在VB环境中操作三维模型的实现方法

目前，在虚拟设计和数控仿真程序的设计中，大多采用VC和3D建模内核来实现3D模型的显示和动态操作。因为VC很难掌握，尤其是涉及图形渲染和操作的部分，而且3D建模的核心一般需要从国外购买，一般的开发和应用因为成本高不太可行。VB作为一个完全面向对象的开发工具，在界面设计和数据库方面有相当大的优势，普通设计人员也可以学习掌握。然而，在平面设计中的研究和应用却很少，尤其是在三维模型的显示和操作方面。因此，研究利用VB实现三维模型的图形设计，将在虚拟设计和仿真程序中发挥巨大的作用。

三维模型的显示

目前三维图形程序的开发大多基于OpenGL，OpenGL实际上是一种独立于窗口系统和操作系统的开放式三维图形标准，已经得到了很多计算机厂商的支持。作为一个优秀的三维图形接口，OpenGL提供了丰富的绘图命令，可以用来开发高性能和交互式的三维图形应用。它与VC有着紧密的开发接口，但由于VC对于非计算机专业人员来说很难掌握，给工程领域的仿真程序设计带来了很大的不便。但是支持VB等开发工具的OpenGL开发库开始出现。本文基于VBOpenGL(vbogl.tlb)库，这是一个免费的第三方库。它封装了大量的底层OpenGL库函数，大大简化了开发工作。

在VB中建立三维图形环境之前，首先要在“工程”菜单和“引用”子菜单下添加VBOpenGL库，然后在窗体上添加一个PictureBox控件，作为三维模型的显示和操作区域。

作为工程应用的虚拟设计或仿真程序，其三维模型可以通过Solidworks等通用三维建模软件进行设计，然后通过软件提供的图形界面输出为中性文件。目前主流的三维建模软件支持多种标准文件格式，其中STL文件是一种可读的文件格式，适合在工程仿真程序中使用。STL文件格式最早是作为快速成型领域的接口标准，目前已经广泛应用于各种三维软件中。很多主流的商业3D软件都支持STL文件的输入输出。STL模型是用一组三角形来表示物体外轮廓形状的几何模型，其中每个三角形面片有四个数据项，即三角形三个顶点的坐标和三角形面片的外法向量。STL文件是多个三角形面片的集合。

所以在VB环境下，可以通过读取STL文件，在画室空中进行再现来显示三维模型。首先对读取的STL文件进行逐行分解，将每个bin解析出来存储在结构数组中。接下来的工作就是通过VBOpenGL中的glColor3d函数对每个bin进行渲染和上色，并将渲染结果以图形的形式填充到PictureBox控件的绘图区域，最终实现整个模型的显示。需要注意的是，在显示3D模型之前，必须定义VBOpenGL中的初始环境。

三维模型的操作方法

(1)放大和缩小操作一般包括缩小、缩小、旋转和平移操作，其中放大和缩小操作可以由同一个鼠标事件驱动，比如光标上移时缩小模型，光标下移时放大。这可以通过在Opengl环境下调整景深来实现。其中SVposY是光标移动过程中上一个位置的纵坐标，y是当前光标的纵坐标，Zoom是模型的景深，step_zoom是光标移动一个基本单位时景深的变化值，可以根据程序的实际需要进行设置。下面是放大和缩小操作的程序代码。

y < sposy then
zoom = zoom-step _ zoom ' reduce
else
zoom = zoom+step _ zoom ' enlarge
end if
if zoom < 0 then zoom = 0.0000。

(2)旋转操作旋转操作是通过按照一定步幅调整模型场景透视的法向量来实现的。下面的代码是鼠标事件中模型旋转的调整过程。光标左右移动时，模型向左或向右反转，光标上下移动时，模型向上或向下反转，其旋转速度可以通过改变步幅来实现。这里，步长为0.005，这是一个以弧度表示的角度值。第一，光标的移动方向要用光标当前位置和上一次位置差的绝对值来判断。然后，根据判断出的光标方向，对视角法向量的分量ym和xm加上或减去一个步长，从而实现模型在三维空中的旋转操作，其中法向量的分量zm保持初始值不变。

x = ABS(sposx-x)[/Br/]diffy = ABS(sposy-y)[/Br/]if diffx > diffy then[/Br/]if x > sposx then[/Br/]ym = ym-x * 0.005 '向右旋转[/br] Br/] ym = ym+x * 0.005 '向左旋转[/Br/]end if[/Br/]else[/Br/]if y > spon then[/Br/]XM =

(3)平移运算平移运算的原理类似于旋转运算。这是通过调整模型场景的位置组件来实现的。和旋转操作一样，首相通过光标当前位置和上一次位置差的绝对值来判断光标的移动方向，然后根据判断结果对相应的位置分量PosX和PosY加上或减去指定的步幅。下面是翻译操作的VB代码。

if diffx > diffy then
if x > sposx then
posy = posy+0.005 '上移
else
posy = posy-0.005 '下移
end if
。

y > sposy then
posx = posx-0.005 '向左移动
else
posx = posx+0.005 '向右移动
end if
end if
end if

根据上述方法，我们实现了一个如图1所示的工业机器人仿真程序，可以通过STL文件导入机器人的3D模型，按照规定的动作在3D 空中进行运动仿真。

结束语

用VB设计三维模型的操作过程相对简单、直观，容易掌握。通过第三方库函数VBOpenGL，可以省去大量底层编程工作，在一般工程应用的编程中可以事半功倍。