[發(fā)明專(zhuān)利]基于Qt框架與OpenGL可編程管線的數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711301032.5
• 申請(qǐng)日: 2017-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108109105A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉浪;李新國(guó)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T1/20
• 分類(lèi)號(hào): G06T1/20
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專(zhuān)利中心 61204
• 代理人: 常威威

1.一種基于Qt框架與OpenGL可編程管線的數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)，其特征在于主要包括：數(shù)據(jù)處理平臺(tái)、GLSL管理平臺(tái)、圖像可視化平臺(tái)；其中，數(shù)據(jù)處理平臺(tái)采用異步通信監(jiān)聽(tīng)計(jì)算機(jī)輸入/輸出端口，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將處理后的數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)到OpenGL緩沖區(qū)和硬盤(pán)中；GLSL管理平臺(tái)利用GLSL語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)管理渲染管線中數(shù)據(jù)的頂點(diǎn)著色器、片元著色器以及幾何著色器腳本來(lái)實(shí)現(xiàn)可視化對(duì)象的旋轉(zhuǎn)、平移、縮放及擴(kuò)展；圖像可視化平臺(tái)利用Qt提供的OpenGL窗口類(lèi)、勾選框類(lèi)、按鍵類(lèi)以及調(diào)色板類(lèi)構(gòu)建可視化系統(tǒng)的顯示界面，并接受用戶(hù)的鼠標(biāo)動(dòng)作，將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可視化顯示；

所述的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)主要包括數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模塊、緩沖區(qū)統(tǒng)一管理模塊和圖表模塊；其中，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用boost.asio中的UDP套接字以異步通信的方式進(jìn)行計(jì)算機(jī)輸入/輸出端口監(jiān)聽(tīng)，然后采用循環(huán)緩沖區(qū)技術(shù)和臨界區(qū)技術(shù)將監(jiān)聽(tīng)到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在主存中，并定時(shí)將循環(huán)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)傳輸給圖表模塊；數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模塊將圖表模塊計(jì)算得到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到硬盤(pán)中，并從硬盤(pán)中讀取相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給圖表模塊；緩沖區(qū)統(tǒng)一管理模塊接收?qǐng)D表模塊發(fā)送的申請(qǐng)緩沖區(qū)命令，采用OpenGL提供的頂點(diǎn)數(shù)組對(duì)象和頂點(diǎn)緩存對(duì)象技術(shù)生成緩沖區(qū)對(duì)象索引號(hào)，并向圖表模塊返回索引號(hào)，在可視化系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，銷(xiāo)毀所有的緩沖區(qū)；圖表模塊接收由數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和圖像可視化平臺(tái)發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)圖表顯示相關(guān)數(shù)值記錄和計(jì)算，向緩沖區(qū)統(tǒng)一管理模塊發(fā)送緩沖區(qū)申請(qǐng)命令，然后將計(jì)算后數(shù)據(jù)和緩沖區(qū)索引號(hào)發(fā)送給數(shù)據(jù)讀寫(xiě)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)，將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到OpenGL渲染管線和GLSL管理平臺(tái)；所述的圖表顯示相關(guān)數(shù)值包括圖號(hào)、標(biāo)號(hào)、空間坐標(biāo)、透視投影矩陣、旋轉(zhuǎn)矩陣、位移矩陣、縮放參數(shù)、空間邊界、線條顏色RGBA值、顯示模式標(biāo)志、線條擴(kuò)展標(biāo)志、坐標(biāo)軸或網(wǎng)格線渲染標(biāo)志等；

所述的GLSL管理平臺(tái)主要包括坐標(biāo)刻度值渲染模塊、線條渲染模塊、網(wǎng)格與坐標(biāo)軸渲染模塊；其中，坐標(biāo)刻度值渲染模塊利用GLSL語(yǔ)言，從圖表模塊接收透視投影矩陣、旋轉(zhuǎn)矩陣、位移矩陣、縮放參數(shù)，利用頂點(diǎn)著色器實(shí)現(xiàn)渲染管線中坐標(biāo)刻度值貼圖在空間中的旋轉(zhuǎn)、平移、縮放和透視功能，利用片元著色器實(shí)現(xiàn)渲染管線中坐標(biāo)刻度值貼圖的透明功能；線條渲染模塊利用GLSL語(yǔ)言，從圖表模塊接收顯示模式標(biāo)志、旋轉(zhuǎn)矩陣、縮放參數(shù)、位移矩陣、空間邊界、透視投影矩陣、線條擴(kuò)展標(biāo)志，利用幾何著色器實(shí)現(xiàn)渲染管線中線條的擴(kuò)展、旋轉(zhuǎn)、平移、縮放和透視功能，利用片元著色器實(shí)現(xiàn)渲染管線中線條的顏色更改功能；網(wǎng)格與坐標(biāo)軸渲染模塊利用GLSL語(yǔ)言，從圖表模塊接收當(dāng)前渲染為坐標(biāo)軸還是網(wǎng)格線的標(biāo)志、顯示模式標(biāo)志、線條顏色RGBA值、縮放參數(shù)、旋轉(zhuǎn)矩陣、空間邊界、透視投影矩陣，利用頂點(diǎn)著色器實(shí)現(xiàn)渲染管線中坐標(biāo)軸和網(wǎng)格在空間中的旋轉(zhuǎn)、平移、縮放功能。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于Qt框架與OpenGL可編程管線的數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)，其特征在于：具體的工作步驟為：

步驟一：系統(tǒng)在啟動(dòng)之后，當(dāng)檢測(cè)到設(shè)定的輸入/輸出端口接收到有效數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳入數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，首先判斷是否存在該圖像，不存在則創(chuàng)建，然后判斷該線條是否存在，不存在則創(chuàng)建，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給OpenGL緩沖區(qū)，圖像可視化平臺(tái)生成圖像輸出給屏幕，隨后等待響應(yīng)用戶(hù)的各種操作輸入；

步驟二：獲取用戶(hù)對(duì)窗口的操作，包括顯示或隱藏網(wǎng)格、顯示或隱藏坐標(biāo)、顯示或隱藏線條在三個(gè)不同平面的投影、顯示或隱藏選定的線條及其投影、設(shè)定選定的線條及其投影顏色、旋轉(zhuǎn)操作、平移操作、縮放操作；

步驟三：根據(jù)步驟二獲取的操作，開(kāi)啟或關(guān)閉網(wǎng)格的渲染，開(kāi)啟或關(guān)閉坐標(biāo)的渲染，開(kāi)啟或關(guān)閉線條在三個(gè)不同平面的投影的渲染，開(kāi)啟或關(guān)閉選定的線條及其投影的渲染，利用GLSL管理平臺(tái)中著色器在渲染管線中更改線條、投影的顏色及空間坐標(biāo)；

步驟四：圖像可視化平臺(tái)得到步驟三中渲染管線中數(shù)據(jù)后，將其可視化顯示；

步驟五：系統(tǒng)停止接收數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊關(guān)閉時(shí)退出系統(tǒng)。