關(guān)鍵詞:MFC;OpenGL;繪圖系統(tǒng);C++面向?qū)ο?/p>
中圖法分類號:TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
1概述
MFC 是微軟公司開發(fā)的一個(gè)類庫,以C++類的形式封裝了Windows 的API,并且包含一個(gè)應(yīng)用程序框架,以減少應(yīng)用程序開發(fā)人員的工作量。其中,MFC包含大量Windows 句柄封裝類和很多Windows 的內(nèi)建控件和組件的封裝類[1] 。
OpenGL 是一個(gè)開放式圖形庫,是用于渲染2D 和3D 矢量圖形的跨語言、跨平臺的應(yīng)用程序編程接口,是一個(gè)功能強(qiáng)大、支持底層繪制和造型能力的軟件圖形函數(shù)庫。它獨(dú)立于硬件和窗口系統(tǒng),為程序員進(jìn)行圖形學(xué)相關(guān)的程序編寫提供了極大的幫助[2] 。
繪圖軟件一般指基于計(jì)算機(jī)繪制圖形的軟件,如Windows 自帶的畫圖軟件等。它的開發(fā)語言和技術(shù)已經(jīng)十分成熟。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于基本類庫MFC 和OpenGL 圖形庫面向?qū)ο蟮亩S圖形繪制應(yīng)用程序,可以實(shí)現(xiàn)繪圖的功能同時(shí)也可以讓軟件開發(fā)人員對軟件開發(fā)過程有進(jìn)一步了解。
2軟件開發(fā)環(huán)境
軟件主要使用C++編程語言編寫,使用了C++的基本庫類MFC 和圖形庫OpenGL 以及C++常用庫;開發(fā)軟件的操作系統(tǒng)環(huán)境為Windows 10;軟件的集成開發(fā)環(huán)境為Viusal Studio 2017;軟件開發(fā)的硬件環(huán)境為16GB 內(nèi)存,intel Core i5?9400F CPU(2.9GHz);軟件支持跨平臺使用,可以在不同操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)功能,同時(shí)可以進(jìn)行本地保存[3] 。
3系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用了C++編程語言以及面向?qū)ο蟮木幊田L(fēng)格,其基本思想是將現(xiàn)實(shí)世界的事物抽象成對象,現(xiàn)實(shí)世界中的關(guān)系抽象成類、繼承,幫助人們實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)世界的抽象與數(shù)字建模。通過面向?qū)ο蟮姆椒?,更利于用人理解的方式對?fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)與編程。同時(shí),面向?qū)ο竽苡行岣呔幊痰男剩ㄟ^封裝技術(shù),可以更高效地開發(fā)出一個(gè)全新的系統(tǒng)[4] 。本系統(tǒng)主要包含以下文件。
Drawing_system.h:應(yīng)用程序的主頭文件。其中,包括其他項(xiàng)目特定的標(biāo)頭(包括Resource.h),并聲明Drawing_system 應(yīng)用程序類。
Drawing_system.cpp:包含應(yīng)用程序類CDrawing_system 的主應(yīng)用程序源文件。
MainFrm.h,MainFrm.cpp: 包含框架類CMainFrame,該類派生自CMDIFrameWnd 并控制所有MDI框架功能。
ChildFrm. h,ChildFrm. cpp: 定義并實(shí)現(xiàn)CChildFrame 類,該類支持MDI 應(yīng)用程序中的子窗口。
Drawing_systemDoc.h、Drawing_systemDoc.cpp:包含CGraphics_WorkDoc 類。編輯這些文件以添加特殊文檔數(shù)據(jù),并實(shí)現(xiàn)文件保存和加載(通過CGraphics_WorkDoc::Serialize)。
Drawing_SystemView.h、Drawing_systemView.cpp:包含CGraphics_WorkView 類。CGraphics_WorkView對象用于查看CGraphics_WorkDoc 對象。
LogDialog 類:實(shí)現(xiàn)了對話框的各種主要參數(shù)的設(shè)置,同時(shí)加入了消息處理機(jī)制,與其他模塊相互連接。
通過在以上文件中進(jìn)行基礎(chǔ)類、全局變量、臨時(shí)對象的申明,再結(jié)合OpenGL 庫的函數(shù)調(diào)用,通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的思想實(shí)現(xiàn)圖片的繪制:先由基礎(chǔ)的點(diǎn)、線、多邊形,加上色彩的渲染,將這些基本圖元最終組合成一個(gè)完整的圖形。同時(shí),提供撤銷、恢復(fù)、清空等功能,讓用戶擁有更好的使用體驗(yàn),讓程序更加健壯。此外,在圖形繪制完成后,可以將繪制的圖形存儲成規(guī)定的模式,關(guān)閉軟件后在下一次打開時(shí)再進(jìn)行進(jìn)一步編輯[5~8] 。
4軟件的功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)的功能主要分為以下幾個(gè)模塊,即簡單圖元繪制、自由曲線繪制、橡皮擦、顏色選擇、清空、撤銷與恢復(fù)。
(1)簡單圖元繪制
在簡單圖元繪制模塊中運(yùn)用OpenGL 庫相關(guān)的函數(shù)以及消息處理機(jī)制,實(shí)現(xiàn)一部分內(nèi)置基本圖元的繪制,如直線、三角形、矩形、圓形等。如圖1 所示,這些圖原是系統(tǒng)內(nèi)部自帶的圖形。每一種圖元可以使用一個(gè)容器進(jìn)行保存。OpenGL 繪制簡單圖形結(jié)構(gòu)如下。
glBegin(GL_LINES);∥繪制直線
glVertex3f(0.0, 0.0, 0.0);
glVertex3f(1.0, 1.0, 0.0);
glEnd();
glBegin(GL_POLYGON);
glVertex3f(20.0, 10.0, 0.0);∥繪制多邊形
glVertex3f(60.0, 30.0, 0.0);
glVertex3f(70.0, 45.0, 0.0);
glVertex3f(40.0, 75.0, 0.0);
glVertex3f(10.0, 60.0, 0.0);
glEnd();
(2)自由曲線繪制
在自由曲線繪制模塊中使用C++標(biāo)準(zhǔn)庫中提供的vector 容器,將繪制的曲線分段用vector 保存,通過記錄鼠標(biāo)當(dāng)前在窗口上的位置返回坐標(biāo)信息,最后通過OpenGL 庫中曲線繪制的函數(shù)繪制出一條自由曲線。曲線實(shí)際上就是無數(shù)點(diǎn)的連接,設(shè)置一個(gè)很小的計(jì)時(shí)器返回實(shí)時(shí)鼠標(biāo)位置坐標(biāo),在這些坐標(biāo)上畫點(diǎn),就可以實(shí)現(xiàn)自由曲線的繪制。
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_
BUFFER_BIT);
∥ 繪制場景
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glPushMatrix();
DrawPicture();
glPopMatrix();
∥ 交換緩沖區(qū)
SwapBuffers(wglGetCurrentDC());
int R=255, G=255, B=255;
vector FreeLine;
void Display() {
glColor3d(R ? 1.0 / 255, G ? 1.0 / 255, B ?
1.0 / 255);
glLineWidth(1);
glBegin(GL_LINE_STRIP);
for (int i=0; i < (int)FreeLine.size(); i++) {
glVertex2d(FreeLine[i].x, FreeLine[i].y);}
glEnd();
glFlush();
(3)橡皮擦
橡皮擦模塊可以用于刪除之前已經(jīng)繪制的圖形元素。橡皮擦的實(shí)現(xiàn)其實(shí)是自由曲線繪制的反向操作,由于之前繪制的圖形都已經(jīng)分別保存在各自的容器中,通過選取橡皮擦工具,在要擦除的地方移動鼠標(biāo),計(jì)算當(dāng)前鼠標(biāo)移動的曲線與之前已經(jīng)存在的圖形是否存在交集,如果存在交集,就在對應(yīng)的圖形容器中刪去該元素即可。其基本代碼如下。
vector EraserLine;
void Display() {
glLineWidth(6);
glBegin(GL_LINE_STRIP);
glColor3d(0, 0, 0);
for (int i=0; i < (int)EraserLine.size(); i++) {
glVertex2d(EraserLine[i].x, EraserLine[i].y);}
glEnd();
glFlush();
if (Case) {
return;}
mark_eraser.push_back(0);
mark_id[Stack_top] = (int) mark_eraser.size( )- 1;
Case=0; Draw_Operator[Stack_top++] =6;
InvalidateRect(NULL, FALSE);
(4)顏色選擇
顏色選擇模塊為用戶提供了一些系統(tǒng)自帶的常見顏色種類,如黑、白、紅、黃、藍(lán)、綠等。同時(shí),也提供了用戶自由配置顏色的選項(xiàng),即用戶可以自由選擇R,G,B 顏色分量的值,預(yù)覽生成的顏色效果來選擇自己喜歡的顏色進(jìn)行繪制。其基本代碼如下。
MessageBox(_T(" 請選擇直線與點(diǎn)的顏色"),
_T("提示"));
COLORREF color=RGB(255, 0, 0);
CColorDialog colorDlg(color);
if (IDOK= =colorDlg.DoModal()) {∥ 獲取顏色
對話框中選擇的顏色值
color=colorDlg.GetColor();∥ 獲取R、G、B 分量
m_color.R=GetRValue(color);
m_color.G=GetGValue(color);
m_color.B=GetBValue(color);
(5)清空
清空模塊為用戶提供了直接清空畫板的功能,以實(shí)現(xiàn)初始化的功能。其實(shí)清空操作十分方便,由于之前所有畫過的圖形都被保存在了各自的容器中,所以要清空畫板,將各個(gè)容器中的元素全部清空即可,可以使用vector 的clear 函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。由于清空功能有一定的危險(xiǎn)性,所以還需要考慮將其撤銷。
(6)撤銷與恢復(fù)
撤銷是用于取消上一步的操作,我們可以通過將每一步操作都放在一個(gè)棧中,當(dāng)使用撤銷功能時(shí),彈出棧頂操作,并將其反向執(zhí)行來實(shí)現(xiàn)撤銷的功能。而恢復(fù)就是在撤銷的基礎(chǔ)上再取消,我們同樣可以使用一個(gè)棧來保存已經(jīng)撤銷的步驟,當(dāng)執(zhí)行操作時(shí),彈出棧頂再次執(zhí)行即可。有了撤銷和恢復(fù)功能,我們就可以避免一些誤操作帶來的不良后果,讓軟件更加健壯。
5結(jié)論
基于MFC 和OpenGL,運(yùn)用了面向?qū)ο缶幊趟枷腴_發(fā)的簡易繪圖系統(tǒng),為用戶提供了簡單易操作的繪圖工具。運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像的繪制,減小了時(shí)間以及空間的影響,使圖形更加精確,更加有利于對圖形數(shù)據(jù)的可視化分析。采用基于MFC 與OpenGL 以及現(xiàn)代化的軟件開發(fā)框架,降低了軟件對硬件和平臺的要求,能節(jié)省計(jì)算量和內(nèi)存,對比傳統(tǒng)的繪圖系統(tǒng),本系統(tǒng)具有程序體積小、運(yùn)行速度快、對硬件要求低、具有較好的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),軟件的整體設(shè)計(jì)過程也能對軟件開發(fā)初學(xué)者提供一些幫助。
作者簡介:
尤王杰(2000—),本科,研究方向:計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。