风洞模型表面压力分布三维显示技术

摘要：风洞模型表面压力分布三维图形显示系统采用Visual STudio 软件开发，通过读取X 格式的模型文件，设置模型表面压力孔分布点位置，导入试验中测量压力的原始数据，对数据范围进行颜色设置，并对模型表面压力进行图形绘制着色处理。该系统能够较好地展示出模型表面压力数据分布，使用人员能够直观观察出模型表面压力的大小。

关键词：压力分布；三维显示；颜色渲染

0 引言

在风洞试验的测压试验中，测试人员在试验吹风后可得到模型表面原始压力值数据，通过计算得二维曲线图像。由于不能直观观察出模型表面的压力，只能对模型构造进行大体的判断。为了使型号单位参试人员在得到测压数据的同时又能进行直观观察，对模型表面压力分布三维图形显示进行研究。

1 应用程序接口DirectXDirectX

由很多API 组成，按照性质分类，可以分为显示、声音、输入和网络4 部分。显示部分担任图形处理的关键，分为DirectDraw（DDraw）和Direct3D（D3D），前者主要负责2D 图像加速，后者则主要负责3D 效果的显示。根据实际情况，主要使用Direct3D（D3D）技术。Direct 3D 是基于微软的通用对象模式（CommON Object Mode，COM）的3D 图形API，是由微软树立的3D API 规范，其所有的语法定义包含在程序开发组件的源代码中。

2 实现过程

使用Visual Studio 软件创建模型显示窗口（如图1）、压力数据显示窗口和显示设置窗口（如图2），并添加按钮。主界面按钮包括“打开”、“保存”、“复位”、“平移”、“自旋”、“显示设置”、“删除”和“导入数据”等。显示设置界面按钮包括“法线”、“颜色孔半径”、“颜色溶解”、“颜色对照表”等。每个窗口和按钮都添加对应的执行代码和关联代码。

通过初始化Direct3D 创建模型显示窗口。包括4 个步骤：

1) 获得一个IDirect3D9 接口指针。该接口用于获得物理设备的信息和创建一个IDirect3D 接口，是一个代表显示3D 图形的物理设备的C++对象。

2) 检查设备的技术特性（D3DCAPS9），主显卡是否支持硬件顶点处理。如能支持，就能创建IDirect3DDevice9 接口。

3) 初始化一个D3DPRESENT_PARAMEteRS结构实例，该结构包含了许多数据成员允许指定将要创建的IDirect3DDevice9 接口的特性。

4) 创建一个基于已初始化好的D3dpresentparameters 结构的IDirect3DDevice9 对象。它是一个代表显示3D 图形的物理设备的C++对象。

模型显示窗口和设置窗口分别如图1、图2。

在模型上选取压力孔，并给出分组号与编号。

导入压力数据文件，模型显示窗口旁压力数据会按照组、编号、压力值显示，如图3。在显示设置里给出数值范围的颜色、法线，以及颜色孔半径范围。

模型的颜色要经过颜色表现确认、顶点缓冲区填充和着色模式的选择3 个步骤渲染。在Direct3D中颜色使用RGB 表示，需要指定红、绿、蓝三原色的值，这3 个分量的混合颜色就是最终颜色。使用D3DCOLOR 类型结构表示RGB 数据。该类型被分成4 个8-bit 的部分，分别用于存储颜色的分量。

每种颜色分量都使用1 个字节表示，所以每种颜色分量的亮度范围为0～255。正确地填写D3DCOLOR结构中的各个分量需要进行位操作。D3D 提供了一个宏D3DCOLOR_ARGB，每个分量需要在0～255。

D3Dcolor brightRed = D3DCOLOR_ARGB(255, 255, 0, 0);D3Dcolorsome Color = D3DCOLOR_ARGB(255, 144, 87,201);几何体的颜色由其顶点的颜色决定，必须向顶点数据结构中添加颜色成员。因为Direct3D 使用32-bit 的整型数表示颜色。另外，当使用顶点着色器（Vertex Shader）时，将会使用四元向量描述顶点颜色，这是一个128-bit 的颜色。

在光栅化和通过顶点颜色计算像素颜色时将着色。在平滑模式下，顶点的颜色以线形插值方式渲染表面。在Direct3D 中可使用如下设置着色模式：

Device->SetRenderState(D3DRS_SHADEMODE,D3DSHADE_FLAT);Device->SetRenderState(D3DRS_SHADEMODE,D3DSHADE_GOURAUD);通过读取X 格式的模型文件，设置模型表面压力孔分布点位置，导入测压原始数据，对数据范围进行颜色设置，能观察模型表面的压力大小。基于颜色渲染的压力分步显示如图4、图5。图中的绿色表示0～0.09 的数值，黄色表示0.09～0.11 的数值，蓝色表示0.11～0.15 的数值，红色表示0.15～0.24的数值，棕色表示0.24～0.99 的数值。压力孔之间的颜色溶解可以选择是否显示。垂直模型表面的红色长线为压力值的法线。压力值越大，法线越长。

3 结束语

试验证明，该系统能够较好地直观展示出模型表面压力数值分布，使用人员能直观地观察出模型表面压力大小。该系统提高了分析数据的效率，为进一步分析数据提供了方向。