件无关，只需硬件支持

ＯｐｅｎＧＬ　ＡＰＩ标准。

可扩展性：ＯｐｅｎＧＬ是低级的图形

ＡＰＩ，它具有充分的可扩展性。

可伸缩性：基于ＯｐｅｎＧＬ　ＡＰＩ的图形

应用程序可以运行在许多系统上，包括各

种用户电子设备、ＰＣ、工作站以及超级计

算机。

灵活性：ＯｐｅｎＧＬ功能可由硬件实现，

也可软件实现，或者以软硬件结合的方式

实现。

（２）　ＯｐｅｎＧＬ的功能

绘制物体功能：ＯｐｅｎＧＬ提供了丰富

的基本图元绘制命令，可以方便地绘制物

体。

变换变换：ＯｐｅｎＧＬ提供了一系列基

本的变换，如取景变换、模型变换、投

影变换及视口变换。

光照处理功能：绘制有真实感的三维

物体必须做光照处理。

着色功能：ＯｐｅｎＧＬ提供了两种物体

着色模：ＲＧＢＡ颜色模式和颜色索引模

式。

反走样功能：为了消除这种缺陷，

ＯｐｅｎＧＬ提供了点、线、多边形的反走样技

术。

融合功能：为使物体具有真实感觉，

４、ＯｐｅｎＧＬ动画设计喷泉原理

（１）　动画设计的原理

ＯｐｅｎＧＬ提供了双缓存来制作动画。

即在显示前台缓存内容中的一帧画面时，

后台缓存正在绘制下一帧画面，当绘制完

毕，则后台缓存内容便在屏幕上显示出来，

而前台正好相反，又在绘制下一帧画面内

容。这样循环反复，屏幕上显示的总是已经

画好的图形，所以图片都是连续的。

在ＯｐｅｎＧＬ中，设计这样的动画程序

需要掌握一个重点函数，即：ｖｏｉｄ

ａｕｘＳｗａｐＢｕｆｆｅｒｓ（ｖｏｉｄ）；

设置交换缓存。即执行完一次绘制过

程，便交换前后台缓存，以便让下一帧图

形在屏幕后绘制完成。当然，使用不同的

窗口系统设置交换缓存的函数也可能不一

样，比如在Ｘ窗口系统下，就最好用

ｇｌｘＳｗａｐＢｕｆｆｅｒＳ（）。

此外，在窗口显示模式中还应设置双

缓存模式。

（２）　ＯｐｅｎＧＬ喷泉动画设计原理

利用粒子模型绘制水滴，通过对粒子

设置方向矢量。在Ｔ１时刻，在缓冲１正

在绘制（ｘ１，ｙ１，ｚ１）的图像，在Ｔ２时刻，

在缓冲２已经绘制完（ｘ２，ｙ２，ｚ２），绘制

完后就把缓冲２的内容送到屏幕上显示，

－１１３－

信息科技

中国科技信息２００９年第１２期　　　　ＣＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ｊｕｎ．２００９

⑧．ｒｅｓ＼ＭｙＦｏｕｎｔａｉｎ．ｉｃｏ包含ｉｃｏｎ文

件。ｒｅｓ＼ＭｙＦｏｕｎｔａｉｎ．ｒｃ２是资源文件不可

以被ｖｃ＋＋编辑。ｒｅｓ＼Ｔｏｏｌｂａｒ．ｂｍｐ是工具

条上的图标。

１．喷泉的绘制

ＤｒａｗＦｏｕｎｔａｉｎ（）；

ｇｌＢｉｎｄＴｅｘｔｕｒｅ（ＧＬ＿ＴＥＸＴＵＲＥ＿２Ｄ，

ｔｅｘｔｕｒｅ［２］）；　／／　装如纹理

ｇｌＰｕｓｈＭａｔｒｉｘ（）；　／／压入当前堆栈；

ｇｌＲｏｔａｔｅｆ（ａ，　０，　－１，　０）；　／／用旋转矩阵

乘以单前矩阵，围绕原点与（ｘ，ｙ，ｚ）旋

转ａ

ｇｌＢｅｇｉｎ（ＧＬ＿ＱＵＡＤＳ）；／／绘制粒子

ｇｌＴｅｘＣｏｏｒｄ２ｆ（０，　０）；　ｇｌＶｅｒｔｅｘ３ｆ（－１００，

０，　－１００）；　／／绘制粒子纹理坐标。

ｇｌＴｅｘＣｏｏｒｄ２ｆ（１，　０）；　ｇｌＶｅｒｔｅｘ３ｆ（－１００，

０，　１００）；

ｇｌＴｅｘＣｏｏｒｄ２ｆ（１，　１）；　ｇｌＶｅｒｔｅｘ３ｆ（１００，

０，　１００）；

ｇｌＴｅｘＣｏｏｒｄ２ｆ（０，　１）；　ｇｌＶｅｒｔｅｘ３ｆ（１００，

０，　－１００）；

ｇｌＥｎｄ（）；

ｇｌＰｏｐＭａｔｒｉｘ（）；　／／弹出当前堆栈；

ｇｌＦｌｕｓｈ（）；

２．添加新的粒子

ｖｏｉｄ　ＣＭｙＦｏｕｎｔａｉｎＶｉｅｗ：：

ＡｄｄＰａｒｔｉｃｌｅｓ（）

｛ｓｔｒｕｃｔ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　＊ｔｅｍｐｐ；

ｉｎｔ　ｉ，　ｊ；

ｆｏｒ　（ｊ＝０；　ｊ＜３；　ｊ＋＋）

ｆｏｒ　（ｉ＝０；　ｉ＜２；　ｉ＋＋）

｛ｔｅｍｐｐ　＝　（ｓｔｒｕｃｔ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　＊）ｍａｌｌｏｃ

（ｓｉｚｅｏｆ（ｓｔｒｕｃｔ　ｐａｒｔｉｃｌｅ））；　／／申请空间

ｉｆ　（ｆｎ［ｊ］）　ｆｎ［ｊ］－＞ｐｒｅｖ　＝　ｔｅｍｐｐ；　／／给

变化的粒子赋值

ｔｅｍｐｐ－＞ｎｅｘｔ＝ｆｎ［ｊ］；　／／使之具有连续

性

ｆｎ［ｊ］　＝　ｔｅｍｐｐ；

ｔｅｍｐｐ－＞ｔ　＝　－９．９；　／／设置粒子的生

命周期

ｔｅｍｐｐ－＞ｖ　＝　（ｆｌｏａｔ）（ｒａｎｄ（）　％　２０００００）／

１０００００＋１；　／／粒子速度

ｔｅｍｐｐ－＞ｄ　＝　（ｆｌｏａｔ）（ｒａｎｄ（）　％　４００）／

１００－２；　／／粒子方向

ｔｅｍｐｐ－＞ｘ＝　０；

ｔｅｍｐｐ－＞ｙ＝　０；

ｔｅｍｐｐ－＞ｚ＝　０；

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

｝

｝

｝

３．粒子运动函数（在ｘ　，　ｙ　，　ｚ各

自的运动方向）

ｖｏｉｄ　ＣＭｙＦｏｕｎｔａｉｎＶｉｅｗ：：

ＭｏｖｅＰａｒｔｉｃｌｅｓ（）

｛ｓｔｒｕｃｔ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　＊ｔｅｍｐｐ；

ｉｎｔ　ｊ；

ｆｏｒ　（ｊ＝０；　ｊ＜３；　ｊ＋＋）

｛ｔｅｍｐｐ　＝　ｆｎ［ｊ］；

ｗｈｉｌｅ　（ｔｅｍｐｐ）

｛ｉｆ　（ｔｅｍｐｐ－＞ｔｙｐｅ　＝＝　０）　／／　如果粒

子处于运动状态

｛ｔｅｍｐｐ－＞ｘ　＋＝　ｔｅｍｐｐ－＞ｘｄ；　　／／

在ｘ，ｚ方向作匀速运动

ｔｅｍｐｐ－＞ｚ　＋＝　ｔｅｍｐｐ－＞ｚｄ；

ｔｅｍｐｐ－＞ｙ　＝　－（９．８＊（ｔｅｍｐｐ－＞

ｔ＊ｔｅｍｐｐ－＞ｔ／４））／２＋１２２．５；　／／　计算粒子的

高度　Ｈ　＝　ｇｔ＾２／２

ｔｅｍｐｐ－＞ｔ　＋＝　０．１；　／／　增加粒子寿命

ｉｆ　（ｔｅｍｐｐ－＞ｙ　＜　０）　ｔｅｍｐｐ－＞ｔｙｐｅ　＝　１；

／／　如果粒子位于地面

｝ｅｌｓｅ　　／／　粒子高于地面

｛ｔｅｍｐｐ－＞ｙ　＝　－（９．８＊（ｔｅｍｐｐ－＞

ｔ＊ｔｅｍｐｐ－＞ｔ／４））／２＋１２２．５；　／／　计算粒子高

度

ｔｅｍｐｐ－＞ａ　－＝　０．１；　／／　粒子淡化

｝

ｔｅｍｐｐ　＝　ｔｅｍｐｐ－＞ｎｅｘｔ；　　　／／　下一个

粒子

｝

｝

｝

上接第１１０页

模拟结果如图５所示，在该模拟过程

中共发生了两次ＤＤｏＳ攻击。第一次在１５

至２０秒之间，第二次在３５至４０秒之间。

从图中可看出：当没有部署ＤＤｏＳ防御机

制时，受害者收到数据包数目在１００００左

右；而部署本文提出的确定性包标记防御

机制，受害者收到数据包数目仅在２０００到

３０００之间。由此可知，本文提出的防御

机制能有效地抵御ＤＤｏＳ攻击和减轻ＤＤｏＳ

攻击对受害者的影响。

５、结论

由于文中所提出的算法通过重载ＩＰ包

头偏移域和服务类型来获得更多的标记空

间，解决了普通路径识别方法标记空间不

足问题，由于它在每个数据包中都存储了

源ＡＳ编号，受害者可实时追踪到攻击源

所在的ＡＳ。它不管是对ＢＧＰ路由器标记

过程还是对受害者过滤攻击包来说都是一

种极其轻量级的方法。

６、ＯｐｅｎＧＬ动画设计喷泉测试

在设计喷泉的过程中，我进行了简单

窗体的测试和喷泉动画效果的测试。

参考文献

［１］　和平鸽工作室．ＯｐｅｎＧＬ高级编程与可视

化系统开发（高级编程篇）［Ｍ］．北京：中

国水利出版社，２００２

［２］　吴斌等．ＯｐｅｎＧＬ编程权威指南第三版［Ｍ］．

北京：中国水利出版社．２００１．８

［３］　陈岩涛．ＯｐｅｎＧＬ图形程序设计指南［Ｍ］．北

京：中国水利出版社．２００１．１０

参考文献

［１］　Ａｂｒａｈａｍ　Ｙａａｒ，　Ａｄｒｉａｎ　Ｐｅｒｒｉｇ　ａｎｄ　Ｄａｗｎ

Ｓｏｎｇ．　“Ｐｉ：　Ａ　Ｐａｔｈ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｔｏ

Ｄｅｆｅｎｄ　ａｇａｉｎｓｔ　ＤＤｏＳ　Ａｔｔａｃｋｓ”，　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ

Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ａｎｄ　Ｐｒｉｖａｃｙ，　Ｐａｇｅ（ｓ）：

９３－１０７，　２００３．

［２］　Ｃｈａｎｇｈｙｕｎ　Ｂｅａｋ，　Ｊｕｎａｉｄ　Ａｈｓｅｎａｌｉ　Ｃｈａｕｄｈｒｙ，

Ｋｅｏｎｓｏｏ　Ｌｅｅ，　Ｓｅｕｎｇｋｙｕ　Ｐａｒｋ　ａｎｄ　Ｍｉｎｋｏｏ　Ｋｉｍ．

“Ａ　Ｎｏｖｅｌ　Ｐａｃｋｅｔ　Ｍａｒｋｅｔｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ＤＤｏＳ

Ａｔｔａｃｋ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”，　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ

Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　４　（１０）：　７４１－７４５，　２００７．

作者简介

张国锋，男，大学学历，现在淮南矿业集团

瓦斯利用分公司，从事计算机网络管理和计

算机工业控制系统管理工作。

－１１４－

本文标签： 绘制粒子功能动画缓存