基于OpenGL的三维曲面数据场动态显示

大数据条件下实时动态显示三维曲面有一定难度，关键在于提高三维图形数据处理和图形渲染的速度。
通过探讨基于OpenGL实现三维曲面动态显示的原理和方法，提出了OpenGL的双缓冲和显示列表技术，大大提高了图形数据处理和刷新的速度，保证了每一帧数据图形绘制的连续性和完整性，成功实现了三维曲面数据场的实时动态显示。

三维表面动态显示

介绍

在三维数据场中，数据随时间而变化。为了直观地观察数据随时间变化的趋势，需要实时动态地显示数据场的变化。利用网格曲面显示三维数据场是一种直观的方法，但在绘制图形之前需要进行数据插值、投影、曲面拼接、消隐等处理，计算量较大。当数据量较大时，很难实时动态显示三维曲面图形。关键在于提高图形处理和绘制以及每帧刷新的速度，保证每帧三维曲面显示的连续性和完整性。

OpenGL是一种性能优异的图形处理工具。它采用OpenGL双缓存和绘图操作预编译技术，解决了三维图形数据处理和绘图刷新速度的问题。利用Visual C++调用OpenGL的三维图形编程接口，成功实现了大量三维曲面图形的实时动态显示。

基于OpenGL的三维表面动态显示原理

1.基于OpenGL的三维表面图形显示原理

OpenGL是一个独立于操作系统的开放式三维图形软件接口。其主要功能是通过顶点序列或像素点来描述三维表面，并进行相应的透视、光照和纹理操作，最后在帧缓冲区中转换成图像数据，并利用图像数据对三维表面图形进行着色。三维表面图形显示可以概括为以下步骤:

(1)建立三维场景中的曲面绘制模型。选择插值方法和参数曲面函数，计算曲面控制点，重构曲面；

(2)设置视点和透视模式；

(3)消隐、光照、纹理和明暗处理；

(4)绘制场景并输出到屏幕窗口。

图1三维曲面图形显示的基本流程

2.动态显示的原理是通过双缓冲实现的。

三维表面的动态显示需要连续绘制三维表面并显示场景，用不同的表面数据刷新屏幕窗口。

在OpenGL中，使用双缓冲技术来分配两个帧缓冲区。当连续显示三维表面时，一个帧缓冲器中的数据执行表面绘制命令，而另一个帧缓冲器中的数据以图形显示。当前可见的视频缓存称为前台视频缓存，不可见的绘图视频缓存称为后台视频缓存。当需要显示后台视频缓存中的数据时，OpenGL将其复制到前台视频缓存中，显示硬件不断读取可视视频缓存的内容，并将结果显示在屏幕上。

使用双缓存，3D表面的每一帧都是在绘制完成后才显示，因此观察者看到的是每一帧的完整3D表面，而不是表面的绘制过程。

使用双缓存动态显示三维表面的步骤如下:

(1)设置OpenGL窗口显示属性为双缓存机制:aux _ double | aux _ rgba

(2)利用OpenGL基本绘图命令绘制三维曲面；

(3)一帧曲面绘制完成后，缓存副本，切换缓存:auxSwapBuffers()；

swap buffers(wglGetCurrentDC())；

3.使用显示列表提高程序运行效率。

列表是预先存储的一组函数语句，供以后调用。调用显示列表时，其中的功能按顺序执行。列表显示，重复执行的绘图操作被存储为编译后的命令，它被设计为命令缓存而不是动态数据库缓存，因此可以优化程序的运行性能。

并调用显示列表方法:

(1)创建列表:

void glNewList(Gluint list，Glenm模式)；

void glBegin(Glenum模式)；

void glEnd(无效)；

void glend list()；

(2)通话清单:

void glCallList(Glu int list)；
基于OpenGL实现三维表面动态显示