利用GDI绘制雷达P显的解决途径及关键代码示例

引言

雷达P显包含了实时的波束扫描、探测点迹等信息，对于指挥员了解态势非常有帮助。在Visual Studio平台上，借助于GDI+来绘制雷达P显，是一个非常有挑战的工作。本博文利用双缓存机制，结合特定区域刷新技术，实现了一个较为完整的雷达P显版本，写出关键源码，旨在抛砖引玉，和大家一起沟通交流。

功能概述

最近研究使用GDI+绘制雷达P显，参考了开源代码，实现了一个初步版本，实现的主要功能如下：

绘制P显底图，含距离环、距离标注、方位射线（即方位角）等；
实时显示方位扫描波位，并添加余辉效果（即渐变颜色）；
依据给定的检测概率，随机生成一系列的探测点迹并显示在P显底图上；
实现了特定区域刷新效果——即方位扫描波位覆盖的区域才进行重绘，其它区域保持不变；
在界面上添加了其它的显示信息（很多尚未添加内核模型，仅为示意）。

存在问题

通过前期编程努力，在Visual Studio 2013上完成了代码编写与测试，运行效果参加本帖最后的GIF图像。通过运行发现，系统距离预期的显示效果有一定的区别，主要表现为：

虽然使用了InvalidRgn()函数，仅对方位扫描波位覆盖的屏幕区域才进行重绘，但是通过实际运行发现，屏幕上遗留了较多的余辉残留（图中的绿色部分），具体原因尚未发现；
通过长时间运行发现，程序的CPU占用较为平稳（在笔者的电脑上维持在3%左右），但是它的内存占用会缓慢地增加，表明程序中存在者内存泄露，但通过仔细检查代码，未发现问题代码。

功能完善

同时，我还想补充添加两个功能，具体为：

目前采用的是随机生成一系列的探测点迹并显示在P显底图上的方式，仅为示意。如果我想在P显上显示一个稳定的目标轨迹（即连续多次扫描都能发现这个目标，将每次的扫描探测结果用折线连接，显示在底图上），这会牵扯到较大范围的屏幕区域重绘，目前的程序结构无法完成，不知该如何修改；
想实现在屏幕上通过鼠标点击选择特定点迹的功能，相应的右键菜单已经做好，但不知道如何才能实现鼠标点击选择。粗略地考虑，应该把当前屏幕上所有点位置均记录下来，然后通过获取当前鼠标点击位置，借助于“最近邻”准则来判决，这样感觉有些繁琐，不知道有没有更好的解决方式？

注：在OnPaint()函数中引用了网上的开源代码，对作者表示感谢。

//相关成员变量定义（在.h文件中，摘抄如下）
double m_dCurSimTime;        //当前扫描时间，s
double m_dCurAzimuth;        //当前波束扫描方位角，rad
int    m_nCurScanFrame;        //当前扫描处理帧周期
int    m_nCenterX;        //P显中心X坐标，屏幕上
int    m_nCenterY;        //P显中心Y坐标，屏幕上
int    m_nRadius;        //P显半径，屏幕上
//其它公共变量定义
const double PI = 3.14159265358979;        //圆周率
const double d2r = PI/180.0;            //从°至rad的转换
const UINT   TimeIntervalInMS = 100;        //以ms形式表示的方位扫描时间间隔
const double BeamWidth = 6.0*d2r;        //方位扫描波束宽度，rad
const double ScanPeriod = 6.0;            //一个完整的方位扫描周期，s
const double ScanRate = 360.0/ScanPeriod*d2r;    //方位波束扫描速率，rad/s
const double MaxDetectRange = 500.0e3;        //距离环代表的最大探测距离，m
const int    RANGERINGNUM = 10;                //P显底图上的距离环数目
//用于实时显示状态的矩形区域(特定刷新)
RECT rectTime,rectAzScan,rectFrame;
RECT rectRate,rectDotNum,rectEchoNum,rectTgtNum,rectSysTime;
RECT rectR,rectAz,rectID;
//生成给定区间内的均匀分布随机数
double Rand(double dblStart, double dblFinish)
{
    double minVal = min(dblStart, dblFinish);
    double maxVal = max(dblStart, dblFinish);
    return (maxVal - minVal) * (double)rand() / (RAND_MAX + 1) + minVal;
}
BOOL CPPIDispDemoDlg::OnInitDialog()
{
    ……
    SetTimer(0, TimeIntervalInMS, NULL);
}
void CPPIDispDemoDlg::OnPaint()
{
    if (IsIconic())
    {
        ……
    }
    else
    {
        CPaintDC dc(this);
        CRect rect;
        This->GetClientRect(&rect);
        int nMargin = 1; //边距
        int nHeight = rect.Height() - 2*nMargin;
        int nWidth = rect.Width() - 2*nMargin;
        m_nCenterX = nWidth/2;
        m_nCenterY = nHeight/2;
        m_nRadius = min(nWidth,nHeight)/2;
        CDC xDC;
        CBitmap xBMP;
        xDC.CreateCompatibleDC(&dc);
        xBMP.CreateCompatibleBitmap(&dc,nWidth,nHeight);
        xDC.SelectObject(xBMP);
        //这是显示的核心函数！
        OnDraw(&xDC);
        CDC yDC;
        CBitmap yBMP;
        yDC.CreateCompatibleDC(&dc);
        yBMP.CreateCompatibleBitmap(&dc,nWidth,nHeight);
        yDC.SelectObject(&yBMP);
        yDC.FillSolidRect(rect,GetSysColor(COLOR_3DFACE));
        //采用双缓存机制，防止背景闪烁
        yDC.BitBlt(nMargin,nMargin,nWidth,nHeight,&xDC,0,0,SRCCOPY);
        dc.BitBlt(0,0,nWidth,nHeight,&yDC,0,0,SRCCOPY);
        xBMP.DeleteObject();
        xDC.DeleteDC();
        yBMP.DeleteObject();
        yDC.DeleteDC();
    }
}
void CPPIDispDemoDlg::OnDraw(CDC *pDC)
{
    //绘制方位波束扫描余辉效果(可以进行更为精细的控制)
    double deltaT = BeamWidth/255;
    for(double dt = 0.0; dt < 1.0*BeamWidth; dt += deltaT)
    {
        long x = m_nCenterX + m_nRadius*cos(dt + m_dCurAzimuth-BeamWidth);
        long y = m_nCenterY + m_nRadius*sin(dt + m_dCurAzimuth-BeamWidth);
        pDC->MoveTo(m_nCenterX,m_nCenterY);
        xPen.DeleteObject();
        xPen.CreatePen(0,4,RGB(0,j++,0));
        pDC->SelectObject(&xPen);
        pDC->LineTo(x,y);
    }
    xPen.DeleteObject();
    //绘制当前方位扫描波束中心线
    xPen.CreatePen(0,4,RGB(0,255,0));
    pDC->SelectObject(&xPen);
    pDC->MoveTo(m_nCenterX, m_nCenterY);
    pDC->LineTo(m_nCenterX + m_nRadius*cos(m_dCurAzimuth), 
               m_nCenterY + m_nRadius*sin(m_dCurAzimuth));
    xPen.DeleteObject();
    //在当前方位扫描波束覆盖的区域里生成距离、方位均随机分布的目标
    int Rmt = int(Rand(10, m_nRadius));
//注意：这里显示的实际上是上一个方位扫描波束的目标，模拟实际系统的处理延迟
    double angleAZ = Rand(m_dCurAzimuth - 2*BeamWidth, m_dCurAzimuth - BeamWidth);
    //以给定的概率发现目标，并在P显上绘制出
    double Threshold = 0.65;
    if (Rand(0.0,1.0) >= 1 - Threshold)
    {
        CPoint dot;
        dot.x = m_nCenterX + Rmt*cos(angleAZ);
        dot.y = m_nCenterY + Rmt*sin(angleAZ);
        pDC->SetPixel(dot,RGB(255,0,0));
        pDC->FillSolidRect(dot.x, dot.y, 4, 4, RGB(255,255,0));
    }
    CFont font;
    font.CreateFont(12,6,0,0,600,0,0,0,DEFAULT_CHARSET,OUT_DEFAULT_PRECIS,
CLIP_DEFAULT_PRECIS,DEFAULT_QUALITY,FF_ROMAN,"宋体");
    CString str("");
    //绘制距离环
    for (i = 0; i < RANGERINGNUM-1; i++)
    {
        xPen.CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(128,118,105));
        pDC->SelectObject(&xPen);
        pDC->Arc(m_nCenterX - m_nRadius*(RANGERINGNUM-i)/RANGERINGNUM, 
                 m_nCenterY - m_nRadius*(RANGERINGNUM-i)/RANGERINGNUM,
                 m_nCenterX + m_nRadius*(RANGERINGNUM-i)/RANGERINGNUM, 
                 m_nCenterY + m_nRadius*(RANGERINGNUM-i)/RANGERINGNUM,0,0,0,0);
        xPen.DeleteObject();
        //显示距离标注
        if (i % 2 == 1)
        {
            pDC->SelectObject(&font);
            pDC->SetTextColor(RGB(160,160,164));
            pDC->SetBkMode(TRANSPARENT);
            str.Format("%d",int((RANGERINGNUM-i)*MaxDetectRange/1.0e3/RANGERINGNUM)); 
            pDC->TextOut(m_nCenterX + m_nRadius*(RANGERINGNUM-i)/RANGERINGNUM, 
m_nCenterY, str);
        }
    }
    xPen.CreatePen(PS_SOLID,1,RGB(128,118,105));
    pDC->SelectObject(&xPen);
    //绘制水平线
    pDC->MoveTo(m_nCenterX - m_nRadius, m_nCenterY);
    pDC->LineTo(m_nCenterX + m_nRadius, m_nCenterY);
    //绘制垂直线
    pDC->MoveTo(m_nCenterX, m_nCenterY - m_nRadius);
    pDC->LineTo(m_nCenterX, m_nCenterY + m_nRadius);
    //绘制30°方位射线
    double dTheta = 30.0*d2r;
    pDC->MoveTo(m_nCenterX - cos(dTheta)*m_nRadius, m_nCenterY + sin(dTheta)*m_nRadius);
    pDC->LineTo(m_nCenterX + cos(dTheta)*m_nRadius, m_nCenterY - sin(dTheta)*m_nRadius);
    pDC->MoveTo(m_nCenterX - cos(dTheta)*m_nRadius, m_nCenterY - sin(dTheta)*m_nRadius);
    pDC->LineTo(m_nCenterX + cos(dTheta)*m_nRadius, m_nCenterY + sin(dTheta)*m_nRadius);
    //绘制60°方位射线
    dTheta = 60.0*d2r;
    pDC->MoveTo(m_nCenterX - cos(dTheta)*m_nRadius, m_nCenterY + sin(dTheta)*m_nRadius);
    pDC->LineTo(m_nCenterX + cos(dTheta)*m_nRadius, m_nCenterY - sin(dTheta)*m_nRadius);
    pDC->MoveTo(m_nCenterX - cos(dTheta)*m_nRadius, m_nCenterY - sin(dTheta)*m_nRadius);
    pDC->LineTo(m_nCenterX + cos(dTheta)*m_nRadius, m_nCenterY + sin(dTheta)*m_nRadius);
    xPen.DeleteObject();
    //对中心距离环线换用红色进行突出显示
    xPen.CreatePen(PS_SOLID,2,RGB(255,0,0));
    pDC->SelectObject(&xPen);
    i = RANGERINGNUM-1;
    pDC->Arc(m_nCenterX - m_nRadius*(RANGERINGNUM-i)/RANGERINGNUM, 
             m_nCenterY - m_nRadius*(RANGERINGNUM-i)/RANGERINGNUM,
             m_nCenterX + m_nRadius*(RANGERINGNUM-i)/RANGERINGNUM, 
             m_nCenterY + m_nRadius*(RANGERINGNUM-i)/RANGERINGNUM,0,0,0,0);
    xPen.DeleteObject();
    //显示距离标注
    pDC->SelectObject(&font);
    pDC->SetTextColor(RGB(160,160,164));
    pDC->SetBkMode(TRANSPARENT);
    str.Format("%d",int((RANGERINGNUM-i)*MaxDetectRange/1.0e3/RANGERINGNUM)); /单位km
    pDC->TextOut(m_nCenterX + m_nRadius*(RANGERINGNUM-i)/RANGERINGNUM, m_nCenterY, str);
        //显示当前仿真时间(注意：不是系统时间)
    str.Format("当前时间(s):%6.3f", m_dCurSimTime);
    rectTime.left = 5;
    rectTime.top = 5;
    rectTime.right = rectTime.left + strlen(str) * 7;
    rectTime.bottom = rectTime.top + 12;
    //pDC->FillSolidRect(&rectTime,RGB(255,255,0));
    pDC->DrawText(str,&rectTime,DT_LEFT);
    //还有其它信息显示，重复度较大，不再赘述
    ……
    font.DeleteObject();
    //换回原来的画笔
    pDC->SelectObject(oPen);
}
void CPPIDispDemoDlg::OnTimer(UINT_PTR nIDEvent)
{
    //更新当前方位扫描角，以及当前仿真时刻
    m_dCurAzimuth += BeamWidth;
    m_dCurSimTime += 1.0e-3*TimeIntervalInMS;
    //将方位扫描角限定在[0,360°]之间，并且进行方位扫描帧周期的判断
    if(m_dCurAzimuth > 2*PI)
    {
        m_dCurAzimuth -= 2*PI;
        m_nCurScanFrame++;
    }
    //刷新特定区域(显示各种实时状态信息)
    InvalidateRect(&rectTime);
    InvalidateRect(&rectAzScan);
    InvalidateRect(&rectFrame);
    InvalidateRect(&rectDotNum);
    InvalidateRect(&rectEchoNum);
    InvalidateRect(&rectTgtNum);
    InvalidateRect(&rectSysTime);
    InvalidateRect(&rectRate);
    InvalidateRect(&rectID);
    InvalidateRect(&rectR);
    InvalidateRect(&rectAz);
    CDC dc;
    dc.CreateCompatibleDC(&dc);
    dc.SetViewportOrg(m_nCenterX,m_nCenterY);
    CPoint topleft,bottomright;
    topleft.x = -m_nRadius ;
    topleft.y = -m_nRadius;
    bottomright.x = m_nRadius ;
    bottomright.y = m_nRadius ;
    CRgn rgn;
    CRect rect(topleft,bottomright);
    //当前方位扫描波束的起点、终点
    CPoint pt1, pt2;
    pt1.x = m_nRadius*cos(m_dCurAzimuth);
    pt1.y = m_nRadius*sin(m_dCurAzimuth);
    pt2.x = m_nRadius*cos(m_dCurAzimuth - 2*BeamWidth);
    pt2.y = m_nRadius*sin(m_dCurAzimuth - 2*BeamWidth);
    //指定当前方位扫描波束覆盖的P显区域，并进行重绘
    dc.BeginPath();
    dc.MoveTo(CPoint(0,0));
    dc.LineTo(pt1);
    dc.ArcTo(rect,pt1,pt2);
    dc.LineTo(CPoint(0,0));
    dc.EndPath();
    rgn.CreateFromPath(&dc);
    InvalidateRgn(&rgn,TRUE);
    rgn.DeleteObject();
    dc.DeleteDC();
    CDialog::OnTimer(nIDEvent);
}
void CPPIDispDemoDlg::OnClose()
{
    KillTimer(0);
    ……
}

演示示例

演示见下图最主要的缺陷就是雷达扫描余辉无法全部清除，在图中的左下角区域（第三象限），有很多的绿色残留，而且在最中心的圆形局域内尤其严重，目前尚未找到问题症结。本来怀疑是指定的刷新区域坐标有误，但从图中可看出，右上角的区域很好地实现了特定区域刷新效果，最中心的区域内也较少有余辉残留，所以排除了这个原因。初步判断是不是因为在程序中，将sin()和cos()等函数计算得出的double类型数据转换为屏幕上的int型坐标而导致的？

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利用GDI绘制雷达P显关键代码

利用GDI绘制雷达P显的解决途径及关键代码示例

引言

功能概述

存在问题

功能完善

演示示例