摘 要

计算机图形技术的不断发展，让我们能够更加容易地通过编程仿真来模拟现实场景中的设备。本次设计的主要目标是在3D图形开发引擎上将三维模型和数据流联系起来，实现汽车仪表盘及其线路的三维可视化。

3D模拟的设计需要相应的计算机图形学的技术支持。3ds Max是3D图形建模的权威软件，具有使用方便、功能强大、上手较快等特点。DirectX拥有强大的开发功能，其提供了一套优秀的应用程序编程接口，这些编程接口为我们提供了开发功能强大、实用的应用程序所需要的各种资源。

本文在3ds Max 2012和Visual Studio 2013软件平台上，对汽车仪表线路3D图形建模，基于DXUT框架人机交互编程实现，信号采集硬件电路搭建进行设计。占整个设计过程主要成分的软件部分成功地仿真并展示出了汽车仪表盘及其线路的模型，硬件部分组建了一个完整的框架流程。键盘按键模拟物理量如：发动机转速，3D仪表盘能够响应相关的键盘按键输入。并且加入了网络通信模块，通过有线网连接，将电位器的电压信息传递到程序中，模拟水温信号使水温表转动。

关键词：汽车仪表盘 ；3ds Max；计算机图形学；DirectX

Abstract

The continuous development of computer graphics technology makes it more easily for us to simulate the real scene equipment using the simulation program. The main purpose of the design is to connect 3D model and data flow under 3D graphics development engine, then realize the three-dimensional visualization of car panel and its circuit.

3D simulation design needs corresponding computer graphics technology support.3ds Max is the authority of the 3D graphics modeling software, which is easy to use, powerful, started fast and other characteristics. DirectX has strong development capabilities, which provides a serials of good application programming interface, these programming interface provides us with all kinds of resources that the development of powerful, useful applications need.

This paper is based on the 3ds Max 2012 and Visual Studio 2013 software platform, accomplishing the design of building the 3D graphics model of automobile panel circuit, realizing human-computer interaction under DXUT framework, establishing the signal acquisition circuit structures. The major constituent of the whole design is software part, which successfully simulate and exhibit the model of automobile panel and its circuit, the hardware part formed a complete framework. Keyboard simulation physical quantities such as engine speed, 3D dashboard can response the keyboard input. And joined the network communication module, using the cable connection, the potentiometer’s voltage information is transmitted to the program, the analog temperature signal to make the water temperature table rotate.

Key Words: automobile panel；3ds Max；computer graphics technology；DirectX

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景 1

1.2 目的和意义 1

1.3 国内外研究现状 1

1.4 课题研究内容 2

1.5 预期目标 2

第2章 3D图形开发引擎技术基础 3

2.1 3ds Max简介 3

2.2.1 应用背景 3

2.2.2 3ds Max 2012主要功能 3

2.2 DirectX简介 4

2.2.1 DirectX功能 4

2.2.2 Direct3D 4

2.2.3 DXUT 5

2.2.4 MFC 6

2.3 Unity3D简介 6

2.3.1 Unity3D基本概念 6

2.3.2 Unity3D虚拟引擎特性 6

第3章 方案选择与编程设计 8

3.1 方案选择 8

3.1.1 方案一 8

3.1.2 方案二 8

3.1.3 方案三 8

3.1.4 方案分析与选择 8

3.1.5 软件设计流程 9

3.2 建立3D模型 10

3.2.1 汽车仪表电路绘制 10

3.2.2 生成.x文件 10

3.2 基于DXUT框架的软件设计 12

3.2.1 DXUT主函数结构 12

3.2.2 加载mesh 14

3.2.3 渲染场景 15

3.2.4 添加辅助功能 18

3.2.5 内存资源释放 23

第4章 信息采集硬件电路 24

4.1 发动机转速信号采集电气接口设计 24

4.1.1 电磁感应式转速传感器 24

4.1.2 模拟信息采集卡PCI8305 25

4.1.3 硬件流程 26

4.2 车速信号采集电气接口设计 26

4.2.1 电磁感应式车速传感器 26

4.2.2 硬件流程 29

4.3 断线检测电气接口设计 29

4.3.1 光电隔离数字输入卡PCI2310 29

4.3.2 硬件流程 30

4.4 网络通信模块硬件设计 31

4.4.1 远程模拟信号输入输出智能开关控制板 31

4.4.2 控制板接线 31

第5章 软件仿真结果展示 33

第6章 结论 35

参考文献 36

附录A 37

附录B 38

附录C 41

致谢 42

第1章 绪论

1.1 研究的背景

当今处在一个信息化时代，随着数字技术的普及和发展，以及计算机技术的不断成熟，人们可以更加方便地运用功能强大的计算机进行设计和编程，从而用可视化的模拟系统来模拟仿真现实世界中的实物系统。随着计算机软硬件技术突飞猛进的发展，计算机图形学在各个行业的应用得到迅速普及和深入^[1]。目前，计算机图形学已进入三维时代，三维图形影响着人们生活的方方面面^[2]。研究人员可以通过图形建模工具结合程序编程，构建出虚拟现实的系统，集中地将参数与现实场景严格匹配，建立出与现实实物相差无几的虚拟对象。这样就能方便地对虚拟对象设置试验参数，创建模拟实验环境，用计算机的软件、硬件来搭建虚拟实验室。

1.2 目的和意义

在汽车制造行业，可视化的计算机模拟技术为研发新的车辆电子生态系统提供了更低成本、更高效率的途径。我们现在可以通过设计一个基于真实实验数据的计算机可视化仿真系统，用来开发和测试车辆电子控制系统性能。比如：用仿真环境来模拟真实的交通工况和极限驾驶工况，用于验证车辆电子控制系统中的控制算法，也可以将硬件系统集成到环境里进行硬件的在环仿真。这样，我们就充分运用了计算机的高速计算性能，对车辆的多种驾驶情况进行模拟仿真。虽然用实物车辆进行测试实验所得数据结论更具有真实性、可靠性，但是却要损耗大量的人力、物力、财力，而且基于成本限制，不能进行次数庞大的实验。对比于实物测试实验，这种计算机3D模拟仿真具有高效性、经济性和易操作性，不仅节约了成本，还缩短了车辆电子的研发周期，具有十分深远的意义。

1.3 国内外研究现状

在车辆设计、地理景观研究、“VR”虚拟现实游戏制作、军事模拟等方面，这种可视化模拟仿真的研究不断向前推进，从简单到复杂、从2D到3D，相关领域的广大学者们一直追求更加真实、精确的可视化仿真系统。例如：在研究水土流失方面，已经有基于3D模拟技术的水土流失模型，对降水强度、土壤可侵蚀性、标准小区构建、作物覆盖率及管理因素等进行虚拟仿真，且仿真结果能较好地模拟水土流失过程，能对地形变化进行较好地实时观测。

1.4 课题研究内容

基于对现实车辆电子仪表的相关数据参考，拟用计算机图形建模工具绘制仪表线路实物模型。然后，用集成软件开发平台进行数据信息的关联，在仪表盘与其对应的测量部位之间建立信息通道，如：发动机的转速数据联系到转速表上，转速表根据实时发动机转速显示出对应的数值。除此之外，此设计方案还对仪表线路的断路故障进行检测，并能对故障产生的原因和部位进行分析和锁定，最后提示操作人员进行故障排查和处理。

本次设计将利用3ds Max 2012建立三维汽车仪表线路模型，包括转速表、车速表，在Visual Studio 2013可视化开发平台上开发数据流与三维模型互动的软件，基于DirectX进行程序设计，最终实现检测汽车仪表电路模拟故障的产生与处理的功能。

1.5 预期目标

在汽车的三维仪表线路模型中，手动改变一个测量部位的参数时，仪表盘能够精准、快速地响应对应部位的参数变化。人为地制造一个电路故障时，系统能够检测出故障的原因和部位，并能自动处理故障或向操作人员提供故障排查指导。

第2章 3D图形开发引擎技术基础

2.1 3ds Max简介

2.2.1 应用背景

3D Studio Max，简称3ds Max，是由Discreet公司开发的在Windows平台上的三维动画渲染和制作软件，Discreet公司后被Autodesk公司合并。之前它是在DOS操作系统上运行的3D Studio系列软件。在Windows NT问世之前，硅图图形工作站一直霸占着工程设计级别的CG（计算机图形）制作的市场。3D Studio Max 和 Windows NT组合的问世很快拉低了CG设计的入门难度^[3]。