第三章 图 形 对 象.doc

第三章 图 形 对 象即使人们不知道苹果和梨是怎么种植的，也可以吃掉它们。那么能否不必知道构造细节，也可以绘制出复杂的图形呢？可以，图形对象就干这种事情。Intra3D的图形对象隐藏了几何造型与绘制的细节，用户使用简单的几个接口函数就可以绘制出图形。Intra3D 2.0版提供了三类图形对象：（1）常用几何对象，如长方体、锥体、圆柱体、球体、圆环体、Swept形体等对象；（2）多边形模型对象，用于绘制Autodesk公司.3ds模型和Wavefront公司的.obj模型；（3）商业统计图形对象，如柱形图、带状图、条形图、折线图、面积图、饼图、塔形图、曲线图、曲面图、进程图、股票图等对象。Intra3D 将“图形对象”和“形体节点”（见第四章）分层设计。图形对象负责绘制，形体节点则处理3D交互。形体节点可以动态地引用图形对象，从而实现交互式绘制。这种分层设计可使Intra3D核心库具有良好的可扩展性，并使交互式3D应用程序的开发更加灵活。3.1 图形对象的基类与COM接口图形对象的基类为 GraphicalObject，相应的COM接口为IGraphicalObject。在C+类库中，几何图形对象如BoxObject、ConeObject、CylinderObject、SphereObject与TorusObject，多边形模型对象如Model3DS与ModelOBJ，商业统计图形对象如ColumnChart3D、RibbonChart3D、LineChart2D与BartChar2D等，均为GraphicalObject的派生类。在COM库中，上述对象均继承接口IGraphicalObject。C+类库中GraphicalObject是Container的派生类，应使用AddRef与Release函数来管理内存。源程序见Intra3D-DLLIncludeLayer2GraphicalObject.h。其定义如下：class GraphicalObject : public Containerpublic:virtual void Draw(void) / 图形绘制函数/ 获取对象的包围盒，(dx,dy,dz) 为长方体的幅值，(cx,cy,cz) 为中心坐标，virtual void GetBoundBox(float *dx, float *dy, float *dz, float *cx, float *cy, float *cz) *dx=*dy=*dz=0; *cx=*cy=*cz=0; / 获取对象的包围球，(cx,cy,cz) 为中心坐标，radius 为半径virtual void GetBoundSphere(float *radius, float *cx, float *cy, float *cz) *cx=*cy=*cz=0; *radius=0; / 获取对象的最小坐标值(minx,miny,minz)与最大坐标值(maxx, maxy, maxz)virtual void GetMinMax( float *minx, float *miny, float *minz, float *maxx, float *maxy, float *maxz) *minx=*miny=*minz=-0; *maxx=*maxy=*maxz= 0; ;其中公有函数Draw、GetBoundBox、GetBoundSphere与GetMinMax均为虚函数，具体行为由派生类定义。COM接口IGraphicalObject的定义如下（见Intra3D-COMIntra3D.idl文件）：interface IGraphicalObject : IDispatchHRESULT Draw();HRESULT GetMinMax( out float *minX, out float *minY, out float *minZ, out float *maxX, out float *maxY, out float *maxZ) ;HRESULT GetBoundSphere( out float *radius, out float *cx, out float *cy, out float *cz);HRESULT GetBoundBox( out float *dx, out float *dy, out float *dz, out float *cx, out float *cy, out float *cz);3.2 常用几何图形对象Intra3D 2.0 C+类库与COM库中的常用几何图形对象有BoxObject、ConeObject、CylinderObject、SphereObject与TorusObject。由于这几种图形对象的设计非常相似，本节仅以SphereObject为例讲述程序设计。程序的重点是 AddRef、Release与FinalRelease的使用。3.2.1 类 SphereObject的程序C+类库中的SphereObject程序见Intra3D-DLLIncludeLayer2SphereObject.h 和Intra3D-DLLLayer2 SphereObject.cpp。类SphereObject的定义如下：class SphereObject : public GraphicalObjectpublic:SphereObject(void);/ 构造函数void SetSphere(float radius, int slices=32); / 设置球体参数void SetDrawMode(int mode);/ 设置绘制模式void SetMaterial(Material *pMat); / 设置材质void SetTexture(Texture2D *pTex); / 设置纹理/- 以下为基类GraphicalObject的虚函数 -virtual void Draw(void);virtual void GetMinMax( float *minX, float *minY, float *minZ, float *maxX, float *maxY, float *maxZ);virtual void GetBoundSphere( float *radius, float *cx, float *cy, float *cz);virtual void GetBoundBox(float *dx, float *dy, float *dz, float *cx, float *cy, float *cz);protected:virtual void FinalRelease(void);/ 基类Container 的虚函数protected:floatm_fRadius;/ 球体半径intm_iSlices;/ 球体经纬等份数intm_iDrawMode;/ 绘制模式，取 SOLID 或者 WIREMaterial*m_pMaterial;/ 引用材质Texture2D*m_pTexture;/ 引用纹理;构造函数用于初始化成员变量：SphereObject:SphereObject(void)m_fRadius= 1.0;m_iSlices= 32;m_iDrawMode= SOLID;m_pMaterial= NULL;m_pTexture= NULL;SetMaterial函数用于引用外部定义的材质对象：void SphereObject:SetMaterial(Material *pMat)/ 1if(m_pMaterial != NULL)m_pMaterial-Release();/ 2m_pMaterial=pMat;/ 3if(pMat != NULL) m_pMaterial-AddRef();SetTexture函数用于引用外部定义的纹理对象：void SphereObject:SetTexture(Texture2D *pTex)/ 1if(m_pTexture != NULL)m_pTexture-Release();/ 2m_pTexture= pTex;/ 3if(pTex != NULL)m_pTexture-AddRef();当SphereObject:Release在删除自身时，应先消除对材质对象和纹理对象的引用。此工作由SphereObject:FinalRelease函数实现：void SphereObject:FinalRelease(void)if(m_pMaterial != NULL)m_pMaterial-Release();if(m_pTexture != NULL)m_pTexture-Release();SetSphere函数用于设置球体的参数。SetDrawMode用于设置球体的绘制模式，绘制模式有两种，可取SOLID 或WIRE模式。void SphereObject:SetSphere(float radius, int slices)m_fRadius = radius;m_iSlices = slices;void SphereObject:SetDrawMode(int mode)m_iDrawMode=mode;Draw函数用于绘制球体。当绘制模式为WIRE时，一般应将光照明关闭，否则由于光照明计算使得线框图时明时暗。如果关闭光照明则导致材质不起作用，此时可将材质的Diffuse颜色作为线框图的颜色。void SphereObject:Draw(void)if(m_pMaterial != NULL) / 如果关闭光照明则材质不起作用，此时可将材质的Diffuse颜色作为当前颜色float color3;m_pMaterial-GetDiffuseColor(color);glColor3fv(color);m_pMaterial-Apply();if(m_pTexture != NULL)glEnable(GL_TEXTURE_2D);m_pTexture-Apply();if(m_iDrawMode=SOLID)DrawSolidSphere(m_fRadius, m_iSlices);else if (m_iDrawMode=WIRE)int flag;glGetIntegerv(GL_LIGHTING, &flag);if(flag) glDisable(GL_LIGHTING);DrawWireSphere(m_fRadius, m_iSlices);if(flag) glEnable(GL_LIGHTING);if(m_pTexture != NULL)glDisable(GL_TEXTURE_2D);GetBoundBox、GetBoundSphere与GetMinMax函数的程序如下：void SphereObject:GetBoundBox(float *dx, float *dy, float *dz, float *cx, float *cy, float *cz)*cx=*cy=*cz=0;*dx = *dy = *dz = m_fRadius*2.0f;void SphereObject:GetBoundSphere(float *radius, float *cx, float *cy, float *cz)*radius=m_fRadius;*cx=*cy=*cz=0;void SphereObject:GetMinMax( float *minx, float *miny, float *minz, float *maxx, float *maxy, float *maxz)*minx=*miny=*minz=-m_fRadius;*maxx=*maxy=*maxz= m_fRadius;3.2.2 COM 对象 SphereObject的程序COM库中的SphereObject程序见Intra3D-COMLayer2SphereObject.h和SphereObject.cpp。SphereObject有两个接口：ISphereObject 与IGraphicalObject。ISphereObject的定义如下：interface ISphereObject : IDispatchHRESULT SetSphere(float radius, defaultvalue(32) int slices);HRESULT SetMaterial(IMaterial *pMat);HRESULT SetTexture(ITexture2D *pTex);HRESULT SetDrawMode(EnumDrawMode mode);枚举类型EnumDrawMode定义如下：typedef enumSOLID=1,WIRE =2,EnumDrawMode;SphereObject的两个接口ISphereObject 与IGraphicalObject是由类CSphereObject实现的：class CSphereObject : public CComObjectRootEx,public CComCoClass,public IDispatchImpl,public IDispatchImplpublic:CSphereObject();DECLARE_REGISTRY_RESOURCEID(IDR_SPHEREOBJECT)DECLARE_PROTECT_FINAL_CONSTRUCT()BEGIN_COM_MAP(CSphereObject)COM_INTERFACE_ENTRY(ISphereObject)COM_INTERFACE_ENTRY2(IDispatch, ISphereObject)COM_INTERFACE_ENTRY(IGraphicalObject)END_COM_MAP()public:/- ISphereObject 接口 -STDMETHOD(SetSphere)(float radius, /*defaultvalue(32)*/ int slices);STDMETHOD(SetDrawMode)(EnumDrawMode mode);STDMETHOD(SetMaterial)(IMaterial *pMat);STDMETHOD(SetTexture)(ITexture2D *pTex);/- IGraphicalObject 接口 -STDMETHOD(Draw)();STDMETHOD(GetBoundBox)(float *dx, float *dy, float *dz, float *cx, float *cy, float *cz);STDMETHOD(GetBoundSphere)(float * radius, float *cx, float * cy, float * cz);STDMETHOD(GetMinMax)( float *minX, float *minY, float *minZ, float *maxX, float *maxY, float *maxZ);virtual void FinalRelease(void);/ 类CComObjectRootEx的虚函数protected:floatm_fRadius;/ 球体半径intm_iSlices;/ 球体经纬等份数intm_iDrawMode;/ 绘制模式，取 SOLID 或者 WIREIMaterial*m_pMaterial;/ 引用材质ITexture2D*m_pTexture;/ 引用纹理;注意此处的成员变量m_pMaterial是IMaterial接口指针，m_pTexture是ITexture接口指针，FinalRelease是基类CComObjectRootEx的虚函数。CSphereObject:CSphereObject(void)m_fRadius= 1.0;m_iSlices = 32;m_iDrawMode = SOLID;m_pMaterial =NULL;m_pTexture=NULL;STDMETHODIMP CSphereObject:SetMaterial(IMaterial *pMat)AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState()if(m_pMaterial != NULL)m_pMaterial-Release();m_pMaterial=pMat;if(pMat != NULL)m_pMaterial-AddRef();return S_OK;STDMETHODIMP CSphereObject:SetTexture(ITexture2D *pTex)AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState()if(m_pTexture!=NULL)m_pTexture-Release();m_pTexture=pTex;if(pTex != NULL)m_pTexture-AddRef();return S_OK;void CSphereObject:FinalRelease(void)if(m_pMaterial != NULL)m_pMaterial-Release();if(m_pTexture != NULL)m_pTexture-Release();STDMETHODIMP CSphereObject:SetSphere(float radius, int slices)AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState()m_fRadius = radius;m_iSlices = slices;return S_OK;STDMETHODIMP CSphereObject:SetDrawMode(EnumDrawMode mode)AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState()m_iDrawMode=mode;return S_OK;STDMETHODIMP CSphereObject:Draw(void)AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState()if(m_pMaterial != NULL) float color3;m_pMaterial-GetDiffuseColor(color+0, color+1, color+2);glColor3fv(color);m_pMaterial-Apply();if(m_pTexture != NULL)glEnable(GL_TEXTURE_2D);m_pTexture-Apply();if(m_iDrawMode=SOLID)DrawSolidSphere(m_fRadius, m_iSlices);else if(m_iDrawMode=WIRE)int flag;glGetIntegerv(GL_LIGHTING, &flag);if(flag) glDisable(GL_LIGHTING);DrawWireSphere(m_fRadius, m_iSlices);if(flag) glEnable(GL_LIGHTING);if(m_pTexture != NULL)glDisable(GL_TEXTURE_2D);return S_OK;STDMETHODIMP CSphereObject:GetMinMax( float *minX, float *minY, float *minZ, float *maxX, float *maxY, float *maxZ)AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState()*minX=*minY=*minZ=-m_fRadius;*maxX=*maxY=*maxZ= m_fRadius;return S_OK;STDMETHODIMP CSphereObject:GetBoundSphere(float * radius, float *cx, float * cy, float * cz)AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState()*radius=m_fRadius;*cx=*cy=*cz=0;return S_OK;STDMETHODIMP CSphereObject:GetBoundBox(float *dx,float *dy,float *dz,float *cx,float *cy,float *cz)AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState()*dx = *dy = *dz = m_fRadius*2.0f;*cx=*cy=*cz=0;return S_OK;3.2.3 其它几何图形对象C+类库中BoxObject、ConeObject、CylinderObject与TorusObject程序分别见Intra3D-DLLIncludeLayer2目录下的BoxObject.h、ConeObject.h、CylinderObject.h与TorusObject.h，以及Intra3D-DLLLayer2目录下的BoxObject.cpp、ConeObject.cpp、CylinderObject.cpp与TorusObject.cpp。COM库中BoxObject、ConeObject、CylinderObject与TorusObject程序分别见Intra3D-COMLayer2目录下的BoxObject.h、ConeObject.h、CylinderObject.h与TorusObject.h，以及BoxObject.cpp、ConeObject.cpp、CylinderObject.cpp与TorusObject.cpp。长方体的参数由函数SetBox设置：SetBox(float dx, float dy, float dz, float cx=0, float cy=0, float cz=0);圆锥体参数由函数SetCone设置：void SetCone(float radius, float height);圆柱体参数由函数SetCylinder设置：void SetCylinder(float radius, float height);圆环体参数由函数SetTorus设置：void SetTorus(float innerRadius, float outerRadius);在C+类库中还定义了TubeObject和SwaptObject，如图3.1所示。详细说明请参考Intra3D 2.0 类库手册和示例程序。 BoxObject ConeObject SphereObject CylinderObject TorusObject TubeObject SweptObject示例图3.13.3 多 边 形 模 型Intra3D 2.0 提供两种图形对象用于绘制多边形模型，一是用于绘制Wavefront公司.obj 模型的ModelOBJ对象；二是用于绘制Autodesk公司.3ds 模型的Model3DS对象。3.3.1 绘制OBJ模型C+类库中的ModelOBJ程序见Intra3D-DLLIncludeLayer2ModelOBJModelOBJ.h和Intra3D-DLLLayer2ModelOBJModelOBJ.cpp。COM库中的程序见Intra3D-COM Layer2ModelOBJ.h和ModelOBJ.cpp。类ModelOBJ是GraphicalObject的派生类，其公有函数如表2.1所示。COM对象ModelOBJ提供接口IModelOBJ和IGraphicalObject来调用表2.1的函数。.obj模型的示例数据存放于DataModelOBJ目录下，SOLID模式与WIRE模式的 .obj模型如图2.2所示。图2.2 SOLID模式与WIRE模式的 .obj模型BOOL LoadModel(char *strFile);功能：读 .obj 模型输入：strFile 为 .obj 格式的模型文件名返回：成功返回TRUE，否则返回FALSEvoid SetDrawMode(int mode);功能：设置绘制模式输入：mode 可选SOLID或WIRE以下函数的说明可参考类GraphicalObject或者IGraphicalObject接口void Draw(void);void GetMinMax(float *minX, float *minY, float *minZ, float *maxX, float *maxY, float *maxZ);void GetBoundSphere( float *radius, float *cx, float *cy, float *cz);void GetBoundBox(float *dx, float *dy, float *dz, float *cx, float *cy, float *cz);表2.1 ModelOBJ 的公有函数3.3.2 绘制3DS模型Autodesk 公司的.3ds模型在PC平台最常见，但其数据格式比较复杂，直接用OpenGL编写绘制.3ds模型的程序也显得很复杂。有一种免费软件View3DS.exe可以将 .3ds格式转化为一种简单的 .bmf格式。Intra3D 的Model3DS对象并不直接绘制 .3ds模型，而是绘制 .bmf模型（因此将类命名为 class Model3DSBMF）。C+类库中的程序见Intra3D-DLLIncludeLayer2Model3DS-BMFModel3DSBMF.h和Intra3D-DLLLayer2Model3DS-BMFModel3DSBMF.cpp。COM库中的程序见Intra3D-COM Layer2 Model3DS.h和Model3DS.cpp。类Model3DSBMF是GraphicalObject的派生类，其公有函数如表2.2所示。COM对象Model3DS提供接口IModel3DS和IGraphicalObject来调用表2.2的函数。BOOL LoadModel(char *strFile);功能：读 .bmf 模型输入：strFile 为 .bmf 格式的模型文件名返回：成功返回TRUE，否则返回FALSEvoid SetDrawMode(int mode);功能：设置绘制模式输入：mode 可选SOLID或WIRE以下函数的说明可参考类GraphicalObject或者IGraphicalObject接口void Draw(void);void GetMinMax(float *minX, float *minY, float *minZ, float *maxX, float *maxY, float *maxZ);void GetBoundSphere( float *radius, float *cx, float *cy, float *cz);void GetBoundBox(float *dx, float *dy, float *dz, float *cx, float *cy, float *cz);表2.2 Model3DS 的公有函数Intra3D 2.0提供的View3DS.exe以及.3ds 和 .bmf示例模型存放于DataModel3DS-BMF目录下。SOLID模式与WIRE模式的 .3ds模型如图2.3所示。图2.2 SOLID模式与WIRE模式的 .3ds模型3.3 商 业 统 计 图 形绘制这类图形并不难，但是为了得到美观的图形，程序的细节就比较多，如坐标轴标注、网格线、图例的设置等。Intra3D 最初设计了十余个商业统计图形对象：柱形图、带状图、饼图、塔形图、折线图、面积图、进程图、股票图、曲面图、曲线图、散点图等。为了不使核心库变得太臃肿，2.0标准版仅仅保留了典型的4个商业统计图形对象：三维柱形图（ColumnChart3D）、三维带状图（RibbonChart）、二维折线图（LineChart2D）和二维条形图（BarChart2D）。用户可以参考上述4个商业统计图形对象的设计，自己扩展对象库。Intra3D 为商业统计图形对象定义了一种简单的数据文件格式：ChartTypenRownColumnColumn0Column1Column2.Row0data(0,0)data(0,1)data(0,2).Row1data(1,0)data(1,1)data(1,2).Row2data(2,0)data(2,1)data(2,2).例如ColumnChart3D类型的数据格式为：ColumnChart3D57Year1Year2Year3Year4Year5Year6Year7Product18755142531890222182281002089129623Product292387823107771053311526722612281Product34739498851324736446549015277Product4108921268172116192143891829310025Product54529699037663285645327813899商业统计图形对象由其protected 类型的成员对象ChartData来处理原始数据和属性。C+类库中的ChartData程序见Intra3D-DLLIncludeLayer2ChartChartData.h和Intra3D-DLL Layer2ChartChartData.cpp。COM库中的程序见Intra3D-COMLayer2ChartData.h和ChartData.cpp。类ChartData的主要函数声明如下：class ChartDatapublic:BOOLCheckDataType(char *strFile, char * strDataType);BOOLReadData(char *strFile);voidFindMinMax(int num, float *data, float *min, float *max);floatClampToLarger(float x);floatClampToSmaller(float x);voidFloatToString( float step, float x, char *stringX );intMaxLenOfRowLabels(void);intMaxLenOfColumnLabels(void);voidSetGridColor(float color3);voidSetLabelColor(float color3);voidSetLabelX(BOOL bVisibility, int step);voidSetLabelY(BOOL bVisibility, int step);voidSetLabelZ(BOOL bVisibility, int step);voidSetLegend(BOOL bVisibility);.;ChartData对象并不向用户公开接口，只是在商业统计图形对象内部默默地工作。这里仅讲述用于处理坐标轴标注的三个函数ClampToLarger、ClampToSmaller与FloatToString。ClampToLarger与ClampToSmaller函数可将浮点数裁剪为以0或5结尾的最接近的数值。例如：float x;/- ClampToLarger -x= ClampToLarger(3600);/ x = 4000x= ClampToLarger(3300);/ x = 3500x= ClampToLarger(-3600);/ x = -3500x= ClampToLarger(-3300);/ x = -3000x= ClampToLarger(0.36);/ x = 0.40x= ClampToLarger(0.33);/ x = 0.35x= ClampToLarger(-0.36);/ x = -0.35x= ClampToLarger(-0.33);/ x = -0.30/- ClampToSmaller -x= ClampToSmaller(3600);/ x = 3500x= ClampToSmaller(3300);/ x = 3000x= ClampToSmaller(-3600);/ x = -4000x= ClampToSmaller(-3300);/ x = -3500x= ClampToSmaller(0.36);/ x = 0.35x= ClampToSmaller(0.33);/ x = 0.30x= ClampToSmaller(-0.36);/ x = -0.40x= ClampToSmaller(-0.33);/ x = -0.35ClampToLarger与ClampToSmaller函数的程序如下：float ChartData:ClampToLarger(float x)if( x = 0) return 0 ;doubley = fabs(x) ;intn = (int)log10(y);doublebase = pow( 10, n );if(base=y)return x;double z = (long)(y/base)*base ;z += base/2 ;if( y z )if( x 0 )return float(-z+base/2) ;elsereturn float(z) ;elseif( x 0 )return float(-z) ;elsereturn float(z+base/2) ;float ChartData:ClampToSmaller(float x)if( x = 0 ) return 0 ;doubley = fabs(x) ;intn = (int)log10(y);doublebase = pow( 10, n );if(base=y)return x;double z = (long)(y/base)*base ;z += base/2 ;if( y z )if( x 0 )return float(-z) ;elsereturn float(z-base/2) ;elseif( x = 10 )sprintf( strX, %.0f, x ) ;else if( step = 1 )sprintf( strX, %.1f, x ) ;else if( step = 0.1 )sprintf( strX, %.2f, x ) ;else if( step = 0.01 )sprintf( strX, %.3f, x ) ;else if( step = 0.001 )sprintf( strX, %.4f, x ) ;else if( step = 0.0001 )sprintf( strX, %.5f, x ) ;else sprintf( strX, %.6f, x ) ;例如：char label16 ;float x=100.1234 ;float step1=20 , step2=2 , step3=0.2 ;Float