DirectX在網(wǎng)位儀數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯控軟件中的應(yīng)用

田麗虹，劉文濤

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003）

0 引言

在海洋水產(chǎn)拖網(wǎng)作業(yè)中，若能使網(wǎng)具瞄準(zhǔn)魚(yú)群捕撈，就可以大大提高捕撈的經(jīng)濟(jì)效益，減少人力、物力的盲目消耗。而解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵是如何實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲知網(wǎng)具在水下所處的水層深度以及網(wǎng)口的高度，網(wǎng)位儀作為電子助漁設(shè)備的重要組成之一，能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能。目前，網(wǎng)位儀主要用于監(jiān)視拖網(wǎng)在水下的位置、狀態(tài)和網(wǎng)口魚(yú)群信息，為操作人員調(diào)整網(wǎng)具提供依據(jù)，以有效地提高捕魚(yú)效率。為了滿足我國(guó)海洋漁業(yè)發(fā)展的需求，迫切需要研制成功具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的網(wǎng)位儀探測(cè)設(shè)備。網(wǎng)位儀的顯示需要實(shí)時(shí)顯示，所以本文采用DirectX設(shè)計(jì)了網(wǎng)位儀數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯控軟件。

1 DirectX和GDI的比較

由于網(wǎng)位儀顯控軟件的實(shí)時(shí)性要求很高，就需要有很好的繪圖接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常，在Windows系統(tǒng)下對(duì)圖像處理的方法主要有GDI和DirectX提供的API函數(shù)。應(yīng)用程序與Direct3D（DirectX的重要組成部分）、Windows圖形設(shè)備接口（GDI）、HAL和顯示硬件之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 應(yīng)用程序、Direct3D、GDI和 HAL之間的關(guān)系

若使用GDI技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)該顯控系統(tǒng)，由于GDI屬于硬件和系統(tǒng)之間的抽象層，當(dāng)程序員間接調(diào)用gdi32.dll中的接口進(jìn)行窗口的繪制時(shí)，數(shù)據(jù)從顯存到內(nèi)存之間的一系列數(shù)據(jù)交換將使得效率下降。而DirectX是微軟開(kāi)發(fā)的多媒體編程套件，做到了GDI的設(shè)備無(wú)關(guān)性，繪圖效率比GDI高了很多，既可以直接操作顯存，同時(shí)還提供程序員抽象的編程模型，故本設(shè)計(jì)采用了DirectX進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯控軟件的開(kāi)發(fā)。

2 DirectX的組件

DirectX主要由以下7個(gè)部分組成：Directlnput，Direct3D，DirectSound，DirectSetup，DirectX Media Objects，XInput，XACT。

本文主要對(duì)Direct3D組件進(jìn)行研究。Direct3D是基于微軟的通用對(duì)象模式COM的3D圖形API。Direct3D有兩種顯示模式：①全屏模式，是指畫(huà)面全部被Direct3D所占據(jù)，不會(huì)再顯示其他的視窗畫(huà)面，該軟件設(shè)計(jì)就是采用此模式；②視窗模式，是指可以有多個(gè)視窗同時(shí)出現(xiàn)在屏幕上。

3 顯控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

整個(gè)顯控軟件有3個(gè)功能：①發(fā)送所需控制參數(shù)給水下聲探頭；②接收水下聲探頭處理的各聲換能器波束掃描數(shù)據(jù)和各傳感器數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化和差值處理；③在屏幕上實(shí)時(shí)顯示網(wǎng)口的形狀、周圍魚(yú)群信息、各傳感器的數(shù)據(jù)、網(wǎng)板位置，并完成相關(guān)的操作。該顯控軟件人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性很高，圖2為網(wǎng)位儀顯挖軟件界面。

3.1 顯示模型的轉(zhuǎn)換及調(diào)入

3.1.1 模型的轉(zhuǎn)換

通過(guò)3DMAX三維建模軟件制作的模型通常不能直接在Direct3D程序中使用，這就需要利用一些工具、插件將制作好的模型文件轉(zhuǎn)換成在Direct3D開(kāi)發(fā)接口中可以直接使用的格式，Direct3D支持的模型文件格式為＊.X。＊.X文件是Direct3D提供的模型和動(dòng)畫(huà)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式，通常存儲(chǔ)了三維模型的頂點(diǎn)坐標(biāo)、顏色、法向量、紋理坐標(biāo)以及動(dòng)畫(huà)幀等信息。

圖2 網(wǎng)位儀顯控軟件界面

3.1.2 模型的調(diào)入實(shí)現(xiàn)過(guò)程

（1）首先使用Direct3D提供的模型接口定義一個(gè)模型的指針：

LPD3DXBUFFER pD3DXMtrlBuffer；／／存儲(chǔ)網(wǎng)格模型材質(zhì)的緩沖區(qū)對(duì)象

（2）初始化場(chǎng)景。從＊.X文件中讀入模型并提取材質(zhì)屬性和紋理文件名。

（3）場(chǎng)景動(dòng)態(tài)重建。在動(dòng)態(tài)顯示時(shí)，根據(jù)接收數(shù)據(jù)的不同調(diào)整模型的姿態(tài)，場(chǎng)景動(dòng)態(tài)重建還要進(jìn)行消隱處理。

（4）渲染并實(shí)時(shí)顯示場(chǎng)景。在＊.X文件中讀入模型，實(shí)時(shí)處理材質(zhì)、光源、貼圖以達(dá)到場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)變化效果，部分代碼如下：

調(diào)入的網(wǎng)位儀模型如圖3所示。

圖3 網(wǎng)位儀模型

3.2 實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)的顯示實(shí)現(xiàn)過(guò)程

3.2.1 創(chuàng)建、初始化設(shè)備對(duì)象以及靜態(tài)頂點(diǎn)緩存

創(chuàng)建DirectX對(duì)象，創(chuàng)建窗口對(duì)象，完成顯示窗口的創(chuàng)建，將該窗口作為用戶與虛擬世界交互的主要窗口，部分代碼如下：

下列為初始化頂點(diǎn)緩存，包括每個(gè)成員的x，y，z坐標(biāo)，紋理及顏色等數(shù)據(jù)信息。利用極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系（ρ2＝x2＋y2；tanθ＝y(tǒng)／x；x＝ρcosθ；y＝ρsinθ）將接收來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用極坐標(biāo)在屏幕上顯示出網(wǎng)口和魚(yú)群的位置，部分代碼如下：

在寫表面時(shí)要先鎖定表面資源，g＿pRoundS－＞lock（）；在寫表面后要解鎖表面資源，g＿pRoundS－＞Unlock（）。

3.2.2 渲染并實(shí)時(shí)顯示網(wǎng)口位置

進(jìn)行渲染，將表面對(duì)應(yīng)的x，y位置的點(diǎn)用直線連接起來(lái)，繪制網(wǎng)口的形狀，部分代碼如下：

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了基于Direct3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)位儀數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示的方法，該方法提高了圖像的實(shí)時(shí)處理效率，獲得了滿意的實(shí)時(shí)處理效果。該軟件具有直觀性、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，給漁業(yè)作業(yè)帶來(lái)了極大的便利。

［1］ 王德才，楊關(guān)勝，孫玉萍.DirectX 3D圖形與動(dòng)畫(huà)程序設(shè)計(jì)［M］.北京：人民郵電出版社，2007.

［2］ Andre LaMothe.Windows游戲編程大師技巧［M］.第2版.沙鷹，譯.北京：人民郵電出版社，2012.

［3］ Frank D Luna.DirectX 9.0 3D游戲開(kāi)發(fā)編程基礎(chǔ)［M］.段菲，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2007.

［4］ 陳鏘，孫赫雄，陳楠.Visual C＋＋2005從入門到精通［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

［5］ 胡峪，劉靜.VC＋＋高級(jí)編程技巧與示例［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.