CHAI3D的学习

• 一、CHAI3D 的一些介绍

  CHAI3D 是一个C++库，它本身就是一个C++项目，官网里有它详细的英文介绍CHAI3D官网，这里关于它的特点不做赘述。这里只是用直白的语言来帮助刚接触CAHI3D的人更快的了解，CHIA3D项目里面包含了18个模块（就是文件），

  图片来自CHAI3D官网

  每个模块里的包含一些.h和.cpp文件，上面封装了一个个类。最新的3.2.0版本将所有的相关类都放到名为chai3d 的命名域，格式如下：

  using namespace std;
  namespace chai3d {
      cAudioBuffer::cAudioBuffer()
      {
        public:...
      }
  }
  

  CHAI3D还包含了GEL（形变模型），BULLET（刚体模型），ODE（也是刚体模型），OCULUS（Oculus Rift头戴式显示器）四个第三方模块，也是对CHAI3D基本项目的补充。

  CHAI3D的配置非常简单，不用配置环境变量，主要是在新建项目的配置的链接器的附加依赖项里添加chai3d.lib，OpenGL32.lib，glu32.lib，glfw.lib四个静态链接库，并在附加库目录里添加对应的相对路径，如果添加第三方模块，也要添加相应的lib文件。

  当然，你也可以不用新建项目配置，直接在下载的例程上编写就好。

  官方提供的3.2.0版本的CHAI3D文件解压后如下图所示，

  原创 原创

  直接打开sln文件，

  原创

  在CAHI3D文件加下有31个例程，GEL文件夹下有三个例程，BULLET，OCULUS，ODE文件夹下有7个例程，每个例程已经提前配置好了，直接可以运行，同时可以通过研究这些例程来学习CHAI3D。在最下面还有一个EXTRA文件夹，里面是窗口管理的第三方库GLFW，窗口管理除了这个，CHAI3D中还有freeglut，SDL2。

• 二、利用CAHI3D编写应用的一般结构

  一个CAHI3D程序，一般包括几个模块（模块这个词当然是我说的，只是因为看着高大上而已，实质你明白就是编写几个函数，然后依次放到main函数里），那么首先说必须有的几个函数吧。

  • 其一 初始化glfw库 ，就是调用glfw库（也可以是上面说的其他的库）创建窗口，这个每个例程里都一样，你直接拿过来用就可以了，注意设置一下窗口的一些参数就可以了。

  • 其二 创建虚拟世界，说的好像很高大上， 不懂，来，简单点告诉你，就是实例化几个类指针。在上文所说的18个模块（不懂，往上看）里，有一个World模块，里面封装了一个cWorld类，还有盒子、球、圆柱等基元（就是最基础的）形状模型和网格模型。还有Camera模块和Lighting Properties模块，每个虚拟世界里都必须添加至少一个摄像头和一个灯光来渲染场景，当然，摄像头和灯光的有许多属性可以设置，下面只是简单添加：

    // a world that contains all objects of the virtual environment
    cWorld* world;
    // create a new world.
    world = new cWorld(); 
    // create a camera and insert it into the virtual world
    camera = new cCamera(world);
    world->addChild(camera);
    // create a directional light source
    light = new cDirectionalLight(world);
    // insert light source inside world
    world->addChild(light);
    

  • 其三 连接设备，这里，也有一点讲究， 18个模块里有一个Device模块 封装了CAHI3D支持的所有设备的信息，还有一个Handler模块调用Device模块里的信息，接下来有两种方式操作它，一种直接连接设备，输入输出设备信息，另一种是通过一个代理工具（18个模块里有一个Haptic Tools模块），

    // create a haptic device handler
    handler = new cHapticDeviceHandler();
    // get a handle to the first haptic device
    handler->getDevice(hapticDevice, 0);
    //(1)直接连接设备
    // open a connection to haptic device
    hapticDevice->open();
    // calibrate device (if necessary)
    hapticDevice->calibrate();
    //(2)通过tool工具连接，tool类直接内置了直接连接社别的程序
    // a virtual tool representing the haptic device in the scene
    cToolCursor* tool;
    // create a 3D tool and add it to the world
    tool = new cToolCursor(world);
    

  • 其四 创建物体，这一部分，其实可以算作创建虚拟世界里面，但是它又不是必须的， 没有它程序也可以运行，它又是最重要的，因为我们开发的时候就是在这块发挥所有的想象力。下面简单创建一个球体：

    // create a sphere 
    sphere = new cShapeSphere(0.01);
    // insert sphere inside world
    world->addChild(sphere);
    

  • 其五 图像渲染，渲染摄像头看到的场景，先渲染后层，再渲染前层。很多时候，我们也在摄像头上添加一些文本，图像等，然后在这里设置位置大小，这样可以实时动态显示一些值或者图像。

    // update position data
    labelHapticDevicePosition->setText(hapticDevicePosition.str(3));
    // update haptic and graphic rate data
    labelRates->setText(cStr(freqCounterGraphics.getFrequency(), 0) + " Hz / " +
    cStr(freqCounterHaptics.getFrequency(), 0) + " Hz");
    // update position of label
    labelRates->setLocalPos((int)(0.5 * (width - labelRates->getWidth())), 15);
    /////////////////////////////////////////////////////////////////////
    // RENDER SCENE
    /////////////////////////////////////////////////////////////////////
    // update shadow maps (if any)
    world->updateShadowMaps(false, mirroredDisplay);
    // render world
    camera->renderView(width, height);
    // wait until all OpenGL commands are completed
    glFinish();
    // check for any OpenGL errors
    GLenum err;
    err = glGetError();
        if (err != GL_NO_ERROR) cout << "Error:  %s\n" << gluErrorString(err);
    

  • 其六 触觉渲染，这一模块作为子进程，很重要的一部分，这里要与设备进行交互。如果是没有用tools工具的，需要自己写交互程序，反之，这块特别简单，tools工具早已内置了所有的算法和力的碰撞，它会自动计算你在创建物体模块里添加的所有力的属性。函数如下：

    void updateHaptics(void)
    {
        // simulation in now running
        simulationRunning  = true;
        simulationFinished = false;
    
        // main haptic simulation loop
        while(simulationRunning)
        {
            // compute global reference frames for each object
            world->computeGlobalPositions(true);
    
            // update position and orientation of tool
            tool->updateFromDevice();
    
            // compute interaction forces
            tool->computeInteractionForces();
    
            // send forces to haptic device
            tool->applyToDevice();
    
            // signal frequency counter
            freqCounterHaptics.signal(1);
        }
        
        // exit haptics thread
        simulationFinished = true;
    }
    

  • 其七 添加进程 ，当编写完图像渲染模块和触觉渲染模块后，需要把他们两个组合到一块，这里有一个System模块里的cThread类，将触觉触觉渲染模块添加到子进程，然后在一个循环里添加图像渲染模块，函数如下：

    // create a thread which starts the main haptics rendering loop
    hapticsThread = new cThread();
    hapticsThread->start(updateHaptics, CTHREAD_PRIORITY_HAPTICS);
    // setup callback when application exits
    atexit(close);
    //--------------------------------------------------------------------------
    // MAIN GRAPHIC LOOP
    //--------------------------------------------------------------------------
    // call window size callback at initialization
    windowSizeCallback(window, width, height);
    // main graphic loop
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
         // get width and height of window
         glfwGetWindowSize(window, &width, &height);
         // render graphics
         updateGraphics();
         // swap buffers
         glfwSwapBuffers(window);
         // process events
         glfwPollEvents();
         // signal frequency counter
         freqCounterGraphics.signal(1);
    }
    // close window
    glfwDestroyWindow(window);
    // terminate GLFW library
    glfwTerminate();
    

  • 其八 中断函数，基于GLFW的包括按键中断，鼠标中断，这个都是辅助功能，例程中都有模板，你可以直接在程序里面添加你想实现的功能，不多做介绍（懒得写了）。

  最后，把这些模块放到main函数里面就可以了，一个CHAI3D程序就写好了，看着多，其实大部分都是模板上的，如果想自己实现又高又大又上的功能，那得在模板之外自己再琢磨琢磨，CHAI3D提供的各种类，各种功能函数已经足够多，老实说那些例程真的只是用了很少一部分，骚年们（我也是）想要真正学好学精，个人感觉要除了精通例程，还要举一反三，多转几下定义，开动小脑筋，一直添加功能（与君共勉）。

• 三、自定义类，实现多个界面转换

  这个是我的毕设就是这么搞的，太烦了，不想写了，等下次想写的时候再说吧

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