糧情監(jiān)控軟件中一種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

陳亞霖

（河南工業(yè)大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育管理中心，河南 鄭州 450001）

0 引言

糧情監(jiān)控系統(tǒng)是利用現(xiàn)代電子和計算機(jī)技術(shù)，在糧食儲藏過程中實(shí)現(xiàn)對糧情的實(shí)時檢測，將檢測數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，進(jìn)行分析處理，目前主要包括：糧堆溫度、濕度、蟲害、氣體成分等指標(biāo)的全面監(jiān)控.從計算機(jī)技術(shù)的范疇來分析，糧情監(jiān)控系統(tǒng)[1]分為硬件部分和軟件部分.在保障糧食安全的迫切需求下，全國60%以上的中央、省級地方糧庫已經(jīng)配備了自動化的糧情監(jiān)控系統(tǒng)，中央儲備糧庫已經(jīng)全部配備了糧情監(jiān)控系統(tǒng).而當(dāng)前糧情監(jiān)控系統(tǒng)的軟件都是采用傳統(tǒng)的菜單、表格和統(tǒng)計圖形界面，作者主要探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的一種用仿3D效果的2D圖形技術(shù)[2]在糧情監(jiān)控軟件中的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)，從而在計算機(jī)上更加真實(shí)地呈現(xiàn)糧情監(jiān)控信息.

1 主要技術(shù)和開發(fā)工具

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng).建立一種新的用戶界面，用戶可以置身于計算機(jī)構(gòu)建的三維環(huán)境中，并可以通過眼、手、耳或特殊的空間三維裝置在這個環(huán)境中漫游.虛擬現(xiàn)實(shí)將用戶和計算機(jī)視為一個整體，通過各種直觀的工具將信息進(jìn)行可視化，形成一個逼真的環(huán)境，用戶可置身于這種三維的信息空間中自由地使用各種信息，并由此控制計算機(jī)[3].本文采用2D圖形技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D效果是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一種具體實(shí)現(xiàn).

2D圖形技術(shù)也叫二維圖形技術(shù).2D圖形內(nèi)容有水平的X軸向與垂直的Y軸向.最顯著的特征是所有圖形元素是以平面圖片的形式制作，這些圖形元素最終都以復(fù)雜的聯(lián)系方式在軟件中進(jìn)行調(diào)用而實(shí)現(xiàn)虛擬世界中豐富的內(nèi)容.

3D圖形技術(shù)也叫三維圖形技術(shù).3D圖形內(nèi)容有水平的X軸向與垂直的Y軸向，還有進(jìn)深的Z軸向.與二維的區(qū)別是三維圖形可以從各個角度去表現(xiàn)模型，虛擬世界中的每個物體被看作立體的對象，由若干個幾何多邊體構(gòu)成.理論上，三維圖形的立體感、光影效果要比二維平面圖形要好.

Windows API（Application Programming Interface，應(yīng)用程序編程接口）是用來控制Windows的各個部件的外觀和行為的一些預(yù)先定義的函數(shù)，目的是供應(yīng)用程序與開發(fā)人員基于某軟件或硬件的以訪問一組例程的能力，而無需訪問資源碼，或理解內(nèi)部工作機(jī)制的細(xì)節(jié).凡是在Windows工作環(huán)境下執(zhí)行的程序，都可以調(diào)用Windows API[4].API函數(shù)大致分為6類：基礎(chǔ)服務(wù)類、公共控件庫、圖形設(shè)備接口、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、用戶界面、Windows Shell函數(shù).本文論述的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在具體程序?qū)崿F(xiàn)過程中除了文中提及的幾個核心的關(guān)于圖形和文字處理的API函數(shù)外，還應(yīng)用到了大量其他的API函數(shù).API函數(shù)與計算機(jī)操作系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的邏輯關(guān)系見圖1.

圖1 API函數(shù)與計算機(jī)系統(tǒng)的邏輯關(guān)系

2 具體實(shí)現(xiàn)

在具體的圖形呈現(xiàn)中，為了能夠使用二維的圖形技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維的效果，經(jīng)歷以下5個步驟.

圖2 3D MAX制作生成3D立筒倉模型

2.1 構(gòu)建建筑物3D模型

為實(shí)現(xiàn)逼真的三維效果，首先構(gòu)建糧倉的3D模型，向糧庫或者糧庫設(shè)計院收集建筑單體及規(guī)劃的工程圖紙，沒有工程圖紙的可以根據(jù)大比例尺航攝相片、地形圖文件，將單個建筑物的輪廓線從攝取照片中提取.使用AutoCAD對資料進(jìn)行校正，用3D MAX制作生成3D糧倉模型[5]，如圖2所示.為增加模型的逼真效果，把取自實(shí)際環(huán)境的數(shù)碼照片作為紋理，要作為紋理的圖片長度和寬度像素值均設(shè)為2的整數(shù)次冪，以保證模型在漫游中紋理不發(fā)生扭曲變形.

2.2 將建筑立體模型轉(zhuǎn)換成圖標(biāo)

確定場景角度，使用3D MAX軟件，對生成的3D模型進(jìn)行抓拍圖片，圖片的背景顏色進(jìn)行統(tǒng)一處理，使得背景顏色是一個唯一的顏色值.制作成合適大小的圖標(biāo).本文的糧倉圖標(biāo)大小為20×30（像素），背景圖標(biāo)大小為20×20，辦公樓圖標(biāo)的大小為20×20，保存為bmp格式的文件，載入資源文件，供編程調(diào)用.

2.3 構(gòu)建糧庫場景配置文件

構(gòu)建糧庫場景的配置信息文件Buildings.ini.該文件是對糧庫庫區(qū)內(nèi)所有主要建筑物單體的配置文件，包括一個糧庫庫區(qū)里面的種類數(shù)量，不同建筑物的圖形參數(shù)配置.每個建筑的相關(guān)文字描述，需要的圖形資源的資源號等信息等都包含在配置文件中，該配置文件在初始化糧庫場景資源時被調(diào)用.在一個糧庫庫區(qū)內(nèi)，一般主要包括小公園、辦公樓、糧倉（立筒倉、淺圓倉、平房倉）等建筑物.

2.4 構(gòu)建cBuilding類

單體建筑物的相關(guān)信息在糧情監(jiān)控軟件中將被很多地方調(diào)用，因而使用面向?qū)ο蟮姆椒?，用cBuilding類封裝單體建筑的屬性值是一個最佳選擇，該類還有效地實(shí)現(xiàn)了糧倉建筑信息和屏幕顯示資源、鼠標(biāo)等計算機(jī)資源的聯(lián)系.cBuilding類的屬性值主要包括建筑物的主鍵值、名稱、類型、文字描述，生成的建筑物圖形在屏幕上顯示的鼠標(biāo)信息和坐標(biāo)位置信息等.

2.5 實(shí)現(xiàn)場景顯示的代碼

構(gòu)建 Render()函數(shù)用來實(shí)現(xiàn)糧庫的圖形場景.當(dāng)建筑物在顯示屏幕的坐標(biāo)范圍以內(nèi)時，依據(jù)系統(tǒng)坐標(biāo)繪制系統(tǒng)建筑，如果某個建筑被鼠標(biāo)選中，繪制鼠標(biāo)覆蓋時的效果，繪制建筑物相關(guān)屏幕提示信息.在屏幕坐標(biāo)系統(tǒng)中繪制糧庫圖形場景，主要用到了BitBlt函數(shù)、TransparentBlt函數(shù)、和TextOut函數(shù)等Windows Api函數(shù).

在生成背景圖案和單體建筑物時，用到BitBlt函數(shù).這個函數(shù)對指定的源設(shè)備環(huán)境區(qū)域中的像素進(jìn)行位塊（bit_block）轉(zhuǎn)換，以傳送到目標(biāo)設(shè)備環(huán)境.

當(dāng)某個建筑物被鼠標(biāo)選中，實(shí)現(xiàn)不同顯示效果時，用到TransparentBlt函數(shù).這個函數(shù)對指定的源設(shè)備環(huán)境中的矩形區(qū)域像素的顏色數(shù)據(jù)進(jìn)行位塊（bit_block）轉(zhuǎn)換，并將結(jié)果置于目標(biāo)設(shè)備環(huán)境.

在圖形環(huán)境中所有的靜態(tài)和動態(tài)的文字描述信息都調(diào)用TextOut函數(shù).這個函數(shù)用當(dāng)前選擇的字體、背景顏色和正文顏色將一個字符串寫到屏幕上指定的位置.

Render()函數(shù)的程序流程如圖3所示.

圖3 實(shí)現(xiàn)場景顯示的程序流程

2.6 實(shí)現(xiàn)的糧庫局部場景

圖4 是一個淺圓倉的庫區(qū)圖形，有道路、辦公樓和8個淺圓倉.當(dāng)鼠標(biāo)移動到淺圓倉上時，有藍(lán)色光標(biāo)覆蓋在被選定的淺圓倉，鼠標(biāo)單擊該淺圓倉，彈出該倉的基本信息和糧情檢測信息.

圖4 庫區(qū)場景軟件界面

3 結(jié)束語

本文在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面做出了有益的探索，論述應(yīng)用2D圖像技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D效果的方法，已經(jīng)在糧情軟件的開發(fā)中得到了實(shí)現(xiàn)，并且投入到實(shí)際使用當(dāng)中.糧情監(jiān)控軟件開發(fā)中用到該技術(shù)，將極大提高軟件的視覺效果，為提升糧情監(jiān)控軟件的整個庫區(qū)的呈現(xiàn)提供一種有效的方法.

［1］ 王立根，王貴甫．糧情測控技術(shù)及其發(fā)展［J］．計算機(jī)應(yīng)用與軟件，2010，27（5）：152-154.

［2］ 徐志強(qiáng).2D技術(shù)在圖形編輯中的應(yīng)用［J］.華東冶金學(xué)院學(xué)報，2000，17（1）:46-49.

［3］ 祝玉華.三維糧庫管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［J］.華北水利水電學(xué)院學(xué)報，2011（4）：140-142.

［4］ 劉炳文.Visual Basic 6.0 Win32 API［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2001.

［5］ 張強(qiáng)，陳亞霖.三維設(shè)計應(yīng)用教程［M］.鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2008.