基于MFC的OpenGL簡易繪圖系統(tǒng)

關(guān)鍵詞：MFC;OpenGL;繪圖系統(tǒng);C++面向?qū)ο?/p>

中圖法分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1概述

MFC 是微軟公司開發(fā)的一個(gè)類庫，以C++類的形式封裝了Windows 的API，并且包含一個(gè)應(yīng)用程序框架，以減少應(yīng)用程序開發(fā)人員的工作量。其中，MFC包含大量Windows 句柄封裝類和很多Windows 的內(nèi)建控件和組件的封裝類[1] 。

OpenGL 是一個(gè)開放式圖形庫，是用于渲染2D 和3D 矢量圖形的跨語言、跨平臺的應(yīng)用程序編程接口，是一個(gè)功能強(qiáng)大、支持底層繪制和造型能力的軟件圖形函數(shù)庫。它獨(dú)立于硬件和窗口系統(tǒng)，為程序員進(jìn)行圖形學(xué)相關(guān)的程序編寫提供了極大的幫助[2] 。

繪圖軟件一般指基于計(jì)算機(jī)繪制圖形的軟件，如Windows 自帶的畫圖軟件等。它的開發(fā)語言和技術(shù)已經(jīng)十分成熟。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于基本類庫MFC 和OpenGL 圖形庫面向?qū)ο蟮亩S圖形繪制應(yīng)用程序，可以實(shí)現(xiàn)繪圖的功能同時(shí)也可以讓軟件開發(fā)人員對軟件開發(fā)過程有進(jìn)一步了解。

2軟件開發(fā)環(huán)境

軟件主要使用C++編程語言編寫，使用了C++的基本庫類MFC 和圖形庫OpenGL 以及C++常用庫;開發(fā)軟件的操作系統(tǒng)環(huán)境為Windows 10;軟件的集成開發(fā)環(huán)境為Viusal Studio 2017;軟件開發(fā)的硬件環(huán)境為16GB 內(nèi)存，intel Core i5?9400F CPU（2.9GHz）;軟件支持跨平臺使用，可以在不同操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)功能，同時(shí)可以進(jìn)行本地保存[3] 。

3系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用了C++編程語言以及面向?qū)ο蟮木幊田L(fēng)格，其基本思想是將現(xiàn)實(shí)世界的事物抽象成對象，現(xiàn)實(shí)世界中的關(guān)系抽象成類、繼承，幫助人們實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)世界的抽象與數(shù)字建模。通過面向?qū)ο蟮姆椒?，更利于用人理解的方式對?fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)與編程。同時(shí)，面向?qū)ο竽苡行岣呔幊痰男剩ㄟ^封裝技術(shù)，可以更高效地開發(fā)出一個(gè)全新的系統(tǒng)[4] 。本系統(tǒng)主要包含以下文件。

Drawing_system.h：應(yīng)用程序的主頭文件。其中，包括其他項(xiàng)目特定的標(biāo)頭（包括Resource.h），并聲明Drawing_system 應(yīng)用程序類。

Drawing_system.cpp：包含應(yīng)用程序類CDrawing_system 的主應(yīng)用程序源文件。

MainFrm.h，MainFrm.cpp： 包含框架類CMainFrame，該類派生自CMDIFrameWnd 并控制所有MDI框架功能。

ChildFrm. h，ChildFrm. cpp： 定義并實(shí)現(xiàn)CChildFrame 類，該類支持MDI 應(yīng)用程序中的子窗口。

Drawing_systemDoc.h、Drawing_systemDoc.cpp：包含CGraphics_WorkDoc 類。編輯這些文件以添加特殊文檔數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)文件保存和加載（通過CGraphics_WorkDoc：：Serialize）。

Drawing_SystemView.h、Drawing_systemView.cpp：包含CGraphics_WorkView 類。CGraphics_WorkView對象用于查看CGraphics_WorkDoc 對象。

LogDialog 類：實(shí)現(xiàn)了對話框的各種主要參數(shù)的設(shè)置，同時(shí)加入了消息處理機(jī)制，與其他模塊相互連接。

通過在以上文件中進(jìn)行基礎(chǔ)類、全局變量、臨時(shí)對象的申明，再結(jié)合OpenGL 庫的函數(shù)調(diào)用，通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的思想實(shí)現(xiàn)圖片的繪制：先由基礎(chǔ)的點(diǎn)、線、多邊形，加上色彩的渲染，將這些基本圖元最終組合成一個(gè)完整的圖形。同時(shí)，提供撤銷、恢復(fù)、清空等功能，讓用戶擁有更好的使用體驗(yàn)，讓程序更加健壯。此外，在圖形繪制完成后，可以將繪制的圖形存儲成規(guī)定的模式，關(guān)閉軟件后在下一次打開時(shí)再進(jìn)行進(jìn)一步編輯[5～8] 。

4軟件的功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的功能主要分為以下幾個(gè)模塊，即簡單圖元繪制、自由曲線繪制、橡皮擦、顏色選擇、清空、撤銷與恢復(fù)。

（1）簡單圖元繪制

在簡單圖元繪制模塊中運(yùn)用OpenGL 庫相關(guān)的函數(shù)以及消息處理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)一部分內(nèi)置基本圖元的繪制，如直線、三角形、矩形、圓形等。如圖1 所示，這些圖原是系統(tǒng)內(nèi)部自帶的圖形。每一種圖元可以使用一個(gè)容器進(jìn)行保存。OpenGL 繪制簡單圖形結(jié)構(gòu)如下。

glBegin（GL_LINES）;∥繪制直線

glVertex3f（0.0， 0.0， 0.0）;

glVertex3f（1.0， 1.0， 0.0）;

glEnd（）;

glBegin（GL_POLYGON）;

glVertex3f（20.0， 10.0， 0.0）;∥繪制多邊形

glVertex3f（60.0， 30.0， 0.0）;

glVertex3f（70.0， 45.0， 0.0）;

glVertex3f（40.0， 75.0， 0.0）;

glVertex3f（10.0， 60.0， 0.0）;

glEnd（）;

（2）自由曲線繪制

在自由曲線繪制模塊中使用C++標(biāo)準(zhǔn)庫中提供的vector 容器，將繪制的曲線分段用vector 保存，通過記錄鼠標(biāo)當(dāng)前在窗口上的位置返回坐標(biāo)信息，最后通過OpenGL 庫中曲線繪制的函數(shù)繪制出一條自由曲線。曲線實(shí)際上就是無數(shù)點(diǎn)的連接，設(shè)置一個(gè)很小的計(jì)時(shí)器返回實(shí)時(shí)鼠標(biāo)位置坐標(biāo)，在這些坐標(biāo)上畫點(diǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)自由曲線的繪制。

glClear（GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_

BUFFER_BIT）;

∥ 繪制場景

glMatrixMode（GL_MODELVIEW）;

glPushMatrix（）;

DrawPicture（）;

glPopMatrix（）;

∥ 交換緩沖區(qū)

SwapBuffers（wglGetCurrentDC（））;

int R=255， G=255， B=255;

vector FreeLine;

void Display（） {

glColor3d（R ? 1.0 / 255， G ? 1.0 / 255， B ?

1.0 / 255）;

glLineWidth（1）;

glBegin（GL_LINE_STRIP）;

for （int i=0; i < （int）FreeLine.size（）; i++） {

glVertex2d（FreeLine[i].x， FreeLine[i].y）;}

glEnd（）;

glFlush（）;

（3）橡皮擦

橡皮擦模塊可以用于刪除之前已經(jīng)繪制的圖形元素。橡皮擦的實(shí)現(xiàn)其實(shí)是自由曲線繪制的反向操作，由于之前繪制的圖形都已經(jīng)分別保存在各自的容器中，通過選取橡皮擦工具，在要擦除的地方移動鼠標(biāo)，計(jì)算當(dāng)前鼠標(biāo)移動的曲線與之前已經(jīng)存在的圖形是否存在交集，如果存在交集，就在對應(yīng)的圖形容器中刪去該元素即可。其基本代碼如下。

vector EraserLine;

void Display（） {

glLineWidth（6）;

glBegin（GL_LINE_STRIP）;

glColor3d（0， 0， 0）;

for （int i=0; i < （int）EraserLine.size（）; i++） {

glVertex2d（EraserLine[i].x， EraserLine[i].y）;}

glEnd（）;

glFlush（）;

if （Case） {

return;}

mark_eraser.push_back（0）;

mark_id[Stack_top] = （int） mark_eraser.size（ ）- 1;

Case=0; Draw_Operator[Stack_top++] =6;

InvalidateRect（NULL， FALSE）;

（4）顏色選擇

顏色選擇模塊為用戶提供了一些系統(tǒng)自帶的常見顏色種類，如黑、白、紅、黃、藍(lán)、綠等。同時(shí)，也提供了用戶自由配置顏色的選項(xiàng)，即用戶可以自由選擇R，G，B 顏色分量的值，預(yù)覽生成的顏色效果來選擇自己喜歡的顏色進(jìn)行繪制。其基本代碼如下。

MessageBox（_T（" 請選擇直線與點(diǎn)的顏色"），

_T（"提示"））;

COLORREF color=RGB（255， 0， 0）;

CColorDialog colorDlg（color）;

if （IDOK= =colorDlg.DoModal（）） {∥ 獲取顏色

對話框中選擇的顏色值

color=colorDlg.GetColor（）;∥ 獲取R、G、B 分量

m_color.R=GetRValue（color）;

m_color.G=GetGValue（color）;

m_color.B=GetBValue（color）;

（5）清空

清空模塊為用戶提供了直接清空畫板的功能，以實(shí)現(xiàn)初始化的功能。其實(shí)清空操作十分方便，由于之前所有畫過的圖形都被保存在了各自的容器中，所以要清空畫板，將各個(gè)容器中的元素全部清空即可，可以使用vector 的clear 函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。由于清空功能有一定的危險(xiǎn)性，所以還需要考慮將其撤銷。

（6）撤銷與恢復(fù)

撤銷是用于取消上一步的操作，我們可以通過將每一步操作都放在一個(gè)棧中，當(dāng)使用撤銷功能時(shí)，彈出棧頂操作，并將其反向執(zhí)行來實(shí)現(xiàn)撤銷的功能。而恢復(fù)就是在撤銷的基礎(chǔ)上再取消，我們同樣可以使用一個(gè)棧來保存已經(jīng)撤銷的步驟，當(dāng)執(zhí)行操作時(shí)，彈出棧頂再次執(zhí)行即可。有了撤銷和恢復(fù)功能，我們就可以避免一些誤操作帶來的不良后果，讓軟件更加健壯。

5結(jié)論

基于MFC 和OpenGL，運(yùn)用了面向?qū)ο缶幊趟枷腴_發(fā)的簡易繪圖系統(tǒng)，為用戶提供了簡單易操作的繪圖工具。運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像的繪制，減小了時(shí)間以及空間的影響，使圖形更加精確，更加有利于對圖形數(shù)據(jù)的可視化分析。采用基于MFC 與OpenGL 以及現(xiàn)代化的軟件開發(fā)框架，降低了軟件對硬件和平臺的要求，能節(jié)省計(jì)算量和內(nèi)存，對比傳統(tǒng)的繪圖系統(tǒng)，本系統(tǒng)具有程序體積小、運(yùn)行速度快、對硬件要求低、具有較好的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，軟件的整體設(shè)計(jì)過程也能對軟件開發(fā)初學(xué)者提供一些幫助。

作者簡介：

尤王杰（2000—），本科，研究方向：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。