C#交互繪圖技術(shù)

第5章交互繪圖技術(shù)5.1窗口系統(tǒng)和事件驅(qū)動模式5.2交互式的顯示控制技術(shù)5.3交互式的圖形生成技術(shù)5.4交互式的圖形編輯技術(shù)5.5OpenGL對圖形交互的支持5.1窗口系統(tǒng)和事件驅(qū)動模式Windows操作系統(tǒng)是一個窗口式的多任務(wù)操作系統(tǒng)，在Windows環(huán)境下編寫應(yīng)用程序，采用事件驅(qū)動機(jī)制。傳統(tǒng)的MS-DOS程序主要采用順序的、關(guān)聯(lián)的、過程驅(qū)動的程序設(shè)計方法。一個程序是一系列預(yù)先定義好的操作序列的組合，它具有一定的開頭、中間過程和結(jié)束。程序直接控制事件和過程的順序。這樣的程序設(shè)計方法是面向程序而不是面向用戶的，交互性差，用戶界面不夠友好，因為它強(qiáng)迫用戶按照某種不可更改的模式進(jìn)行工作。它的基本模型如圖所示。DOS環(huán)境下編程模式

事件驅(qū)動程序設(shè)計模式對于需要用戶交互的應(yīng)用程序來說，事件驅(qū)動的程序設(shè)計有著過程驅(qū)動方法無法替代的優(yōu)點。它是一種面向用戶的程序設(shè)計方法，它在程序設(shè)計過程中除了完成所需功能之外，更多的考慮了用戶可能的各種輸入，并針對性的設(shè)計相應(yīng)的處理程序。它是一種“被動”式程序設(shè)計方法，程序開始運行時，處于等待用戶輸入事件狀態(tài)，然后取得事件并作出相應(yīng)反應(yīng)，處理完畢又返回并處于等待事件狀態(tài)。它的基本模型如圖所示。事件驅(qū)動程序設(shè)計模式Windows下基于消息的事件驅(qū)動編程消息MSG結(jié)構(gòu)是Windows的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包含消息的窗口來源、消息種類、與此消息相關(guān)的附加信息、消息發(fā)生時鼠標(biāo)的位置等。接收和處理消息的是窗口，每個窗口都有一個專門負(fù)責(zé)處理消息的“窗口函數(shù)”。MFC中的事件驅(qū)動編程

微軟基礎(chǔ)類庫(MFC：MicrosoftFoundationClass)是微軟為Windows程序員提供的一個面向?qū)ο蟮腤indows編程接口，它大大簡化了Windows編程工作。MFC通過定義一個消息與處理函數(shù)的對照表，實現(xiàn)了消息處理的分離編程。每當(dāng)產(chǎn)生一個事件，便可以通過這個對照表找到相應(yīng)的消息處理函數(shù)，執(zhí)行這個函數(shù)便完成了相應(yīng)的功能；這樣，程序員不再需要編寫龐大的窗口函數(shù)。因此需要一類特殊的對象，每個對象負(fù)責(zé)在不同狀態(tài)之下根據(jù)自己的任務(wù)完成工作，稱這些類為功能類，具有以下共同特點：都具有接收鍵盤，鼠標(biāo)消息的外部接口都應(yīng)提供一個初始化工作的外部接口Initalize都應(yīng)提供一個做掃尾工作的外部接口Suspend都應(yīng)提供接收自己將被刪除的消息的外部接口Kill提供恢復(fù)臨時的場景的外部接口Draw提供外部接口以完成被重新喚醒之后需要進(jìn)行的操作WakeUp每個功能類有相同的祖先，設(shè)計為虛接口VirtualFunction這種機(jī)制可是實現(xiàn)模塊分解和分工寫作，實現(xiàn)思想：從BaseFunction派生出一個新類，重載其中某些接口就可以完成具體的功能每個從BaseFunction派生出的新類只需負(fù)責(zé)自己的工作每個不同的功能類可以由不同的的單獨開發(fā)而不影響系統(tǒng)的集成文檔類（MFC體系）中設(shè)置功能類對象的隊列，包含當(dāng)前正在運轉(zhuǎn)的功能類對象和之前運轉(zhuǎn)過的對象從一種狀態(tài)A轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)B需要傳劍一個新的功能類的對象b（B類對象），然后將b作為參數(shù)調(diào)用文檔的一個外部接口SetCurrentFunction，完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換SetCurrentFunction：調(diào)用被掛起對象的Kill外部接口；調(diào)用隊列中當(dāng)前功能類對象的Suspend外部接口；最后調(diào)用b的外部接口Initalize，將b壓進(jìn)隊列，成為當(dāng)前功能類對象當(dāng)視圖接受到鼠標(biāo)鍵盤消息，將此消息分發(fā)給文檔類中維護(hù)的當(dāng)前功能類對象。5.2交互式的顯示控制技術(shù)全景顯示旋轉(zhuǎn)平移縮放

本節(jié)內(nèi)容為交互繪圖平臺與顯示相關(guān)的控制技術(shù)，以上機(jī)實現(xiàn)為主。場景充滿窗口的控制方法//得到場景分布區(qū)域的寬度ExtendPoint3DMax,Min;PSceneData->GetBox(Max,Min);//設(shè)置視距viewDisatance=Max.Distance(&Min)*15;//求出場景中心點middlePoint，作為顯示中心點，保證場景能夠顯示在屏幕中心middlePoint=(Max+Min)/2;//求出場景分布區(qū)域x方向的長度dX_Extend和y方向的長度dY_ExtendPSceneData->GetBox(Max,Min);doubleExtend=Max.Distance(&Min);doubledX_Extend=Extend;doubledY_Extend=Extend;//再根據(jù)窗口的寬高比及Y方向的長度,得到X方向的適合窗口寬高比的長度dTmpX_ExtendDoubledTmpX_Extend=dY_Extend*m_dAspectRatio;//設(shè)置near平面和far平面nearestPlaneDistance=viewDistance-Extend/2;farestPlaneDistance=viewDistance+Extend/2;//設(shè)置視寬為X方向長度及Y方向的適合窗口寬高比的長度中小者//保證場景在X方向及Y方向都不會超出視景體viewWidth=max(dX_Extend,dTmpX_Extend)/1.1;//刷新窗口Invalidate();OnLButtonDown(msg){ m_LeftButtonDown=TRUE; m_LeftDownPos=GetMouseLocation(); m_CenterPoint=GetCenterPont(); m_ViewPoint=GetViewPoint();}OnLButtonUp(msg){ m_LeftButtonDown=FALSE;}OnMouseMove(msg){ intdx,dy; dx=m_LeftDownPos.x-GetMouseLocation().x; dy=m_LeftDownPos.y-GetMouseLocation().y; m_LeftDownPos=GetMouseLocation(); VP=m_ViewPoint-m_CenterPoint; doublealfa=3.14*dx/GetClientRect().right; SetViewDirection()VP; m_ViewPoint=GetViewPoint();

Invalidate();}m_LeftButtonDown用來標(biāo)志鼠標(biāo)左鍵是否已被按下。m_LeftDownPos記錄上次鼠標(biāo)移動事件中鼠標(biāo)的位置，用來計算兩次鼠標(biāo)移動的距離。m_CenterPoint,Point3D類型，顯示中心點的坐標(biāo)m_ViewPoint,Point3D類型，視點的位置當(dāng)按下鼠標(biāo)左鍵，旋轉(zhuǎn)操作開始：設(shè)標(biāo)志m_LeftButtonDown為真，表示已經(jīng)處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；記下此時鼠標(biāo)指針的位置，放在m_LeftDownPos中，用來在鼠標(biāo)移動事件中計算兩次鼠標(biāo)位置的移動距離，從而計算出場景旋轉(zhuǎn)的尺度；將此時場景的顯示中心點記入m_CenterPoint中，將視點位置記入m_ViewPoint中。當(dāng)鼠標(biāo)移動時，旋轉(zhuǎn)功能類首先判斷鼠標(biāo)左鍵是否已按下，這可以根據(jù)m_LeftButtonDown的值來確定。若鼠標(biāo)左鍵未按下，則不做任何處理，否則，做如下工作：分別計算上次鼠標(biāo)位置與現(xiàn)在鼠標(biāo)位置在x，y方向的距離，根據(jù)這兩個距離計算場景應(yīng)旋轉(zhuǎn)的尺度，然后按照這個尺度將視圖原來的實現(xiàn)方向（視點減去參考點所得向量）進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，得到新的視線方向VP,并將視圖的視線方向修改為新的值。然后刷新視圖。當(dāng)視圖刷新時，會根據(jù)視點、顯示中心點、視線方向等參數(shù)自動調(diào)整場景的外觀。當(dāng)鼠標(biāo)左鍵抬起時，表示旋轉(zhuǎn)動作結(jié)束。旋轉(zhuǎn)功能類將標(biāo)志m_LeftButtonDown的值設(shè)置FALSE平移操作：OnLButtonDown(msg){ m_LeftButtonDown=TRUE; //確認(rèn)鼠標(biāo)左鍵是否已被按下。

oldCenterPoint=GetCenterPont();//中心點的位置

m_LeftDownPos=GetMouseLocation();//上次鼠標(biāo)移動事件中鼠標(biāo)的位置}OnLButtonUp(msg){ m_LeftButtonDown=FALSE;}OnMouseMove(msg){ if(m_LeftButtonDown) {MouseLocation=GetMouseLocation(); oldPoint=GetWorldCrdByScreenCrd(m_LeftDownPos); newPoint=oldCenterPoint+(GetWorldCrdByScreenCrd(MouseLocation))-oldPoint; Invalidate(); }}設(shè)標(biāo)志m_LeftButtonDown為真，表示已經(jīng)處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；記下此時鼠標(biāo)指針的位置，放在m_LeftDownPos中，用來在鼠標(biāo)移動事件中計算兩次鼠標(biāo)位置的移動距離，從而計算出視圖平移的尺度；將此時場景的顯示中心點記入oldCenterPoint中當(dāng)鼠標(biāo)移動時，視圖平移功能類首先判斷鼠標(biāo)左鍵是否已按下，這可以根據(jù)m_LeftButtonDown的值來確定。若鼠標(biāo)左鍵按下，計算上次鼠標(biāo)位置對應(yīng)的世界坐標(biāo)，計算本次鼠標(biāo)位置對應(yīng)的世界坐標(biāo)，求得兩次鼠標(biāo)位置在世界坐標(biāo)系中的距離向量，將此向量加到場景的顯示中心點上，得到場景新的顯示中心點。最后刷新場景?？s放操作OnLButtonDown(msg){ m_LeftButtonDown=TRUE; //確認(rèn)鼠標(biāo)左鍵是否已被按下。

m_LeftDownPos=GetMouseLocation();//上次鼠標(biāo)移動事件中鼠標(biāo)的位置

oldWidth=GetCenterWidth();//縮放之前視口的寬度}OnLButtonUp(msg){ m_LeftButtonDown=FALSE;}OnMouseMove(msg){ if(m_LeftButtonDown) { dy=m_LeftDownPos.y-GetMouseLocation().y; ScalingFactor=dy/msg.GetView()->GetClientRect().bottom; newWidth=oldWidth*(1+ScalingFactor); SetViewWidth(newwidth); InvalidateRect(NULL,FALSE); }}5.3交互式的圖形生成技術(shù)

坐標(biāo)的輸入技術(shù)將二維計算機(jī)屏幕的鼠標(biāo)位置轉(zhuǎn)換為三維世界坐標(biāo)。

橡皮筋技術(shù)實現(xiàn)橡皮筋技術(shù)主要有兩種方法：基于異或操作的橡皮筋技術(shù)；基于緩沖區(qū)的橡皮筋技術(shù)；5.4交互式的圖形編輯技術(shù)利用鼠標(biāo)動作來改變圖形選中圖形的方法5.4交互式的圖形編輯技術(shù)5.4交互式的圖形編輯技術(shù)圖形元素拾取辦法：靜態(tài)選擇功能類動態(tài)選擇功能類5.4交互式的圖形編輯技術(shù)靜態(tài)選擇功能類偽代碼實現(xiàn)：（1）構(gòu)造函數(shù)m_pElementSet=pElementSet；//接收外部提供的待選擇圖元集合m_pElement=pElement；//接受外部提供的預(yù)選取對象If(m_pElement!=NULL)SetSelectedElement(m_pElement)//將用戶指定的默認(rèn)選中元素賦給成員變量，并高亮顯示默認(rèn)被選中元素5.4交互式的圖形編輯技術(shù)（2）數(shù)據(jù)成員ElementSet*m_pElementSet;//圖形元素集合，將從這些圖元中挑出被選中者，放到m_pElement中Element*m_pElement;//將被選中的圖元放在這個成員變量中（3）鼠標(biāo)左鍵處理//利用某種機(jī)制從待選擇元素集合中選擇出鼠標(biāo)指向的圖形元素Element*pEI=GetElementFromSelection(m_pElementSet,GetMouseLocation());If(pEI==m_pSelectedElement)return;//恢復(fù)屏幕背景，然后高亮顯示被選中的元素。If(pEI!=NULL)SetSelectedElement(pEI);5.4交互式的圖形編輯技術(shù)動態(tài)選擇功能類（1）數(shù)據(jù)成員ElementSet*m_pElementSet;//圖形元素集合，將從這些圖元中挑出被選中者，放到m_pElement中Element*m_pElement;//將被選中的圖元放在這個成員變量中（2）鼠標(biāo)移動處理//利用某種機(jī)制從待選擇元素集合中選擇出鼠標(biāo)指向的圖形元素Element*pEI=GetElementFromSelection(m_pElementSet,GetMouseLocation());If(pEI==m_pSelectedElement)return;If(pEI!=NULL)SetSelectedElement(pEI);5.4交互式的圖形編輯技術(shù)5.5OpenGL對圖形交互的支持三維坐標(biāo)輸入－－OpenGL提供反向坐標(biāo)變換(gluUnProject)實現(xiàn)橡皮筋技術(shù)－－OpenGL的雙緩存機(jī)制三維圖形的編輯及三維目標(biāo)實體的拾?。璒penGL提供了一種簡單直觀的選擇機(jī)制，能夠很容易的實現(xiàn)三維場景中任一圖形元素的選取。

5.5OpenGL對圖形交互的支持

用OpenGL的反向坐標(biāo)變換實現(xiàn)三維坐標(biāo)輸入

函數(shù)gluUnProject能夠?qū)indows屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為場景中的三維世界坐標(biāo)。該函數(shù)需要指定如下參數(shù)：視口的原點(X,Y坐標(biāo))及視口寬度(width)與高度(height)當(dāng)前顯示三維場景所使用的模型視圖變換矩陣(TheModelviewMatrix)當(dāng)前顯示三維場景所使用的投影變換矩陣(TheProjectionMatrix)Windows窗口坐標(biāo)存儲三維坐標(biāo)的變量(posX，posY，posZ)5.5OpenGL對圖形交互的支持視口信息：獲得視口左上角坐標(biāo)(x,y)和視口寬度

width及高度height Glintviewport[4];//存儲視口相關(guān)信息glGetIntegerv(GL_VIEWPORT,viewport);//檢索(x,y,width,height)調(diào)用成功后viewport數(shù)組四個元素將分別為x,y,width,height模型視圖變換矩陣：OpenGL圖元頂點的世界坐標(biāo)如何變換到視坐標(biāo)。

GLdoublemodelview[16];//存儲模型視圖變換矩陣的16個值

glGetDouble(GL_MODELVIEW_MATRIX,modelview) //檢索模型視圖矩陣5.5OpenGL對圖形交互的支持投影矩陣：將頂點的視坐標(biāo)變換為剪裁坐標(biāo)

GLdoubleprojection[16];//存儲投影矩陣的16個值

glGetDouble(GL_PROJECTION_MATRIX,projection) //檢索模型視圖矩陣

5.5OpenGL對圖形交互的支持Windows屏幕坐標(biāo)：為要變換撐三維坐標(biāo)的數(shù)據(jù)來源，了解當(dāng)前鼠標(biāo)的位置CPointmouse;::GetCursorPos(&mouse);ScreenToClient(hWnd,&mouse);GLfloatwinX,winY,winZ;winX=(float)mouse.x;winY=(float)mouse.y;因為Windows窗口(0,0)從左上角開始，而OpenGL從左下角開始，所以winY=(float)viewport[3]-winY;winZ：通過glReadPixel(winX,winY,1,1,GL_DEPTH_COMPONENT,GL_GLOAT,&winZ)得到5.5OpenGL對圖形交互的支持存儲三維坐標(biāo)的變量進(jìn)行方向坐標(biāo)變換實現(xiàn)三維坐標(biāo)輸入的完整子程序：Point3DGetOGLPos(intx