基于OpenGL的机械原理实验仿真软件开发
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摘要
本文论述了如何在Wndows 9x/NT环境下，通过Visual C++调用OpenGL
图形库中的函数，开发机械原理实验三维运动仿真CAI软件的方法。其目的是
在计算机上虚拟实现传统的机械原理实验。
本文首先简要介绍了三维绘图所使用的主要工具OpenGL的功能、工作结
构、绘制原理及其在Windows中的实现方法。阐述了机械原理实验仿真软件开
发的总体设计思想、仿真软件的构架和各个功能模块及软件界面设计。研究了
结合面向对象技术和三维可视化技术开发交互式运动仿真的原理和应用，并提
出了相应的解决方案。
本课题完成了机械原理课程中几个典型实验的运动仿真。将该系统与机
构运动学理论相结合，根据常用机构几何参数建立数学模型后，对其进行参数
化三维造型，形成具有真实感的机构三维模型。然后根据输入的机构参数，采
用运动的动画显示技术动态地绘制出机构的图像并展现机构在每一位置的运
动情况，即做到实时三维变参数设计。研究的具体范围包括平面连杆机构、
空间连杆机构、凸轮机构和齿轮机构等。
最后，本文就研究中取得的成果和存在的不足进行了总结，并对后续的
相关研究提出了建议。
This paper discusses how to develop the 3D graphical athletics simulation CAl
software of mechanical experiment by Visual C++ calling the functions in OpenGL
under the environment of Windows 9xJNT. The purpose of this paper is to fulfill
vitual mechanical experiment in computer.
Firstly, this paper concisly introduces OpenGL, which is a 3D graphical tool,
about its function, working structute, drawing theory and implementing method in
Windows system. Then it describes the total design thought , frame, function
module and interface style of the simulation software of mechanical experiment. In
the following, this paper discusses the principle and application of developing
interactive athletics simulation with Objected-oriented programming and 3D
visualization, and some relevant solutions are proposed.
In this paper, the athletics simulation of some typical experiment in the course
of Mechanicsl Theory are worked out. Through combining this system and the
theory of mechanism kinematics, 3D parametric modeling of common mechanism is
carried out after building mathematics model according to mechanism structure
parameters, and 3D mechanism model with real effectiveness is formed. Then
according to the mechanism parameter which user inputs, the software adopts
athletic animation displaying technique to dynamically draw the image of
mechanism, and shows the atheletic condition of the mechanism in each position,
realizing real-time 3D parametric design. The scope of this research includes planar
linkages, spatial linkages, cam mechanisms and gear mechanisms.
At last, Progress and shortcoming of studies presented in this paper are
concluded, ongoing research works are proposed.
图形库中的函数，开发机械原理实验三维运动仿真CAI软件的方法。其目的是
在计算机上虚拟实现传统的机械原理实验。
本文首先简要介绍了三维绘图所使用的主要工具OpenGL的功能、工作结
构、绘制原理及其在Windows中的实现方法。阐述了机械原理实验仿真软件开
发的总体设计思想、仿真软件的构架和各个功能模块及软件界面设计。研究了
结合面向对象技术和三维可视化技术开发交互式运动仿真的原理和应用，并提
出了相应的解决方案。
本课题完成了机械原理课程中几个典型实验的运动仿真。将该系统与机
构运动学理论相结合，根据常用机构几何参数建立数学模型后，对其进行参数
化三维造型，形成具有真实感的机构三维模型。然后根据输入的机构参数，采
用运动的动画显示技术动态地绘制出机构的图像并展现机构在每一位置的运
动情况，即做到实时三维变参数设计。研究的具体范围包括平面连杆机构、
空间连杆机构、凸轮机构和齿轮机构等。
最后，本文就研究中取得的成果和存在的不足进行了总结，并对后续的
相关研究提出了建议。
This paper discusses how to develop the 3D graphical athletics simulation CAl
software of mechanical experiment by Visual C++ calling the functions in OpenGL
under the environment of Windows 9xJNT. The purpose of this paper is to fulfill
vitual mechanical experiment in computer.
Firstly, this paper concisly introduces OpenGL, which is a 3D graphical tool,
about its function, working structute, drawing theory and implementing method in
Windows system. Then it describes the total design thought , frame, function
module and interface style of the simulation software of mechanical experiment. In
the following, this paper discusses the principle and application of developing
interactive athletics simulation with Objected-oriented programming and 3D
visualization, and some relevant solutions are proposed.
In this paper, the athletics simulation of some typical experiment in the course
of Mechanicsl Theory are worked out. Through combining this system and the
theory of mechanism kinematics, 3D parametric modeling of common mechanism is
carried out after building mathematics model according to mechanism structure
parameters, and 3D mechanism model with real effectiveness is formed. Then
according to the mechanism parameter which user inputs, the software adopts
athletic animation displaying technique to dynamically draw the image of
mechanism, and shows the atheletic condition of the mechanism in each position,
realizing real-time 3D parametric design. The scope of this research includes planar
linkages, spatial linkages, cam mechanisms and gear mechanisms.
At last, Progress and shortcoming of studies presented in this paper are
concluded, ongoing research works are proposed.
引文
1． 廖朵朵，张华军．OpenGL三维图形设计．星球地图出版社，1996
2． 向世明．OpenGL编程与实例．电子工业出版社，1999． 9
3． 白建军，朱亚平等．OpenGL三维图形设计与制作，1999． 8
4． 林锐，石教英．基于OpenGL的场景管理、三维交互与用户界面设计．计算 机应用研究，2000． 5
5． 李华忠，洪炳熔，杨维萍．空间站大臂机械手遥控与自主共享的控制系统及 其仿真．计算机应用研究，1999． 4
6． 伍铁军，周来水，周儒荣．用OpenGL实现几何模型真实感图形显示．计算 机工程与应用，1999． 11
7． 王哲，张益民，王知行．具有真实感的常用机构实时三维运动仿真微机系统． 吉林工业大学自然科学学报，1999． 1． vol．29
8． 刘桀．在MFC中使用OpenGL．电脑与信息技术，1999第4期
9． 朱亚平，白建军，边晓东等．OpenGL编程实例．人民邮电出版社，1999． 6
10． 李超，陈武凡．微机上OpenGL的应用研究．计算机应用研究，1999． 10
11． 贾志刚．精通OpenGL．电子工业出版社，1998
12． 陈文英，马光宇．利用OpenGL开发视景仿真软件系统．电脑编程技巧与维 护，1999． 1
13． 张利浩，王勇．基于OpenGL的三维字体显示方法．电脑编程技巧与维护， 2000． 4
14． 骆锐，郑军．用C++Builder4． 0结合OpenGL开发三维图形．计算机工程， 1999． 9． Vol．25
15． Andries Van Dam and Dick Puk. The History of Computer Graphics Standards Development. Computer Graphics, Feb. 1998．
16． Mason Woo, Neider Jackie, and Tom Davis. OpenGL Programing Guide. Silicon Graphics Inc., 1997．
17． Grain, Dennis. Windows NT OpenGL:Getting Started. Microsoft System Journal 9, Apr. 1994．
18． Prosise, Jeff. Advanced 3D Graphics for Windows NT3． 5: Introduce the OpenGL Interface, Part Ⅰ. Microsoft System Journal 9, Oct. 1994．
19． Prosise, Jeff. Advanced 3D Graphics for Windows NT3． 5: The OpenGL Interface, Part Ⅱ. Microsoft System Journal 9, Nov. 1994．
20． Silicon Graphics Inc. OpenGL reference manual. Addison Wesley, 1993．
21． Clayton Walnum. 3D Graphics Programming with OpenGL TM.QUE
22． Kenneth R. Cantleman. Digital Image Processing. Prentice Hall, 1996．
23． Edward Angel. Teaching a Three-Dimensional Computer Graphics Course Using OpenGL, Computer Graphics, August 1997．
24． Mark J.Kilgard. OpenGL Programming for the X Window System, Addison Wisley, 1996．
25． Chris Hand. A Survey of 3D Interaction Techniques, Computer Graphics Forum, vol.16, NO.5,1997．
26． 孙恒，陈作模主编．机械原理(第5版)．高等教育出版社，1996． 5
27． 华大年，唐之伟．机构分析与设计．纺织工业出版社，1985． 5
28． 汪凯，涂国芳．机械原理计算机辅助设计．华南理工大学出版社．1989． 3
29． 《机械原理电算程序集》编写组编．机械原理电算程序集．高等教育出版社， 1987． 11
30． 陈健，孙兰凤等．虚拟现实技术的现状与展望．天津纺织工学院学报，1998． 2
31． 刘锦德，敬万钧．关于虚拟现实-核心概念与工作定义．计算机应用，1999． 5
32． 刘锋锋，陈晰．虚拟现实与教育．实验室研究与探索，1999． 3
33． 李力．论21世纪学习环境的走向：从实到虚．现代远距离教育，1999． 3
34． 郭健强，龚杰民．构件软件与面向对象技术．西安电子科技大学学报， 1998． 12
35． 罗大卫．基于软部件和构架技术的CAI软件．现代计算机，1999
36． 蔡希尧．软件技术的最新发展及其特征．电子科技导报，1999． 10
37． 周建军，李建涛．论述面向对象技术在软件设计中的应用．电讯技术，1998． 6
38． 董剑利，牛兰庆．面向对象的方法及其精髓．甘肃教育学院学报(自然科学 版)，1999． 4
39． 敖志刚，王可定等．先进的计算机仿真新技术．现代计算机，1997． 2
40． 贾 洞，朱建新．面向对象系统的若干特性探讨．微机发展，1999． 1
41． 郑盛梓，桂贵生．虚拟数控加工过程的研究．组合机床与自动化加工技术， 2000． 1
42． 曹奎，万年庆，袁俊红．面向实验教学的多媒体CAI课件的设计与实现．信 阳师范学院学报(自然科学版)，1998． 4
43． 李力．创建远程教育中实验教学体系的探讨．实验室研究与探索，1999． 5
44． 朱志辉，梁挺勤等．网上CAI．广州师院学报(自然科学版)，第20卷，第7期
45． 薛松，杨彬，赵栋伟等．Visual C++6． 0编程实例．人民邮电出版社，1999． 8
46． Visual C++6． 0编程高手．北京希望电子出版社，1999． 6
47． 赵仕健Visual C++6． 0编程与实例精解．科学出版社．2000． 3
48． David J．Kruglinski，Scot Wingo．Programming Visual C++6． 0技术内幕(第5版)． 北京希望电脑公司，北京希望电子出版社，1999． 6
49． David J．Kruglinski，Scot Wingo，George Sheperd．Programming Visual C++6． 0 技术内幕．北京希望电子出版社，1999．
2． 向世明．OpenGL编程与实例．电子工业出版社，1999． 9
3． 白建军，朱亚平等．OpenGL三维图形设计与制作，1999． 8
4． 林锐，石教英．基于OpenGL的场景管理、三维交互与用户界面设计．计算 机应用研究，2000． 5
5． 李华忠，洪炳熔，杨维萍．空间站大臂机械手遥控与自主共享的控制系统及 其仿真．计算机应用研究，1999． 4
6． 伍铁军，周来水，周儒荣．用OpenGL实现几何模型真实感图形显示．计算 机工程与应用，1999． 11
7． 王哲，张益民，王知行．具有真实感的常用机构实时三维运动仿真微机系统． 吉林工业大学自然科学学报，1999． 1． vol．29
8． 刘桀．在MFC中使用OpenGL．电脑与信息技术，1999第4期
9． 朱亚平，白建军，边晓东等．OpenGL编程实例．人民邮电出版社，1999． 6
10． 李超，陈武凡．微机上OpenGL的应用研究．计算机应用研究，1999． 10
11． 贾志刚．精通OpenGL．电子工业出版社，1998
12． 陈文英，马光宇．利用OpenGL开发视景仿真软件系统．电脑编程技巧与维 护，1999． 1
13． 张利浩，王勇．基于OpenGL的三维字体显示方法．电脑编程技巧与维护， 2000． 4
14． 骆锐，郑军．用C++Builder4． 0结合OpenGL开发三维图形．计算机工程， 1999． 9． Vol．25
15． Andries Van Dam and Dick Puk. The History of Computer Graphics Standards Development. Computer Graphics, Feb. 1998．
16． Mason Woo, Neider Jackie, and Tom Davis. OpenGL Programing Guide. Silicon Graphics Inc., 1997．
17． Grain, Dennis. Windows NT OpenGL:Getting Started. Microsoft System Journal 9, Apr. 1994．
18． Prosise, Jeff. Advanced 3D Graphics for Windows NT3． 5: Introduce the OpenGL Interface, Part Ⅰ. Microsoft System Journal 9, Oct. 1994．
19． Prosise, Jeff. Advanced 3D Graphics for Windows NT3． 5: The OpenGL Interface, Part Ⅱ. Microsoft System Journal 9, Nov. 1994．
20． Silicon Graphics Inc. OpenGL reference manual. Addison Wesley, 1993．
21． Clayton Walnum. 3D Graphics Programming with OpenGL TM.QUE
22． Kenneth R. Cantleman. Digital Image Processing. Prentice Hall, 1996．
23． Edward Angel. Teaching a Three-Dimensional Computer Graphics Course Using OpenGL, Computer Graphics, August 1997．
24． Mark J.Kilgard. OpenGL Programming for the X Window System, Addison Wisley, 1996．
25． Chris Hand. A Survey of 3D Interaction Techniques, Computer Graphics Forum, vol.16, NO.5,1997．
26． 孙恒，陈作模主编．机械原理(第5版)．高等教育出版社，1996． 5
27． 华大年，唐之伟．机构分析与设计．纺织工业出版社，1985． 5
28． 汪凯，涂国芳．机械原理计算机辅助设计．华南理工大学出版社．1989． 3
29． 《机械原理电算程序集》编写组编．机械原理电算程序集．高等教育出版社， 1987． 11
30． 陈健，孙兰凤等．虚拟现实技术的现状与展望．天津纺织工学院学报，1998． 2
31． 刘锦德，敬万钧．关于虚拟现实-核心概念与工作定义．计算机应用，1999． 5
32． 刘锋锋，陈晰．虚拟现实与教育．实验室研究与探索，1999． 3
33． 李力．论21世纪学习环境的走向：从实到虚．现代远距离教育，1999． 3
34． 郭健强，龚杰民．构件软件与面向对象技术．西安电子科技大学学报， 1998． 12
35． 罗大卫．基于软部件和构架技术的CAI软件．现代计算机，1999
36． 蔡希尧．软件技术的最新发展及其特征．电子科技导报，1999． 10
37． 周建军，李建涛．论述面向对象技术在软件设计中的应用．电讯技术，1998． 6
38． 董剑利，牛兰庆．面向对象的方法及其精髓．甘肃教育学院学报(自然科学 版)，1999． 4
39． 敖志刚，王可定等．先进的计算机仿真新技术．现代计算机，1997． 2
40． 贾 洞，朱建新．面向对象系统的若干特性探讨．微机发展，1999． 1
41． 郑盛梓，桂贵生．虚拟数控加工过程的研究．组合机床与自动化加工技术， 2000． 1
42． 曹奎，万年庆，袁俊红．面向实验教学的多媒体CAI课件的设计与实现．信 阳师范学院学报(自然科学版)，1998． 4
43． 李力．创建远程教育中实验教学体系的探讨．实验室研究与探索，1999． 5
44． 朱志辉，梁挺勤等．网上CAI．广州师院学报(自然科学版)，第20卷，第7期
45． 薛松，杨彬，赵栋伟等．Visual C++6． 0编程实例．人民邮电出版社，1999． 8
46． Visual C++6． 0编程高手．北京希望电子出版社，1999． 6
47． 赵仕健Visual C++6． 0编程与实例精解．科学出版社．2000． 3
48． David J．Kruglinski，Scot Wingo．Programming Visual C++6． 0技术内幕(第5版)． 北京希望电脑公司，北京希望电子出版社，1999． 6
49． David J．Kruglinski，Scot Wingo，George Sheperd．Programming Visual C++6． 0 技术内幕．北京希望电子出版社，1999．
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