利用OpenGL 实现工程结构地震反应分析的三维动态可视化
摘要
随着计算机软、硬件技术的发展，计算机仿真技术出现了从数值仿真向可视化仿真发展的趋势。可视化仿真(Visual Simulation，即VS)是计算机可视化技术和系统建模技术相结合后形成的一种新型仿真技术，其实质是采用图形或图像方式对仿真计算过程进行跟踪、控制和结果的后处理，同时实现仿真软件界面的可视化，具有迅速、高效、直观、形象的建模特点。
本文以Visual C++6.0为开发工具，OpenGL为图形接口，并利用OpenGL提供的实体建模、光照、纹理映射的一系列先进特性，将计算得出的结构地震反应以三维形式动态地显示出来，从而实现了在该领域的可视化仿真。
本文编程实现了LDLT方法解线性方程组、Jocabi方法求解特征值、Wilson方法求解二阶常微分方程组等数值方法，运用面向对象方法解决了OpenGL与VC++的接口问题，实现了
太原理l一大学硕士研究生学位论文
0]二nGL视口转换、模型变换、视点转换、建模、光照、材质、
纹理贴图等功能，并且实现了动画演示，直观、真实地对结
构地震反应进行了三维动态仿真。
Along with the development of computer's software and hardware, the technique of computer simulation shows the trend of development from numerical simulation to visualization simulization. Visualization simulation, namely VS, is a new simulation technique, it be formed by the combination of computer simulization and system modeling. In essence, it tracks and controls the procedure of simulation calculation using figure or image processing technique. And it realizes the visualiztion of the interface of simulation software. Rapidly and efficiently
modeling is its characteristic.
In this paper, Visual C++ 6.0 and OpenGL were used for software developing tool and graphics lib with provide modeling, lighting and texture mapping so on. Using these tool and lib seismic response is displayed and scientific visualization is realized.
Some numerical methods, include LDLT method, Jocabi method and Wilson method is realized in this paper. Based on object-oriented method, the problem of the interface between of OpenGL and VC++ was resolved, and the function of the viewport conversion, model conversion, modeling, material, lighting, texture mapping, animation display, and directly, factually simulate the response of structural earthquake were realized.
本文以Visual C++6.0为开发工具，OpenGL为图形接口，并利用OpenGL提供的实体建模、光照、纹理映射的一系列先进特性，将计算得出的结构地震反应以三维形式动态地显示出来，从而实现了在该领域的可视化仿真。
本文编程实现了LDLT方法解线性方程组、Jocabi方法求解特征值、Wilson方法求解二阶常微分方程组等数值方法，运用面向对象方法解决了OpenGL与VC++的接口问题，实现了
太原理l一大学硕士研究生学位论文
0]二nGL视口转换、模型变换、视点转换、建模、光照、材质、
纹理贴图等功能，并且实现了动画演示，直观、真实地对结
构地震反应进行了三维动态仿真。
Along with the development of computer's software and hardware, the technique of computer simulation shows the trend of development from numerical simulation to visualization simulization. Visualization simulation, namely VS, is a new simulation technique, it be formed by the combination of computer simulization and system modeling. In essence, it tracks and controls the procedure of simulation calculation using figure or image processing technique. And it realizes the visualiztion of the interface of simulation software. Rapidly and efficiently
modeling is its characteristic.
In this paper, Visual C++ 6.0 and OpenGL were used for software developing tool and graphics lib with provide modeling, lighting and texture mapping so on. Using these tool and lib seismic response is displayed and scientific visualization is realized.
Some numerical methods, include LDLT method, Jocabi method and Wilson method is realized in this paper. Based on object-oriented method, the problem of the interface between of OpenGL and VC++ was resolved, and the function of the viewport conversion, model conversion, modeling, material, lighting, texture mapping, animation display, and directly, factually simulate the response of structural earthquake were realized.
引文
1．朱镜清，结构抗震分析原理，地震出版社，2002
2．宋雅桐，朱继澄，结构分析程序设计，东南大学出版社，1990．6
3．刘开国，结构简化计算原理及其应用，科学出版社，1996．2
4．李桂青，李秋胜，工程结构时变可靠度理论及其应用，科学出版社，2001．8
5．丰定国，王杜良抗震结构设计，武汉工业大学出版社，2001．9
6．吴晓涵，面向对象结构分析程序设计，科学出版社，2002．4
7．张池平，施云慧计算方法，科学出版社，2002．7
8．江见鲸，工程结构计算机仿真分析，清华大学出版社，1996．7
9．钟登华等，可视化仿真技术及其应用，中国水利水电出版社，2002
10．(?)泽圣等，三维数据场可视化，清华大学出版社，1999．12
11．石教英，蔡文立，可视化算法与系统，科学出版社，1996．9
12. Richard S, Wright, Jr, OpenGL Super Bible, 2001.6
13．尚游，OpenGL图形程序设计指南，中国水利水电出版社，．2001．10
14．万斌，Visual C++OpenGL Directx三维动画编程宝典，北京希望电子出版社．2003．1
15．林勇，Visual C++6.0应用指南，人民邮电出版社，1999．3
16．侯俊杰，深入浅出MFC，华中科技大学出版社，2001．1
17．罗婷，张颖江，陈雯，利用OpenGL实现有限元后处理，湖北工学院学报，2000，15(4)，7～9
18．赵文广，李仲学，李翠平，面向工程可视化仿真的VC++、OpenGL与3DS集成技术，北京科技大学学报，2001，23(6)，563～565
19．钟珞，袁景凌，楼梦麟，结构动态分析中的可视化技术，同济大学学报，2001．
29(8)，982～985
20．何东，马新武，用OpenGL开发有限元可视化后处理系统，山东工业大学报，2001，31(1)，53～58
21．王平山，孙炳楠，唐锦春，结构动力响应分析中的计算可视化方法，土木工程学报，2000，33(2)，46～50
22．钟珞，袁景凌，楼梦麟，结构模型实验的计算机动态模拟实现构架，武汉理工大学学报，2002，24(3)，14～17
23．王跃方，谷滨，李海江，框架结构地震反应push-over研究，大连理工大学学报，2002，42(6)，709～713
24．齐同军，科学计算可视化在结构有限元分析中的应用，[学位论文]，2001
25．唐荣锡，汪嘉业，鹏群生，计算机图形学教程，科学出版社，1994
26．谢春，马兰，彭颖红，有限元计算结果的可视化处理，计算机辅助设计与图形学学报，2000
27．郭荷清，梁剑坤，面向对象及可视化技术在用户界面设计的应用，华南理工大学学报，1997
28．谷建华，周兴社，杨志义，面向对象的可视化模型研究，西北工业大学学报，2000
29. Brodlie, K., Carpenter, L., et al., Scientific Visualization: Techniquesand Application, Springer-Verlag, 1992
30. Astheimer, P., Encarnacao, J.I, etal, Interactive Modeling in High-Performance Scientific Visualization, the VIS-A-VIS Project, Comnuter in Industry. 19(2). 1992
31. Gallgher, R., Space Filtering:An Optimization Scheme for Volume Visualization of Large Finite element Models Visualization, 1991
2．宋雅桐，朱继澄，结构分析程序设计，东南大学出版社，1990．6
3．刘开国，结构简化计算原理及其应用，科学出版社，1996．2
4．李桂青，李秋胜，工程结构时变可靠度理论及其应用，科学出版社，2001．8
5．丰定国，王杜良抗震结构设计，武汉工业大学出版社，2001．9
6．吴晓涵，面向对象结构分析程序设计，科学出版社，2002．4
7．张池平，施云慧计算方法，科学出版社，2002．7
8．江见鲸，工程结构计算机仿真分析，清华大学出版社，1996．7
9．钟登华等，可视化仿真技术及其应用，中国水利水电出版社，2002
10．(?)泽圣等，三维数据场可视化，清华大学出版社，1999．12
11．石教英，蔡文立，可视化算法与系统，科学出版社，1996．9
12. Richard S, Wright, Jr, OpenGL Super Bible, 2001.6
13．尚游，OpenGL图形程序设计指南，中国水利水电出版社，．2001．10
14．万斌，Visual C++OpenGL Directx三维动画编程宝典，北京希望电子出版社．2003．1
15．林勇，Visual C++6.0应用指南，人民邮电出版社，1999．3
16．侯俊杰，深入浅出MFC，华中科技大学出版社，2001．1
17．罗婷，张颖江，陈雯，利用OpenGL实现有限元后处理，湖北工学院学报，2000，15(4)，7～9
18．赵文广，李仲学，李翠平，面向工程可视化仿真的VC++、OpenGL与3DS集成技术，北京科技大学学报，2001，23(6)，563～565
19．钟珞，袁景凌，楼梦麟，结构动态分析中的可视化技术，同济大学学报，2001．
29(8)，982～985
20．何东，马新武，用OpenGL开发有限元可视化后处理系统，山东工业大学报，2001，31(1)，53～58
21．王平山，孙炳楠，唐锦春，结构动力响应分析中的计算可视化方法，土木工程学报，2000，33(2)，46～50
22．钟珞，袁景凌，楼梦麟，结构模型实验的计算机动态模拟实现构架，武汉理工大学学报，2002，24(3)，14～17
23．王跃方，谷滨，李海江，框架结构地震反应push-over研究，大连理工大学学报，2002，42(6)，709～713
24．齐同军，科学计算可视化在结构有限元分析中的应用，[学位论文]，2001
25．唐荣锡，汪嘉业，鹏群生，计算机图形学教程，科学出版社，1994
26．谢春，马兰，彭颖红，有限元计算结果的可视化处理，计算机辅助设计与图形学学报，2000
27．郭荷清，梁剑坤，面向对象及可视化技术在用户界面设计的应用，华南理工大学学报，1997
28．谷建华，周兴社，杨志义，面向对象的可视化模型研究，西北工业大学学报，2000
29. Brodlie, K., Carpenter, L., et al., Scientific Visualization: Techniquesand Application, Springer-Verlag, 1992
30. Astheimer, P., Encarnacao, J.I, etal, Interactive Modeling in High-Performance Scientific Visualization, the VIS-A-VIS Project, Comnuter in Industry. 19(2). 1992
31. Gallgher, R., Space Filtering:An Optimization Scheme for Volume Visualization of Large Finite element Models Visualization, 1991