OpenGL在計(jì)算目標(biāo)電磁散射特性中的應(yīng)用

王靜 席澤敏 周超

（海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院，武漢 430033）

1 引言

OpenGL即開放型圖形庫（open graphic library），是一個(gè)優(yōu)秀的三維圖形硬件的軟件接口，同時(shí)也是一個(gè)跨平臺(tái)、開放性的三維圖形和模型庫。在分析復(fù)雜目標(biāo)的電磁散射特性時(shí)，首先建立目標(biāo)的幾何模型。如果利用OpenGL會(huì)比較復(fù)雜，因?yàn)樗鼪]有建立三維幾何模型的高級(jí)命令，要通過建立基本的幾何圖元（如點(diǎn)、線、面等）來實(shí)現(xiàn)。相對(duì)而言運(yùn)用3DS MAX軟件建模要節(jié)約不少時(shí)間。

在電磁環(huán)境中，入射角相對(duì)于目標(biāo)體的入射角度不同會(huì)引起目標(biāo)不同的散射特性，因此準(zhǔn)確判斷入射方向上目標(biāo)的可見部分是散射計(jì)算的前提，即目標(biāo)的遮擋面判別。OpenGL作為一種用于實(shí)時(shí)3D圖形的應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface,API）,提供了 155 個(gè)圖形函數(shù)，可以利用這些函數(shù)來實(shí)時(shí)構(gòu)造目標(biāo)模型。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中介紹了復(fù)雜物體的面消隱方法主要有區(qū)域排序法、深度緩存法、掃描線算法[1]。本文利用 OpenGL的圖形功能和 VC++的編程功能，實(shí)現(xiàn)讀取3DS模型文件并設(shè)置光照入射點(diǎn)，利用深度緩存法(z-buffer algorithm)繪制不同入射角度時(shí)的目標(biāo)模型可見部分。該算法通過借助額外的存儲(chǔ)空間來保存繪制過程中繪制器已經(jīng)繪制的多邊形的深度信息。所以在使用時(shí)啟用深度緩存以后還必須清空深度緩存。

2 3DS模型文件的讀取和場(chǎng)景繪制

表1 幾個(gè)主要塊的ID與包含信息

3DS模型文件的基本構(gòu)成單位是塊，塊包括塊頭和主體內(nèi)容，塊頭又包括塊的 ID和塊的長度，主體內(nèi)容是塊的數(shù)據(jù)信息。每一個(gè)3DS文件的開頭都是由一個(gè)ID為0x4D4D的基本塊構(gòu)成，此外還有兩種主塊：ID為3D3D的3D編輯程序塊和ID為B000的關(guān)鍵幀塊。表1所示為幾個(gè)主要塊的 ID與包含信息。下面列出幾個(gè)主要塊的ID與包含信息。

下面進(jìn)行文件內(nèi)容的讀入[3]：

①首先定義讀取模型中需要設(shè)置的一系列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

④場(chǎng)景初始化：創(chuàng)建窗體，初始化 OpenGL環(huán)境，設(shè)置OpenGL繪圖窗口大小，投影模式，定義視圖體，設(shè)置光源，定義視點(diǎn)位置、視角和視線方向。

在OpenGL中設(shè)置光源函數(shù)為glLight*()[1,2],用時(shí)需啟用光照計(jì)算，例如對(duì)于單個(gè)光源可以輸入代碼：

glEnable(GL_LIGHTING);

該函數(shù)涉及的參數(shù)包括視口位置（eye）、被視察點(diǎn)（at）、所期望的up方向。

⑤繪制場(chǎng)景：調(diào)用類CTriList中的drawGL()繪制函數(shù)，通過函數(shù) glTranslatef 、glRotatef實(shí)現(xiàn)物體在坐標(biāo)系中的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)得到期望的場(chǎng)景顯示。

啟動(dòng)深度檢測(cè)，打開深度檢測(cè)開關(guān)，并設(shè)置檢測(cè)方式：

并且在完成繪圖以后，實(shí)現(xiàn)禁止深度檢測(cè)：

3 示例

以艦船模型為例，使用 3DS MAX軟件建其模型如圖1所示。

圖1 3DS MAX模型

將其3DS文件讀入OpenGL，設(shè)置視口位置，開啟深度緩存，繪制場(chǎng)景圖。以四個(gè)入射角度為例，λ代表入射角，θ代表俯仰角，船頭方向?yàn)檎较?。圖2顯示了不同入射角度船模可見部分顯示。

可以通過對(duì)圖像的移動(dòng)進(jìn)行放大和縮小，可以清晰的顯示在固定入射角時(shí)物體的可見部分，并且可以快速的進(jìn)行判別。

4 結(jié)論

在進(jìn)行目標(biāo)電磁計(jì)算時(shí)對(duì)目標(biāo)的可見部分進(jìn)行判別是必不可少的一部，對(duì)于簡單的物體可以使用面自身的遮擋以及面與面的遮擋來判別，但是對(duì)于復(fù)雜的物體來說，判別的過程比較麻煩。因此，本文選用在 VC++6.0的基礎(chǔ)上使用OpenGL實(shí)現(xiàn)對(duì)3DS格式的導(dǎo)入，即可以簡化建模的過程，也可以通過OpenGL實(shí)現(xiàn)入射方向上目標(biāo)可見部分的實(shí)時(shí)判別。不僅縮短了判別的工作量和時(shí)間，也適用于電磁散射計(jì)算中。

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