[發明專利]基于Qt框架與OpenGL可編程管線的數據可視化系統

在審

• 申請號: 201711301032.5
• 申請日: 2017-12-10
• 公開（公告）號: CN108109105A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 劉浪;李新國
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06T1/20
• 分類號: G06T1/20
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 常威威

本發明提供了一種基于Qt框架與OpenGL可編程管線的數據可視化系統，主要包括：數據處理平臺、GLSL管理平臺、圖像可視化平臺，是一種能夠跨平臺工作且能夠對大量數據進行高效渲染的可視化系統。由于采用基于OpenGL可編程管線的可視化顯示，對于大量數據的旋轉、平移、縮放操作，均可以利用GPU的高速性能予以實現，具有非常高的顯示效率；由于采用可以跨平臺的Qt框架，在不同系統上均可使用；由于實時計算坐標邊界等圖表顯示數值，可進行二維和三維圖像的自適應可視化顯示。

技術領域

本發明屬計算機技術領域，具體涉及一種基于Qt框架與OpenGL可編程管線的數據可視化系統。

背景技術

隨著圖像渲染技術的不斷發展，科學數據的可視化在科研領域占有極其重要的地位，其在航空航天領域發揮著重要作用。在對飛行器整個飛行過程進行監控的過程中，需要實現對其飛行軌跡、飛行過程中測得的各種氣動數據及外部環境干擾條件等數據信息進行二維或三維實時可視化，即需要使用專業的圖形函數庫來對數據進行可視化。文獻“趙建華.無人機地面站數據可視化與視景仿真技術研究[D].成都：電子科技大學.2012.”公開了一種基于微軟基礎庫類(Microsoft Foundation Classes,簡稱MFC)與三維圖形標準(OpenGraphics Library,簡稱OpenGL)的數據可視化系統。其中，OpenGL是一種定義了跨編程語言、跨平臺的編程接口規格的專業的圖形程序接口，它用于二維或三維圖像，是一個功能強大、調用方便的底層圖形庫。但MFC是一種編程風格混亂且針對單一平臺(Windows)的類庫，采用MFC框架進行圖形界面開發，實用性漸漸減弱，隨著Linux操作系統在科學、醫療等領域的逐漸壯大，操作系統多樣化時代的來臨，跨平臺也成為目前的一種主流需求。傳統針對于單一平臺的程序有很大的局限性，當面對不同的客戶需求時，跨平臺的系統更加受到客戶的青睞。

此外，文獻提出的數據可視化系統采用的是傳統的固定管線來進行圖像渲染，而固定管線存在的問題在于：編程自由度低，對圖像數據的處理都必須由程序員在堆棧中完成，CPU占用率高，渲染效率低下。再加上需要進行可視化的數據往往是大量的，例如，每2ms采集一次數據并發回數據處理中心，24小時接收到的數據量就可以達到43200000個數據點。因此，需要高效的渲染手段。目前的航空航天行業中，主要采用傳統的圖形設備接口GDI+來對數據進行可視化，如文獻“韓李濤.基于GDI+的多波束測深數據可視化研究[J].測繪科學.2012.”中公開了利用GDI+進行可視化的方法。但GDI+存在對大量數據進行渲染時效率低下的問題，當對飛行器數據進行實時監控時，GDI+對于大量的數據無法做到實時渲染和繪制。

因此，需要開發一種能夠跨平臺工作、能夠對大量數據進行高效渲染的可視化系統。

Qt框架是一種跨平臺C++圖形用戶界面應用程序開發框架，具有優良的跨平臺特性，支持在Microsoft Windows 95/98、Microsoft Windows NT、Linux、Solaris等一系列操作系統運行；且Qt框架是面向對象的框架，其模塊化程度非常高，可重用性高；Qt框架還具有豐富的應用程序接口，包括多達250個以上的C++類，支持二維和三維的圖形渲染，支持OpenGL，支持大量的開發文檔。其局限性在于比較臃腫，運行速度稍慢。而OpenGL繪制語言(OpenGL Shading Language，簡稱GLSL))是一種管理可編程管線的一種現代的高級計算機語言，該語言通過編寫頂點著色器、片元著色器和幾何著色器等腳本來管理可編程管線的傳輸過程，具有較高的圖像渲染效率。本發明力求將二者結合，提供一種能夠跨平臺工作且能夠對大量數據進行高效渲染的數據可視化系統。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于Qt框架與OpenGL可編程管線的數據可視化系統。