3D飞行训练系统设计与实现毕业论文.doc

1、论文） 论文题目 :_3D 飞行训练系统的设计与实现 _ 系 别： 计算机系 专业年级： 学 号： 姓 名： 指导教师 、职称 年 5 月 10 号 论文） 目录 摘 要 .1 第一章 绪论 .2 1.1 研究 3D 飞行训练系统的背景及研究的意义 .2 1.2 飞行训练系统的国内外研究现状 .2 1.3 本论文的 基本路线 .3 第二章 基于 OpenGL+MFC 的建模基础 .4 2.1 OpenGL 的概念 .4 2.2 OpenGL 的发展历程 .4 2.3 OpenGL 的渲染管道 .5 2.3.1 显示列表 .5 2.3.2 求值程序 .6 2.3.3 基于顶点的操作 .6 2.3

2、.4 初步组装 .6 2.3.5 像素操作 .6 2.3.6 纹理装配 .6 2.4 MFC 的概述 .6 2.5MFC 的特点 .7 2.5.1 封装 .7 2.5.2 继承 .7 2.5.3 虚拟函数和动态约束 .7 2.6 MFC 的编程框架 .8 2.6.1 MFC 的宏观框架体系 .8 2.7MDI 应用程序构成 .8 2.7.1 构成应用程序对象 .8 2.7.2 构成应用程序的对象之间的关系 .10 2.7.3 构成应用程序的文件 .10 2.8 基于 OpenGL+MFC 的三维模拟的编程环境配置 .11 第三章飞行训练系统的设计及实现 .14 3.1 系统的设计 .14 3.

3、1.1 系统结构的类 .14 3.1.2 场景绘制及渲染 .16 3.1.3 飞机训练系统的关键模拟技术 .17 3.1.4 加载矩阵，控制模型变换 .19 3.2 系统实现的原理及关键技术 .19 3.2.1 基本的 OpenGL 几何变换 .20 3.2.2 三维平移 .20 3.3 实验结果效果图 .22 第四章 结论与展望 .24 参考文献 .25 致 谢 . 26 论文） 1 摘 要 研究在普通的 PC 机下开发高质量的视景仿真系统 。在 Windows NT 系统下 ,以 Visual C + + 为开发平台 ,利用 OpenGL和串口技术 ,运用面向对象的编程思想 ,采用 MFC

4、 的编程方法 1。首先简介了 OpenGL 及如何利用它进行复杂的三维建模、文本显示、天空和地形绘制以及动画生成的技术。本文在 OpenGL的开发基础上，开发通过鼠标和键盘进行操作的虚拟飞行训练系统，通过飞行训练系统为飞行员提供了零危险的飞行训练，飞行训练系统提供了一个身临其境的交互式仿真环境，对飞行训练中的场景进行模拟，实现了人机自然交互；实验表明本文的方法在 OpenGL场 景中仿真飞机的飞行状态，如实的反应出飞机的飞行状态。最终 ,较好地解决了飞行器三维实时显示与逼真的场景之间的矛盾 2。 关键词 :开放式图形库；动画；仿真；建模； ABSTRACT This article focus

5、 on the study of developing simulation system running on PC. We implement the simulation using OOP method on the platform integrated with VC+ and OpenGL. First introduced the OpenGL and how to use it for complex 3d modeling, text display, the sky and the terrain rendering and animation of technology

6、. The developed virtual flight training system provided users with friendly manipulations of keyboard and mouse for rich control. This kind of flight training system can remarkably reduce the flying risk. Besides, it provides a vivid simulation process for users with the true scene of flying trainin

7、g through the man-machine interfaces. Experiments showed that our method was feasible which make sense of controlling flying state. Finally, a decision of the balance of real-time and reality was presented. KEYWORDS : OpenGL ; Animation ; Simulation ; Modeling 论文） 2 第一章 绪论 1.1研究 3D飞行训练系统的背景及研究的意义 过去

8、 ,在航空航天和军事仿真等领域的许多系 统的开发研制过程中 ,飞行器的研制往往依靠飞行实验来完成型号的定型 ,研制过程漫长而且花费巨大。目前 ,随着计算机多媒体技术、可视化技术及图形学技术的发展，我们可以使用计算机来精确地再现现实世界中的绚丽多彩的三维物体，并充分发挥自身的创造性思维，通过人机交互来模拟、改造现实世界，这就是目前最为时髦的虚拟现实技术。通过这种技术，建筑工程师可以直接设计出美观的楼房模型；军事指挥员可以模拟战场进行军事推演，网民可以足不出户游览故宫博物馆等名胜古迹等。而虚拟现实技术最重要的一部分内容就是三维图形编程。 用三维仿真系统进行模 拟飞行训练是国内外通常采用的有效方法。

9、 OpenGL是一个开放式的针对图形硬件的三维图形软件包 ,具有良好的平台无关性 ,开发者可以利用它来建立三维模型和进行三维实时交互 ,从而实现所谓的“虚拟的真实” ,所以多采用 OpenGL进行飞机三维仿真。 1.2 飞行训练系统的国内外研究现状 国外对于飞行训练系统的研制最早从六自由度运动平台开始逐步向集成化、综合化发展，目前的系统已经成为集电气、机械、控制、自动化为一体的现代化高科技产品。国外的许多院校和研究机构都进行了飞行训练系统的研究，比较著名的如 Delft 大学、荷兰的 NLR 实验室等 3，为系统的开发提供了技术支持 。美国空军早在 1969年就开始利用仿真系统 4代替部分实际

10、飞行，使用仿真系统后的飞行费用下降幅度达 66%至 95%。 3D 飞行训练系统在模拟系统开发里起到了重要作用，它把研制的虚拟场景，在视觉上、操作训练环境和程序形成高度逼真，有效解决院校和部队飞行教学训练中的难题，缩短了训练周期，提高了训练效益。 飞行训练系统已有了惊人的进步。其主要表现是： 1、飞行训练视景系统经历了多次变革，经由机械式、光学造影型和闭路电视系统发展到高逼真度的计算机成像视景系统。 2、飞行员 动感模拟，由原来无法模拟过载的固定机舱，发展成为可借助六自由度运动模拟系统支撑的模拟活动座舱。除此，还可以提供先进廉价的 G座椅、抖动座椅、高 G负荷黑视头盔、模拟抗荷服等形式的动感模

11、拟设施。 3、作为飞行模拟器核心的仿真计算机系统，在经历了三次变革浪潮后，已进入全数字实时仿真阶段，不仅有很宽谱型的仿真计算机体制结构可供人们选择，而且高性能价格比的超级实时工作站已加入飞行模拟器的仿真计算机系统行列。 4、多媒体技术、虚拟现实技术、分布交互仿真技术正在从根本上改变传统飞行训练系统的形式和结构。其次是系统功能和应用 范围的不断扩大。飞行训练系统由最初的仅提供飞行员操作使用，扩展到目前成为新机研制必不可少的手段，是现代航空理论、技术和方法研究的主要支柱和新机首飞前的试飞员培训的唯一工具。特别是地面飞行模拟技术同空中飞行模拟技术的结合所出现的空地综合飞行模拟系统，给改善飞行训练系统

12、性能和扩大模拟器应用领域开辟了一个新的途径，进一步展现出了飞行训练系统的广阔发展空间。 我国计算机训练系统领域在 50年代末开始对飞机控制系统进行仿真实验 5,自行研制了仿真设备，在“七五”、“八五”期间，我国建立了一批大型的仿真实验室或仿真系统 ，我我国研制飞机的过程中发挥了重要的作用。 通过对比国内外飞行训练系统的发展状况可以得到下述结论： 1、国外飞行训练系统具有丰富的经验，国内对于飞行训练系统在军用模拟上虽有较大的发展，但军用飞行训练系统考虑到战术、机动性等方面的要求，较多采用的为固定基座的模拟，通过视景论文） 3 和抖振座椅实现飞机的动感模拟，逼真度相对较差。在民用飞行模拟器上的发展

13、缓慢。 2、在系统集成上，国外具有较好的经验积累，可以进行多种条件下的综合集成，而国内在飞行训练系统方面，还处于尝试阶段，主要的产品还依靠国外的系统，主要系统的集成化程度不 高。 3、国内使用的技术多数参照国外的经验技术，自主开发的较少，没有形成独有的技术体系，同国外相比竞争力等相对较差。 1.3 本论文的基本路线 由于硬件的限制，本文着重的模拟通过鼠标和键盘的系统交互式操作，进而对仿真飞行训练系统的的实现。 论文的的章节安排如下： 第一章：分析研究飞行训练系统的重要性，对飞行训练系统的特点、研究现状进行了概述，对飞行仿真技术进行了介绍。 第二章：简单的介绍了 OpenGL及 MFC的建模基础

14、，分析了 OpenGL的渲染管道， MFC中的各种类结合起来构成了一个应用程序框架， MFC框架 定义了应用程序的轮廓，并提供了用户接口的标准实现方法。 第三章 ：飞行训练系统的设计及实现。首先对系统的设计展开介绍，用结构图表面系统的实现的步骤，阐述了系统的模型导入，关于矩阵的变换，所有变 换都在三维空间中定义。要完成一次平移，需要引用平移子程序且设定三维平移向量。在旋转函数中需指定经过坐标系原点的旋转轴的角度和方向。以及对系统中场景绘制和渲染，使它看起来更真实。 第四章 : 在导入飞机模型后，使用键盘操作控制模型，运行系统得到很好的演示效果。 论文） 4 第二章 基于 OpenGL+MFC

15、的建模基础 2.1 OpenGL 的概念 OpenGL 是行业领域中最为广泛接纳的 2D/3D 图形 API, 其自诞生至今已催生了各种计算机平台及设备上的数千优秀应用程序。 OpenGL 是独立于视窗操作系统或其它操作系统的，亦是网络透明的。在包含 CAD、内容创作、能源、娱乐、游戏开发、制造业、制药业及虚拟现实等行业领域中， OpenGL 帮助程序员实现在 PC、工作站、超级计算机等硬件设备上的高性能、极具冲击力的高视觉表现力图形处理软件的开发。 OpenGL 的前身是 SGI 公司为其图形工作站开发的 IRIS GL。 IRIS GL 是一个工业标准的 3D 图形软件接口，功能虽然强大但

16、是移植性不好，于是 SGI公司便在 IRIS GL的基础上开发了 OpenGL。 OpenGL的英文全称是“ Open Graphics Library”，顾名思义， OpenGL 便是“开放的图形程序接口”。虽然DirectX 在家用市场全面领先，但在专业高端绘图领域， OpenGL 是不能被取代的主角。 在 OpenGL 的基础上还有 Open Inventor、 Cosmo3D、 Optimizer 等多种高级图形库，适应不同应用。其中， Open Inventor 应用最为广 泛。该软件是基于 OpenGL 面向对象的工具包，提供创建交互式 3D 图形应用程序的对象和方法，提供了预定义

17、的对象和用于交互的事件处理模块，创建和编辑 3D场景的高级应用程序单元，有打印对象和用其它图形格式交换数据的能力。 OpenGL 的发展一直处于一种较为迟缓的态势，每次版本的提高新增的技术很少，大多只是对其中部分做出修改和完善。 1992年 7月， SGI 公司发布了 OpenGL 的 1.0版本，随后又与微软公司共同开发了Windows NT 版本的 OpenGL，从而使一些原来必须在高档图形工作站上运行的大型 3D 图形处理软件也可以在微机上运用。 1995年 OpenGL 的 1.1版本面市，该版本比 1.0的性能有许多提高，并加入了一些新的功能。其中包括改进打印机支持，在增强元文件中包

18、含 OpenGL 的调用，顶点数组的新特性，提高顶点位置、法线、颜色、色彩指数、纹理坐标、多边形边缘标识的传输速度，引入了新的纹理特性等等。 OpenGL 1.5又新增了“ OpenGL Shading Language”，该语言是“ OpenGL 2.0”的底核，用于着色对象、顶点着色以及片断着色技术的扩展功能。 2.2 OpenGL 的发展历程 1992年 7月， SGI 公司发布了 OpenGL 的 1.0版本，随后又与微软公司共同开发了 Windows NT 版本的 OpenGL，从而使一些原来必须在高档图形工作站上运行的大型 3D 图形处理软件也可以在微机上运用。 1995年 Ope

19、nGL 的 1.1版本面市，该版本较 1.0性能提高许多，并加入了一些新的功能。包括提高顶点位置、法线、颜色、色彩指数、纹理坐标、多边形边缘标识的传输速度，引入了新的纹理特性等等。 1997年， Windows 95下 3D 游戏的大量涌现，游戏开发公司迫切需要一个功能强大、兼容性好的3D 图形接口，而当时微软公司自 己的 3D 图形接口 DirectX 3.0功能却是很糟糕。因而以制作雷神之锤等经典 3D 射击游戏而著名的 id公司同其它一些游戏开发公司一同强烈要求微软在 Windows 95中加入对 OpenGL 的支持。微软公司最终在 Windows 95的 OSR2版和后来的 Wind

20、ows 版本中加入了对OpenGL 的支持。这样，不但许多支持 OpenGL 的电脑 3D 游戏得到广泛应用，而且许多在 3D 图形设计软件也可以运用支持 OpenGL 标准的 3D 加速卡，大大提高其 3D 图形的处理速度。 2003年的 7月 28日， SGI 和 ARB 公布了 OpenGL 1.5。 OpenGL 1.5中包括 OpenGL ARB 的正式扩展规格绘制语言“ OpenGL Shading Language”。 OpenGL 1.5的新功包括：顶点 Buffer Object、 Shadow 功能、隐蔽查询、非乘方纹理等。 2004年 8月， OpenGL2.0版本发布

21、OpenGL 2.0标准的主要制订者并非原来的 SGI，而是逐渐在 ARB中占据主动地位的 3Dlabs。 OpenGL12.0支持 OpenGL Shading Language、新的 shader 扩展特性以及论文） 5 其他多项增强特性。 2008年 8月初 Khronos工作组在 Siggraph 2008大会上宣布了 OpenGL 3.0图形接口规范， GLSL1.30 shader 语言和其他新增功能将再次未来开放 3D 接口发展指明方向。 OpenGL 3.0 API 开发代号为 Longs Peak，和以往一样， OpenGL 3.0仍然作为一个开放性和跨平台的 3D 图形接口

22、标准，在 Shader 语言盛行的今天， OGL3.0增加了新版本的 shader 语言： GLSL 1.30,可以充分发挥当前可编程图形硬件的潜能。同时， OGL3.0还引入了一些新的功能，例如顶点矩阵 对象，全帧缓存对象功能， 32bit 浮点纹理和渲染缓存，基于阻塞队列的条件渲染，紧凑行半浮点顶点和像素数据，四个新压缩机制等等。 2009年 3月又公布了升级版新规范 OpenGL 3.1，也是这套跨平台免费 API 有史以来的第九次更新。 OpenGL 3.1将此前引入的 OpenGL 着色语言“ GLSL”从 1.30版升级到了 1.40版，通过改进程序增强了对最新可编程图形硬件的访问

23、，还有更高效的顶点处理、扩展的纹理功能、更弹性的缓冲管理等等。宽泛地讲， OpenGL 3.1在 3.0版的基础上对整个 API 模型体系进行了简化， 可大幅提高软件开发效率。 2009年 8月 Khronos 小组发布了 OpenGL 3.2，这是一年以来 OpenGL 进行的第三次重要升级。该版本仍然延续了 OpenGL 发展的方向让图形程序开发者能在多种操作系统和平台下更好的利用新的 GPU 功能。 OpenGL3.2版本提升了性能表现、改进了视觉质量、提高了几何图形处理速度，而且使Direct3D 程序更容易移植为 OpenGL。除 OpenGL 之外， Khronos 还将其开发的其

24、它标准进行了协调改进，以求可以在更广泛的领域提供强大的图形功能和计算生态系统，这些标准包括用于并行计 算的 OpenCL、用于移动 3D 图形开发的 OpenGL ES 和用于网络 3D 开发的 WebGL。 Khronos旗下的 OpenGL ARB(Architecture Review Board)工作组推出了 GLSL 1.5OpenGLShading Language(OpenGL 着色语言 )的升级版，以及在 OpenGL3.2框架下推出了两个新功能，可以让开发者在开发新程序时能够在使用流水线内核特性或兼容性特性之间做出选择，其中兼容性特性会提供与旧版 OpenGL 之间的兼容性。

25、 2.3 OpenGL 的渲染管道 大部分 OpenGL 的实现都有一个的相类似的操作顺序，一系列处理阶段称为 OpenGL 渲染管道。这个顺序（如下图所示），对 OpenGL 的实现来说不是一套严格的规则，但是对我们了解 OpenGL 将做什么有很好的帮助。 下面的图表显示了一条福特工厂装配流水线的过程，这就是 OpenGL 处理数据的过程。几何数据（顶点、线、多边形）跟随着这些路径通过这些代表求值程序和每一个顶点操作的盒子，而像素数据（像素、图像、位图）的部分加工处理过程有些不同。在将最后的像素数据写到帧缓存前，两种类型的数据都要经过最后相同的步骤（光栅化和碎片操作 ）。 图 2.1 Op

26、enGL 处理数据流程 现在可以看到 OpenGL 渲染管道中关键步骤的更加详细的信息 。 2.3.1显示列表 所有数据，无论是几何描述或像素，都要被保存在一个显示列表中以备用。（如果要将数据保留论文） 6 在显示列表中，就要马上处理这些数据，这就是立即模式）。一旦显示列表被执行，保留数据将从显示列表中发送出去，就像在立即模式下被发送一样。 2.3.2求值程序 所有几何元素最后都要用顶点来描述。量化曲线和曲面可以用控制点和多项式函数（称为基础函数）来初始描述。求值程序提供了一种方法可以从控制点来表示曲面 。这个方法是多项式映射，它能够从控制点产生曲面法线、材质坐标、颜色、空间坐标值。 2.3.

27、3基于顶点的操作 对于顶点数据，下一步就是每一个顶点的操作步骤，它将这些顶点转化程原始图元。一些顶点数据（例如空间坐标）是用 4x4的浮点矩阵转换来的。空间坐标是从 3D 世界上的一个点映射到你屏幕上的一个点。 假如使用了更高级的属性，这个步骤甚至更加复杂。假如使用了纹理，纹理坐标将要产生并转换。假如光照效果开启，光照效果将使用转换过的顶点、曲面法线、光源位置、材质属性、其他光源的信息进行计算，产生一个颜色值。 2.3.4初 步组装 裁剪，一个初步组装最主要的部分，是将可视空间外的部分几何元素消除。点裁剪只是简单的忽略或删除该点；线或多边形裁剪将会增加一些附加的点，当然这依赖于怎么裁剪。 在有

28、些情况下，这是随着透视处理发生的，它使远处的几何物体看起来更小一些。然后是视点和景深（ z 坐标）处理。假如淘汰功能是打开的，且是多边形元素，它有可能通过淘汰监测而被抑制。根据多边形模式，一个多边形有可能被画成点或线。 这个步骤的结果是用相关的颜色、景深、有时还有纹理坐标值和辅助线完成几何元素的转换和裁剪处理，为光栅化做准备。 2.3.5像素操 作 在几何数据通过 OpenGL 渲染管道的过程中，像素数据走的另外一条不同的路径。像素从系统内存的一个数组中首先用其中一种格式解包到适当数量的组件中。然后数据将被缩放、偏离，和被像素表处理。结果被汇总然后写入纹理内存或送入光栅化步骤。 假如像素数据是

29、用帧缓存中读取的，像素转换操作（缩放、偏离、映射、 clamping）将被执行。然后这些结果将被打包成适当的格式重新返回到系统内存的一个数组中。 这儿有一些特殊的像素拷贝操作，用于一个帧缓存中拷贝数据到另外一个帧缓存或纹理内存。整个像素传输操作可以在数据写到纹理内存 或写回到帧缓存中之前通过一条单独的路径进行。 2.3.6纹理装配 一个 OpenGL 程序也许希望能够将图像贴到几何物体上去，使它看起来更加真实。假如使用了很多纹理贴图，将它们放到纹理对象中是个明智的选择，因为你能够更容易的切换它们。 一些 OpenGL 实现也许有专用的方法用于加速纹理贴图的性能。这儿也许有专用的、高性能的纹理内

30、存。假如这个内存是存在的，纹理对象将优先使用这种有限的且非常有用的资源。 光栅化 光栅化是将几何物体和像素数据转换成片断的转换器。每一个片断块对应一个帧缓存中的像素。线和多边形点、线宽、点 大小、阴影模型、反走样的平均计算都被综合考虑，与顶点被连接成线或用于填充多边形的点都被计算出来。每一个片断块的颜色和景深值都被赋值。 2.4 MFC 的概述 MFC 是一个编程框架，面前最新版本为 10.0。 MFC (Microsoft Foundation Class Library) 中的各种类结合起来构成了一个应用程序框架，它的目的就是让程序员在此基础上来建立 Windows 下的应用程序，这是一种

31、相对 SDK 来说更为简单的方法。因为总体上， MFC 框架定义了应用程序的轮廓，并提供了用户接口的标准实现方法，程序员所 要做的就是通过预定义的接口把具体应用程序特论文） 7 有的东西填入这个轮廓。 Microsoft Visual C+提供了相应的工具来完成这个工作： AppWizard 可以用来生成初步的框架文件（代码和资源等）；资源编辑器用于帮助直观地设计用户接口；ClassWizard 用来协助添加代码到框架文件；最后编译，则通过类库实现了应用程序特定的逻辑。 2.5MFC 的特点 MFC (Microsoft Foundation Class Library)中的各种类结合起来构成

32、了一个应用程序框架，它的目的就是让程序员在此基础上来建立 Windows 下的应用程序，这是一种相对 SDK 来说更为简单的方法。因为总体上， MFC 框架定义了应用程序的轮廓，并提供了用户接口的标准实现方法，程序员所要做的就是通过预定义的接口把具体应用程序特有的东西填入这个轮廓。 Microsoft Visual C+提供了相应的工具来完成这个工作： AppWizard 可以用来生成初步的框架文件（代码和资源等）；资源编辑器用于帮助直观地设计用户接口； ClassWizard 用来协助添加代码到框架文件；最后，编译，则通过类库实现了应用程序特定的逻辑。 2.5.1封装 构成 MFC 框架的是

33、 MFC 类库。 MFC 类库是 C+类库。这些类或者封装了 Win32 应用程序编程接口，或者封装了应用程序的概念，或者封装了 OLE 特性，或者封装了 ODBC 和 DAO 数据访问的功能，等等，分述如下。 （ 1）对 Win32 应用程序编程接口的封装 用一个 C+ Object 来包装一个 Windows Object。例如： class CWnd 是一个 C+ window object，它把 Windows window(HWND)和 Windows window 有关的 API 函数封装在 C+ window object 的成员函数内，后者的成员变量 m_hWnd 就是前者的窗

34、口句柄。 （ 2）对应用程序概念的封装 使用 SDK 编写 Windows 应用程序时，总要定义窗口过程，登记 Windows Class，创建窗口，等等。 MFC 把许多类似的处理封装起来，替程序员完成这些工作。另外， MFC 提出了以文档 -视图为中心的编程模式， MFC 类库封装了对它的支持。文档是用户操作的数据对象，视图是数据操作的窗口，用户通过它处理、查看数据。 （ 3）对 COM/OLE 特性的封装 OLE 建立在 COM 模型之上，由于支持 OLE 的应用程序必须实现一系列的接口（ Interface），因而相当繁琐。 MFC 的 OLE 类封装了 OLE API 大量的复杂工作

35、，这些类提供了实现 OLE 的更高级接口。 （ 4）对 ODBC 功能的封装 以少量的能提供与 ODBC 之间更高级接口的 C+类，封装了 ODBC API 的大量的复杂的工作，提供了一种数据库编程模式。 2.5.2继承 首先， MFC 抽象出众多类的共同特性，设计出一些基类作为实现其他类的基础。这些类中，最重要的类是 CObject 和 CCmdTarget。 CObject 是 MFC 的根类，绝大多数 MFC 类是其派生的，包括CCmdTarget。 CObject 实现了一些重要的特性，包括动态类信息、动态创建、对象序列化、对程序调试的支持，等等。所有从 CObject 派生的类都将具

36、备或者可以具备 CObject 所拥有的特性。CCmdTarget 通过封装一些属性和方法，提供了消息处理的架构。 MFC 中，任何可以处理消息的类都从 CCmdTarget 派生。 针对每种不同的对象， MFC 都设计了一组类对这些对象进行封装，每一组类都有一个基类，从基类派生出众多更具体的类。这些对象包括以下种类：窗口对象，基类是 CWnd；应用程序对象，基类是 CwinThread；文档对象 ，基类是 Cdocument，等等。 程序员将结合自己的实际，从适当的 MFC 类中派生出自己的类，实现特定的功能，达到自己的编程目的。 2.5.3虚拟函数和动态约束 论文） 8 MFC 以“ C+

37、”为基础，自然支持虚拟函数和动态约束。但是作为一个编程框架，有一个问题必须解决：如果仅仅通过虚拟函数来支持动态约束，必然导致虚拟函数表过于臃肿，消耗内存，效率低下。例如， CWnd 封装 Windows 窗口对象时，每一条 Windows 消息对应一个成员函数，这些成员函数为派生类所继承。如果这些函数都设计成虚拟函数，由于数量太多，实现起 来不现实。于是， MFC建立了消息映射机制，以一种富有效率、便于使用的手段解决消息处理函数的动态约束问题。 这样，通过虚拟函数和消息映射， MFC 类提供了丰富的编程接口。程序员继承基类的同时，把自己实现的虚拟函数和消息处理函数嵌入 MFC 的编程框架。 M

38、FC 编程框架将在适当的时候、适当的地方来调用程序的代码。本书将充分的展示 MFC 调用虚拟函数和消息处理函数的内幕，让读者对 MFC的编程接口有清晰的理解。 2.6 MFC 的编程框架 2.6.1 MFC 的宏观框架体系 MFC 实现了对应用程序概念的封装，把类、类的继承、 动态约束、类的关系和相互作用等封装起来。这样封装的结果对程序员来说，是一套开发模板（或者说模式）。针对不同的应用和目的，程序员采用不同的模板。例如， SDI 应用程序的模板， MDI 应用程序的模板，规则 DLL 应用程序的模板，扩展 DLL 应用程序的模板， OLE/ACTIVEX 应用程序的模板，等等。 这些模板都采

39、用了以文档 -视为中心的思想，每一个模板都包含一组特定的类。典型的 MDI 应用程序的构成将在下一节具体讨论。 为了支持对应用程序概念的封装， MFC 内部必须作大量的工作。例如，为了实现消息映射机制，MFC 编程框架 必须要保证首先得到消息，然后按既定的方法进行处理。又如，为了实现对 DLL 编程的支持和多线程编程的支持， MFC 内部使用了特别的处理方法，使用模块状态、线程状态等来管理一些重要信息。虽然，这些内部处理对程序员来说是透明的，但是，懂得和理解 MFC 内部机制有助于写出功能灵活而强大的程序。 总之， MFC 封装了 Win32 API， OLE API， ODBC API 等底

40、层函数的功能，并提供更高一层的接口，简化了 Windows 编程。同时， MFC 支持对底层 API 的直接调用。 MFC 提供了一个 Windows 应用程序开发模式，对 程序的控制主要是由 MFC 框架完成的，而且 MFC也完成了大部分的功能，预定义或实现了许多事件和消息处理，等等。框架或者由其本身处理事件，不依赖程序员的代码；或者调用程序员的代码来处理应用程序特定的事件。 MFC 是 C+类库，程序员就是通过使用、继承和扩展适当的类来实现特定的目的。例如，继承时，应用程序特定的事件由程序员的派生类来处理，不感兴趣的由基类处理。实现这种功能的基础是 C+对继承的支持，对虚拟函数的支持，以及 MFC 实现的消息映射机制。 2.7MDI 应用程序构成 用 AppWizard 产生一个 MDI 工 程 t（无 OLE 等支持）， AppWizard 创建了一系列文件，构成了一个应用程序框架。这些文件分四类：头文件（ .h），实现文件 (.cpp)，资源文件 (.rc)，模块定义文件 (.def)，等。 2.7.1构成应用程序对象 下图解释了该应用程序的结构，箭头表示信息流向。