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在Qt中通过OPenGL方式加载三维模型STL文件#xff0c;然后将多个结构的STL文件类型的模型进行组装#xff0c;形成6轴机械臂三维模型的显示#xff0c;并且可以对每个关节进行关节角度的控制。
新建一个C类STLFileLoader#xff0c;用于加载STL文件#xff0c;并进…
需求
在Qt中通过OPenGL方式加载三维模型STL文件然后将多个结构的STL文件类型的模型进行组装形成6轴机械臂三维模型的显示并且可以对每个关节进行关节角度的控制。
新建一个C类STLFileLoader用于加载STL文件并进行文件解析。
直接通过QT的QFile类进行文件读取然后通过判断STL的格式进行文件解析一种是ASCII格式stl文件一种是二进制格式stl文件。
void STLFileLoader::loadStl(const QString filename) {QFile file(filename);if (file.open(QIODevice::ReadOnly | QIODevice::Text)) {QByteArray arr;arr file.read(5);file.close();if (arr solid) {loadTextStl(filename);} else {loadBinaryStl(filename);}} else {qDebug() filename u8不存在;}
}加载ASCII格式的STL文件
清空之前加载的模型数据以便重新加载新的STL文件。创建一个 QFile 对象来打开指定的文件。如果文件成功打开则进入循环逐行读取文件内容。对于每一行使用 trimmed() 函数去除首尾的空白字符并将其分割成单词。根据单词的内容判断当前行属于STL文件中的哪一部分。 如果单词的第一个部分是 “facet”表示当前行描述了一个三角形的法线。如果单词的第一个部分是 “vertex”表示当前行描述了一个三角形的顶点。如果单词的第一个部分是 “endloop”表示当前三角形描述结束可以构建一个完整的三角形并将其添加到模型中。 在解析完整个文件后关闭文件。 //加载ASCII格式STL文件
void STLFileLoader::loadTextStl(const QString filename) {qDebug() load text file: filename;model.clear(); //清除模型QList QVector3D triangle;STLTriangle tSTLTriangle;QFile file(filename);if (file.open(QIODevice::ReadOnly | QIODevice::Text)) {while (!file.atEnd()) {QString line file.readLine().trimmed();QStringList words line.split( , QString::SkipEmptyParts);if (words[0] facet) {triangle.clear();tSTLTriangle.reset();tSTLTriangle.setNormal(words[2].toFloat(), words[3].toFloat(), words[4].toFloat());} else if (words[0] vertex) {triangle.append(QVector3D(words[1].toFloat(), words[2].toFloat(), words[3].toFloat()));} else if (words[0] endloop) {if (triangle.length() 3) {for (int i 0; i 3; i) {tSTLTriangle.setVertex(i, triangle[i]);}model.append(tSTLTriangle);}}}file.close();}
}加载二进制格式STL文件速度更快
打印出要加载的二进制文件的名称以便调试时查看。清空之前加载的模型数据以便重新加载新的STL文件。创建一个 QFile 对象来打开指定的文件。获取文件的大小并根据文件大小动态分配内存缓冲区 buf。尝试以只读方式打开文件如果打开失败则返回。创建一个 QDataStream 对象 stream用于从文件中读取二进制数据。使用 stream.readRawData() 从文件中读取所有数据到缓冲区 buf 中。关闭文件。设置指针 p 指向缓冲区的起始位置。使用 memcpy() 从缓冲区中依次读取文件名、三角形个数以及每个三角形的法向量和顶点信息。每次读取一个三角形的数据后将其添加到模型中。释放内存缓冲区。
void STLFileLoader::loadBinaryStl(const QString filename) {qDebug() load Binary file: filename;model.clear(); //清除模型QList QVector3D triangle;STLTriangle tSTLTriangle;QFile STL_file(filename);int fileSize STL_file.size();char *buf (char *) malloc(sizeof(char) * fileSize);bool isOk STL_file.open(QIODevice::ReadOnly);if (!isOk) return;QDataStream stream(STL_file);stream.readRawData(buf, fileSize);STL_file.close();const char *p buf;char name[80]; //起始80个字节 文件名int triangle_num; //4个字节 三角形个数float n1, n2, n3; //法向量float v1, v2, v3; //定点memcpy(name, p, 80); //记录文件名p 80; //跳过文件名memcpy(triangle_num, p, 4); //记录三角形个数p 4; //跳过个数标识for (int i 0; i triangle_num; i) { //读取法向量memcpy(n1, p, 4);p 4;memcpy(n2, p, 4);p 4;memcpy(n3, p, 4);p 4;triangle.clear();tSTLTriangle.reset();tSTLTriangle.setNormal(n1, n2, n3);for (int j 0; j 3; j) { //读取顶点信息memcpy(v1, p, 4);p 4;memcpy(v2, p, 4);p 4;memcpy(v3, p, 4);p 4;triangle.append(QVector3D(v1, v2, v3));}if (triangle.length() 3) {for (int i 0; i 3; i) {tSTLTriangle.setVertex(i, triangle[i]);}model.append(tSTLTriangle);}p 2;//跳过尾部标志 两字节}free(buf);
}绘制STL文件的三维模型
创建一个副本 triangles以便遍历模型中的所有三角形。使用 glBegin(GL_TRIANGLES) 开始绘制一个或多个三角形。对于每个三角形获取其法向量并使用 glNormal3f() 函数设置法向量。对于每个顶点获取其坐标并使用 glVertex3f() 函数设置顶点坐标。完成一个三角形的绘制后继续处理下一个三角形直到所有三角形都绘制完成。使用 glEnd() 结束绘制。
总之这段代码使用OpenGL绘制了STL模型中的所有三角形其中 mRatio 用于缩放模型以便适应特定的显示区域。
void STLFileLoader::draw() {QList STLTriangle triangles model;QVector3D normal;QVector3D vertex;glBegin(GL_TRIANGLES); // 绘制一个或多个三角形foreach(STLTriangle tri, triangles) {normal tri.getNormal();glNormal3f(mRatio * normal.x(), mRatio * normal.y(), mRatio * normal.z());for (int j 0; j 3; j) {vertex tri.getVertex(j);glVertex3f(mRatio * vertex.x(), mRatio * vertex.y(), mRatio * vertex.z());}}glEnd();
}二、新建一个类RRGLWidget继承QGLWidget用于绘制OpenGL图形的小部件实现展示3D模型。这个类提供了鼠标旋转、方法缩小、平移、网格、坐标系等基本功能。
绘制一个网格使用OpenGL的基本绘图功能绘制一系列水平和垂直线段表示平面上的网格效果。
glPushMatrix(): 将当前的模型视图矩阵压入堆栈保存当前坐标系的位置和状态。定义一个颜色数组 color[]用来表示网格线的颜色。这里的颜色数组中的值是RGB颜色空间中的颜色分量每个分量的取值范围在0到1之间。使用 glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, color) 指定材质对漫射光的反射率即设置网格线的颜色。设定网格的步长和网格线的数量。循环绘制水平和垂直方向的网格线。对于每一条水平线绘制从左边界到右边界的线段对于每一条垂直线绘制从下边界到上边界的线段。glEnd(): 结束绘制线段的过程。glPopMatrix(): 弹出之前存储的模型视图矩阵恢复坐标系的位置和状态到之前的状态。
总之这段代码用于绘制一个网格以辅助在OpenGL场景中定位和绘制其他图形。
void RRGLWidget::drawGrid() {glPushMatrix(); // 存储当前坐标系位置GLfloat color[] {8.0f / 255, 108.0f / 255, 162.0f / 255};////// \brief glMaterialfv 指定材质对漫射光的反射率/// param face 决定该材质运用于图元的正面还是反面/// param pname 表示对何种光进行设置(环境光和漫射光)/// param params 四维数组这个数组描述了反光率的RGBA值每一项取值都为0-1之间glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, color);int step 50;int num 15;for (int i -num; i num 1; i) {glBegin(GL_LINES);glVertex3f(i * step, -num * step, 0);glVertex3f(i * step, num * step, 0);glVertex3f(-num * step, i * step, 0);glVertex3f(num * step, i * step, 0);glEnd();}glPopMatrix(); // 恢复存储的坐标系位置
}画坐标系
glPushMatrix(): 将当前的模型视图矩阵压入堆栈保存当前坐标系的位置和状态。**glLineWidth(2.0f): **设置线段的宽度为2.0个单位。**setupColor(255, 255, 255): **设置颜色为白色。该函数根据提供的RGB值设置OpenGL材质的颜色。**glBegin(GL_LINES): **开始绘制线段。绘制X轴从(-900, 0, 0)到(900, 0, 0)。绘制Y轴从(0, -900, 0)到(0, 900, 0)。绘制Z轴从(0, 0, 0)到(0, 0, 700)。**glEnd(): **结束绘制线段的过程。绘制轴线上的标签 “-X” 在X轴负方向的末端。“X” 在X轴正方向的末端。“-Y” 在Y轴负方向的末端。“Y” 在Y轴正方向的末端。“Z” 在Z轴正方向的末端。 **glLineWidth(1.0f): **将线段的宽度恢复为默认值。**glPopMatrix(): **弹出之前存储的模型视图矩阵恢复坐标系的位置和状态到之前的状态。
这段代码绘制了X、Y、Z三个轴线以及相应的标签用于在OpenGL场景中表示坐标系。
void RRGLWidget::drawCoordinates() {glPushMatrix();glLineWidth(2.0f);setupColor(255, 255, 255);glBegin(GL_LINES);glVertex3f(-900, 0, 0);glVertex3f(900, 0, 0);glVertex3f(0, -900, 0);glVertex3f(0, 900, 0);glVertex3f(0, 0, 0);glVertex3f(0, 0, 700);glEnd();// 标签qglColor(QColor::fromRgbF(1, 0, 0));renderText(-900, 0, 0, -X, QFont(helvetica, 12, QFont::Bold, true));renderText(900, 0, 0, X, QFont(helvetica, 12, QFont::Bold, true));qglColor(QColor::fromRgbF(0, 1, 0));renderText(0, -900, 0, -Y, QFont(helvetica, 12, QFont::Bold, true));renderText(0, 900, 0, Y, QFont(helvetica, 12, QFont::Bold, true));qglColor(QColor::fromRgbF(0, 0, 1));renderText(0, 0, 700, Z, QFont(helvetica, 12, QFont::Bold, true));glLineWidth(1.0f);glPopMatrix();
}画每个组件变换后的坐标系同上。
void RRGLWidget::drawSTLCoordinates(int r, int g, int b) {glPushMatrix();glLineWidth(1.5f);setupColor(r, g, b);glBegin(GL_LINES);glVertex3f(-300, 0, 0);glVertex3f(300, 0, 0);glVertex3f(0, -300, 0);glVertex3f(0, 300, 0);glVertex3f(0, 0, 0);glVertex3f(0, 0, 500);glEnd();// 标签qglColor(QColor::fromRgbF(1, 0, 0));renderText(-300, 0, 0, -X, QFont(helvetica, 12, QFont::Bold, true));renderText(300, 0, 0, X, QFont(helvetica, 12, QFont::Bold, true));qglColor(QColor::fromRgbF(0, 1, 0));renderText(0, -300, 0, -Y, QFont(helvetica, 12, QFont::Bold, true));renderText(0, 300, 0, Y, QFont(helvetica, 12, QFont::Bold, true));qglColor(QColor::fromRgbF(0, 0, 1));renderText(0, 0, 500, Z, QFont(helvetica, 12, QFont::Bold, true));glLineWidth(1.0f);glPopMatrix();
}
设置显示颜色
void RRGLWidget::setupColor(int r, int g, int b) {GLfloat color[] {static_castGLfloat(r / 255.0), static_castGLfloat(g / 255.0),static_castGLfloat(b / 255.0)};glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, color);
}设置x、y轴旋转和平移
RRGLWidget::setXRotation(int angle): 设置X轴方向的旋转角度。参数 angle 表示要旋转的角度值。如果新的角度值不等于之前的角度值 xRot则更新 xRot发出信号 xRotationChanged(angle)清除颜色缓冲区和深度缓冲区并调用 updateGL() 更新OpenGL场景。RRGLWidget::setYRotation(int angle): 设置Y轴方向的旋转角度。参数 angle 表示要旋转的角度值。如果新的角度值不等于之前的角度值 yRot则更新 yRot发出信号 yRotationChanged(angle)清除颜色缓冲区和深度缓冲区但不调用 updateGL() 更新OpenGL场景。RRGLWidget::setXYTranslate(int dx, int dy): 设置X和Y轴方向的平移量。参数 dx 和 dy 分别表示在X和Y轴上的位移量。根据 dx 和 dy 更新 xTran 和 yTran 的值然后调用 updateGL() 更新OpenGL场景实现平移效果。
这些函数可以通过外部调用来控制OpenGL场景中视角的旋转和平移。
void RRGLWidget::setXRotation(int angle) {int tangle angle; // normalizeAngle(angle);if (tangle ! xRot) {xRot tangle;emit xRotationChanged(angle);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);updateGL();}
}void RRGLWidget::setYRotation(int angle) {int tangle angle; // normalizeAngle(angle);if (tangle ! yRot) {yRot tangle;emit yRotationChanged(angle);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);}
}void RRGLWidget::setXYTranslate(int dx, int dy) {xTran 3.0 * dx;yTran - 3.0 * dy;updateGL();
}
重新基类QGLWidget中的部分方法 void initializeGL() override;void paintGL() override;void resizeGL(int w, int h) override;void mousePressEvent(QMouseEvent *event) override;void mouseMoveEvent(QMouseEvent *event) override;6.1 初始化OPenGL环境
GLfloat ambientLight[] {0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f};: 定义了环境光的强度数组包含RGBA值表示光的颜色和强度。GLfloat diffuseLight[] {0.7f, 0.8f, 0.8f, 1.0f};: 定义了散射光的强度数组包含RGBA值表示光的颜色和强度。GLfloat specularLight[] {0.4f, 0.4f, 0.4f, 1.0f};: 定义了镜面反射光的强度数组包含RGBA值表示光的颜色和强度。GLfloat positionLight[] {20.0f, 20.0f, 20.0f, 0.0f};: 定义了光源的位置数组包含X、Y、Z坐标和一个额外的参数。glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, ambientLight);: 设置0号光源的环境光属性。glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, diffuseLight);: 设置0号光源的散射光属性。glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, specularLight);: 设置0号光源的镜面反射光属性。glLightModelf(GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE, 1.0);: 设置照明模型参数启用双面照明。glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, positionLight);: 设置0号光源的位置属性。glEnable(GL_LIGHTING);: 启用光照。glEnable(GL_LIGHT0);: 打开光源。glClearDepth(1.0);: 设置深度缓存。glEnable(GL_DEPTH_TEST);: 启用深度测试。glDepthFunc(GL_LEQUAL);: 设置深度测试的类型。glEnable(GL_NORMALIZE);: 启用法线向量的自动归一化。glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);: 设置背景清除颜色为黑色。
这些操作旨在配置OpenGL环境包括光照、深度测试和背景颜色等以便正确显示OpenGL场景。
void RRGLWidget::initializeGL() {//用来初始化这个OpenGL窗口部件的可以在里面设定一些有关选项GLfloat ambientLight[] {0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f}; //光源环境光强度数组GLfloat diffuseLight[] {0.7f, 0.8f, 0.8f, 1.0f}; //光源散射光强度数组GLfloat specularLight[] {0.4f, 0.4f, 0.4f, 1.0f}; //光源镜面反射光强度数组GLfloat positionLight[] {20.0f, 20.0f, 20.0f, 0.0f}; //光源位置数组glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, ambientLight); //设置0号光源的环境光属性glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, diffuseLight); //设置0号光源的散射光属性glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, specularLight); //设置0号光源的镜面反射光属性glLightModelf(GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE, 1.0); //设置照明模型参数glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, positionLight); //设置0号光源的位置属性glEnable(GL_LIGHTING); //启用光照glEnable(GL_LIGHT0); //打开光源//glEnable(GL_DEPTH_TEST); //隐藏表面消除打开深度缓冲区绘制3D图像时候使用glClearDepth(1.0); // 设置深度缓存glEnable(GL_DEPTH_TEST); // 启用深度测试glDepthFunc(GL_LEQUAL); // 设置深度测试的类型glEnable(GL_NORMALIZE);glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}6.2 窗口大小变化width和height就是新的大小状态下的宽和高另外resizeGL()在处理完后会自动刷新屏幕。
void RRGLWidget::resizeGL(int w, int h) {if (w 0 || h 0) {return;}glViewport(0, 0, w, h);glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();GLfloat zNear 1.0;GLfloat zFar 20000.0;GLfloat aspect (GLfloat) w / (GLfloat) h;GLfloat fH tan(GLfloat(70.0 / 360.0 * 3.14159)) * zNear;GLfloat fW fH * aspect;glFrustum(-fW, fW, -fH, fH, zNear, zFar); //将当前矩阵与一个透视矩阵相乘把当前矩阵转变成透视矩阵glMatrixMode(GL_MODELVIEW);glLoadIdentity();glTranslated(0.0, 0.0, -40.0);
}6.3 鼠标按下和移动
mousePressEvent: 当鼠标按下时调用记录当前鼠标位置为 lastPos。mouseMoveEvent: 当鼠标移动时调用计算鼠标移动的增量 dx 和 dy然后根据鼠标按键的不同执行不同的操作 如果按下的是左键 (Qt::LeftButton)则调用 setXRotation 和 setYRotation 函数来设置 X 和 Y 轴的旋转角度以实现场景的旋转。如果按下的是右键 (Qt::RightButton)则调用 setZoom 函数来设置缩放参数以实现场景的缩放。如果按下的是中键 (Qt::MidButton)则调用 setXYTranslate 函数来设置 X 和 Y 轴的平移参数以实现场景的平移。
这些操作使得用户可以通过鼠标在 OpenGL 窗口中交互式地旋转、缩放和平移场景。
void RRGLWidget::mousePressEvent(QMouseEvent *event) {lastPos event-pos();
}void RRGLWidget::mouseMoveEvent(QMouseEvent *event) {int dx event-x() - lastPos.x();int dy event-y() - lastPos.y();// 这里必须使用buttons()if (event-buttons() Qt::LeftButton) { //进行的按位与setXRotation(xRot 4 * dy);setYRotation(yRot - 4 * dx);} else if (event-buttons() Qt::RightButton) {setZoom(z_zoom 5.0 * dy);} else if (event-buttons() Qt::MidButton) {setXYTranslate(dx, dy);}lastPos event-pos();
} 加载六轴机械臂三维模型绘制OPenGL场景搭建机械臂3D模型
新建C类DDR6RobotWidget继承RRGLWidget。我们需要绘制机械臂模型、再加上一个实验桌。 /// 7个小部件组成typedef struct DD6RobotModel {STLFileLoader *link0;STLFileLoader *link1;STLFileLoader *link2;STLFileLoader *link3;STLFileLoader *link4;STLFileLoader *link5;STLFileLoader *link6;} DDR6RobotSTLModel;/// 桌子typedef struct DeskModel {STLFileLoader *link0;} DeskModel;/// 机械臂模型DDR6RobotSTLModel mRobotModel;/// 桌子模型DeskModel mDeskModel;通过STLFileLoader类加载STL文件
void DDR6RobotWidget::loadRobotModelSTLFile() {//模型由7个小部件组成mRobotModel.link0 new STLFileLoader(:/res/binary/base_link.STL, 1000);mRobotModel.link1 new STLFileLoader(:/res/binary/link_1.STL, 1000);mRobotModel.link2 new STLFileLoader(:/res/binary/link_2.STL, 1000);mRobotModel.link3 new STLFileLoader(:/res/binary/link_3.stl, 1000);mRobotModel.link4 new STLFileLoader(:/res/binary/link_4.STL, 1000);mRobotModel.link5 new STLFileLoader(:/res/binary/link_5.STL, 1000);mRobotModel.link6 new STLFileLoader(:/res/binary/link_6.STL, 1000);mDeskModel.link0 new STLFileLoader(:/res/binary/desk.stl, 1);
}
配置模型的相关参数
void DDR6RobotWidget::configureModelParams() {//注意经过旋转、平移后坐标系会改变mRobotConfig.d {0, 127.00, -122.00, -101.00, -1.0, 0.00, 0.00}; //沿z轴平移mRobotConfig.JVars {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}; //绕z轴旋转角度mRobotConfig.a {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}; //沿x轴平移mRobotConfig.alpha {0, 0, 180.00, 0, 0, 0, 0}; //绕X轴旋转角度// 默认开启网格mGlobalConfig {true, false, false, false, false, false, false, false, false};
}
重新基类RRGLWidget的drawGL()方法将机械臂的各个关节进行组装这里需要对各个关节的坐标系进行不断地调整。此处待优化调整坐标系不通用这里写死了。
调用一系列 OpenGL 函数来绘制每个关节的连杆并根据机器人的当前状态位置、姿态等调整每个连杆的位置和方向。以下是主要的步骤
调用 drawGrid()、drawCoordinates() 和 drawGLForDesk() 函数绘制网格、坐标系和机器人的底座。绘制每个关节的连杆 对于每个关节根据机器人当前配置位置和姿态调用 glTranslatef() 和 glRotatef() 函数来调整坐标系并使用 mRobotModel 中对应的 draw() 函数来绘制连杆。 如果需要绘制每个关节的坐标系 调用 drawSTLCoordinates() 函数来绘制每个关节的坐标系。 使用 glPopMatrix() 恢复初始坐标系。 void DDR6RobotWidget::drawGL() {//方法不断调整每个link的坐标系glTranslatef、glRotatef依次组合起所有link//TODO: 此处待优化调整坐标系不通用这里写死了glPushMatrix();if (mGlobalConfig.isDrawGrid) drawGrid();if (mGlobalConfig.isDrawWorldCoord) drawCoordinates();if (mGlobalConfig.isDrawDesk) drawGLForDesk();// 基座setupColor(20, 126, 60);mRobotModel.link0-draw();// 一关节if (mGlobalConfig.isDrawJoint1Coord) {drawSTLCoordinates(255, 0, 0);}setupColor(169, 169, 169);glTranslatef(0.0, 0.0, mRobotConfig.d[1]); // z轴方向平移glRotatef(mRobotConfig.JVars[1], 0.0, 0.0, 1.0); // 绕z轴旋转glTranslatef(mRobotConfig.a[1], 0.0, 0.0); // x轴方向平移glRotatef(mRobotConfig.alpha[1], 1.0, 0.0, 0.0); // 绕x轴旋转mRobotModel.link1-draw();// 调整坐标系glRotatef(90, 1.0, 0.0, 0.0);// 二关节 修改2关节的Z轴 90if (mGlobalConfig.isDrawJoint2Coord) {drawSTLCoordinates(0, 255, 0);}setupColor(20, 126, 60);glTranslatef(0.0, 0.0, mRobotConfig.d[2]); // z轴方向平移glRotatef(mRobotConfig.JVars[2] 90, 0.0, 0.0, 1.0); // 绕z轴旋转glTranslatef(mRobotConfig.a[2], 0.0, 0.0); // x轴方向平移glRotatef(mRobotConfig.alpha[2], 1.0, 0.0, 0.0); // 绕x轴旋转mRobotModel.link2-draw();// 调整坐标系glTranslatef(300, 0.0, 0.0);// 三关节if (mGlobalConfig.isDrawJoint3Coord) {drawSTLCoordinates(0, 0, 255);}setupColor(169, 169, 169);glTranslatef(0.0, 0.0, mRobotConfig.d[3]); // z轴方向平移glRotatef(mRobotConfig.JVars[3], 0.0, 0.0, 1.0); // 绕z轴旋转glTranslatef(mRobotConfig.a[3], 0.0, 0.0); // x轴方向平移glRotatef(mRobotConfig.alpha[3], 1.0, 0.0, 0.0); // 绕x轴旋转mRobotModel.link3-draw();// 调整坐标系glTranslatef(260, 0.0, 0.0);glRotatef(-90, 0.0, 0.0, 1.0); // 绕x轴旋转// 四关节if (mGlobalConfig.isDrawJoint4Coord) {drawSTLCoordinates(255, 255, 0);}setupColor(20, 126, 60);glTranslatef(0.0, 0.0, mRobotConfig.d[4]); // z轴方向平移glRotatef(mRobotConfig.JVars[4], 0.0, 0.0, 1.0); // 绕z轴旋转glTranslatef(mRobotConfig.a[4], 0.0, 0.0); // x轴方向平移glRotatef(mRobotConfig.alpha[4], 1.0, 0.0, 0.0); // 绕x轴旋转mRobotModel.link4-draw();// 调整坐标系glTranslatef(0.0, 0.0, 110.0);glRotatef(-90, 1.0, 0.0, 0.0); // 绕x轴旋转// 五关节if (mGlobalConfig.isDrawJoint5Coord) {drawSTLCoordinates(0, 255, 255);}setupColor(169, 169, 169);glTranslatef(0.0, 0.0, mRobotConfig.d[5]); // z轴方向平移glRotatef(mRobotConfig.JVars[5], 0.0, 0.0, 1.0); // 绕z轴旋转glTranslatef(mRobotConfig.a[5], 0.0, 0.0); // x轴方向平移glRotatef(mRobotConfig.alpha[5], 1.0, 0.0, 0.0); // 绕x轴旋转mRobotModel.link5-draw();// 调整坐标系glTranslatef(0.0, 0.0, 110.0);glRotatef(90, 1.0, 0.0, 0.0); // 绕x轴逆时针旋转90°// 六关节if (mGlobalConfig.isDrawJoint6Coord) {drawSTLCoordinates(255, 0, 255);}setupColor(20, 126, 60);glTranslatef(0.0, 0.0, mRobotConfig.d[6]); // z轴方向平移glRotatef(mRobotConfig.JVars[6], 0.0, 0.0, 1.0); // 绕z轴旋转glTranslatef(mRobotConfig.a[6], 0.0, 0.0); // x轴方向平移glRotatef(mRobotConfig.alpha[6], 1.0, 0.0, 0.0); // 绕x轴旋转mRobotModel.link6-draw();glPopMatrix();
}重新基类RRGLWidget的paintGL()方法绘制OpenGL的窗口
具体步骤如下
调用 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT) 函数清除颜色缓存和深度缓存。使用 glPushMatrix() 函数保存当前的模型视图矩阵状态以便后续的绘制操作。使用 glTranslated() 函数根据用户的缩放操作调整视图的缩放比例。使用 glTranslated() 函数根据用户的平移操作调整视图的平移位置。使用 glRotated() 函数根据用户的旋转操作绕 x、y 和 z 轴进行旋转。调用 drawGL() 函数绘制机器人的三维模型。使用 glPopMatrix() 函数恢复之前保存的模型视图矩阵状态以确保后续的绘制操作不受影响。
这段代码的主要作用是在每次窗口需要重新绘制时更新机器人模型的位置、姿态和大小并根据用户的操作实时更新视图。
void DDR6RobotWidget::paintGL() {glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); //清除屏幕和深度缓存glPushMatrix();glTranslated(0, 0, z_zoom);glTranslated(xTran, yTran, 0);glRotated(xRot / 16.0, 1.0, 0.0, 0.0); //绕x轴旋转glRotated(yRot / 16.0, 0.0, 1.0, 0.0); //绕y轴旋转glRotated(zRot / 16.0, 0.0, 0.0, 1.0); //绕z轴旋转glRotated(90.0, 1.0, 0.0, 0.0);drawGL();glPopMatrix();
}新建一个控制机械臂模型的Qt QWidget窗口RobotControlForm用于控制各个关节的角度 以及相关配置的显示和隐藏。
这个类里面主要通过控制UI控件触发相应的信号没有其他特殊的处理。 初始化UI界面控件的信号和槽函数
void RobotControlForm::initializeWindow() {//隐藏关节坐标系QListQCheckBox * cks ui-groupBoxRobot-findChildrenQCheckBox *();for (auto item : cks) {item-hide();}// 滑动条QList QSlider * SliderList ui-groupBoxRobot-findChildrenQSlider *();for (int i 0; i SliderList.size(); i) {QSlider *slider SliderList.at(i);slider-setMinimum(-180);slider-setMaximum(180);slider-setTickInterval(1);connect(slider, QSlider::valueChanged, this, RobotControlForm::slotUpdateJVarsValue, Qt::UniqueConnection);slider-setValue(0);}// checkBox 环境变化connect(ui-checkBoxGrid_real, QCheckBox::stateChanged, this, [](int state) {if (state 0) {slotCheckStateChanged(false);} else if (state 2) {slotCheckStateChanged(true);}});connect(ui-checkBoxWorldCoordinate_real, QCheckBox::stateChanged, this, [](int state) {if (state 0) {slotCheckStateChanged(false);} else if (state 2) {slotCheckStateChanged(true);}});connect(ui-checkBoxDesk_real, QCheckBox::stateChanged, this, [](int state) {if (state 0) {slotCheckStateChanged(false);} else if (state 2) {slotCheckStateChanged(true);}});
}void RobotControlForm::slotUpdateJVarsValue(int value) {QSlider *slider (QSlider *) sender();QString objectName slider-objectName();QString index objectName.at(objectName.size() - 1);emit sigJoinValueChanged(index.toInt(), value);
}void RobotControlForm::slotCheckStateChanged(bool value) {if (sender()-objectName() checkBox_showModel) {emit sigSetModelRealTimeShow(value);return;}emit sigCheckStateChanged();
} 新建一个Qt QWidget类Robot3DForDDR6Form用于显示三维模型和模型控制界面。
界面上两个窗口一个继承DDR6RobotWidget用于显示模型一个集成RobotControlForm用于显示机械臂模型控制界面。
当我们在RobotControlForm进行滑动条变化来控制机械臂模型时会触发信号sigJoinValueChanged(),此处进行相应的处理。 connect(ui-robotControl, RobotControlForm::sigJoinValueChanged, this,Robot3DForDDR6Form::slotJVarsValueChange, Qt::UniqueConnection);void Robot3DForDDR6Form::slotJVarsValueChange(int index, int value) {ui-robot3D_virtual-mRobotConfig.JVars[index] value;if (index 2) {ui-robot3D_virtual-mRobotConfig.JVars[index] -value;}ui-robot3D_virtual-update();
}当我们在RobotControlForm进行勾选框变化时来控制场景中的坐标系、桌子等显示和隐藏会触发信号sigCheckStateChanged(),此处进行相应的处理。
connect(ui-robotControl, RobotControlForm::sigCheckStateChanged, this,Robot3DForDDR6Form::slotUpdateGlobalConfig, Qt::UniqueConnection);
void Robot3DForDDR6Form::slotUpdateGlobalConfig() {ui-robot3D_virtual-mGlobalConfig.isDrawGrid ui-robotControl-getIsRealGridChecked();ui-robot3D_virtual-mGlobalConfig.isDrawWorldCoord ui-robotControl-getIsRealWorldCoord();ui-robot3D_virtual-mGlobalConfig.isDrawDesk ui-robotControl-getIsRealShowDesk();ui-robot3D_virtual-mGlobalConfig.isDrawJoint1Coord ui-robotControl-getIsJointChecked(1);ui-robot3D_virtual-mGlobalConfig.isDrawJoint2Coord ui-robotControl-getIsJointChecked(2);ui-robot3D_virtual-mGlobalConfig.isDrawJoint3Coord ui-robotControl-getIsJointChecked(3);ui-robot3D_virtual-mGlobalConfig.isDrawJoint4Coord ui-robotControl-getIsJointChecked(4);ui-robot3D_virtual-mGlobalConfig.isDrawJoint5Coord ui-robotControl-getIsJointChecked(5);ui-robot3D_virtual-mGlobalConfig.isDrawJoint6Coord ui-robotControl-getIsJointChecked(6);ui-robot3D_virtual-updateGL();
}效果至此我们完成了整个机械臂的三维模型的搭建显示已经相应的控制。 源代码链接
Qt5 基于OpenGL实现六轴机械臂三维仿真 https://download.csdn.net/download/ever__ever/88800031?spm1001.2014.3001.5501
