嵌入式3D图形引擎的设计与实现

论文摘要

嵌入式图形用户界面是嵌入式设备与使用者之间的对话接口。随着军事、医学、嵌入式3D游戏日益广泛的应用,人们对高性能、稳定可靠的嵌入式人机图形交互界面的要求越来越迫切。在这个背景下,对嵌入式系统的关键技术——嵌入式GUI的研究就有着非常重要的意义。大多数传统嵌入式GUI系统只提供2D控件绘制,即提供给用户的显示平面从逻辑设计上讲是二维的。这种体系最大的缺点在于反映信息量小,在对真实场景进行模拟显示的时候,无法提供真实的场景数据。随着嵌入式系统硬件功能的不断提高,如何开发一款支持3D建模的嵌入式GUI已成为一个迫切的话题。要满足这种需求,就需要研究如何将图形学算法应用到嵌入式系统中;如何在嵌入式系统中实现桌面3D GUI的流水线。但要在速度慢,内存小,显示分辨率低的情况下,在嵌入式设备上实时显示三维图形,就不能完全照搬已有的图形学算法和引擎设计思路,需要对已有的真实感图形学算法开展工程化,实用化的研究。本文在深入分析了多种流行嵌入式GUI特点和实现方式的基础上,总结了3D图形绘制的最基本元素,进而设计了一种采用层次化体系结构、可剪裁可配置、包括3D图形支持的嵌入式GUI——AUTO GUI。该GUI不但可以提供传统2D和一般3D的API,而且提供代码生成模块,可根据用户的要求,采用数据驱动方式自生成可执行代码,从而减轻用户编程的复杂性,使AUTO GUI更易于使用。本论文的特色和创新之处包括:1)分析了嵌入式GUI软件开发的共性,尤其对体系结构和图形代码自动生成进行了深入的研究。2)提出了一种支持3D建模的嵌入式GUI模型,并分析该模型的层次结构。3)设计了AUTO GUI的体系结构,并依此实现了一个实用的嵌入式GUI系统模型。4)运用数据驱动方法,实现代码自动生成。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 GUI的发展史及发展趋势
• 1.2.2 嵌入式GUI现状
• 1.3 课题来源
• 1.4 论文组织
• 第二章 嵌入式常用图形支持库模型及关键技术
• 2.1 引言
• 2.2 当前嵌入式GUI中的一些主要的相关技术
• 2.2.1 Alpha混合技术
• 2.2.2 透明技术
• 2.2.3 渐变技术
• 2.2.4 分层窗口技术
• 2.3 常用嵌入式GUI模型
• 2.3.1 MiniGUI
• 2.3.2 OpenGL
• 2.4 常用的嵌入式层次体系结构
• 2.5 消息管理机制
• 2.5.1 消息机制
• 2.5.2 信号/槽机制
• 2.6 窗口核心层
• 2.6.1 屏幕管理
• 2.6.2 资源管理和显示管理
• 2.7 常用嵌入式GUI的缺陷及解决办法
• 2.8 常用的3D GUI建模方法
• 2.9 小结
• 第三章 AUTO GUI的体系结构
• 3.1 引言
• 3.2 设计目的
• 3.3 总体结构
• 3.4 3D图形代码生成模块
• 3.4.1 3D图形建模子模块
• 3.4.2 文件格式转换模块
• 3.5 2D/3D绘制引擎模块
• 3.5.1 基本三维几何系统（数学引擎）
• 3.5.2 2D/3D基础绘制模块
• 3.5.3 窗口模块
• 3.5.4 管理模块
• 3.5.5 设备抽象模块
• 3.6 小结
• 第四章 AUTO GUI系统主要模块的设计与实现
• 4.1 代码生成模块的设计与实现
• 4.1.1 3D图形建模模块的设计与实现
• 4.1.2 文件格式转换模块的设计与实现
• 4.2 3D图形绘制引擎
• 4.2.1 数学引擎模块
• 4.2.2 2D/3D图像绘制模块的设计与实现
• 4.2.3 管理模块的设计与实现
• 4.2.4 设备抽象层的设计与实现
• 4.2.5 设备抽象层的功能描述
• 4.3 实例测试
• 4.4 小结
• 第五章 结束语
• 5.1 总结
• 5.2 进一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果和学术论文
• 一、研究成果
• 二、学术论文