直升機(jī)虛擬儀表DLL設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要 為了簡化項(xiàng)目分工，使系統(tǒng)易于擴(kuò)充和維護(hù)，采用虛擬儀表DLL設(shè)計(jì)方法。利用GL Studio開發(fā)工具進(jìn)行虛擬儀表開發(fā)，用3D MAX和Ph-otoshop軟件制作儀表紋理。在GL Studio中創(chuàng)建虛擬儀表模型，定義與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口函數(shù)，編寫行為代碼，并將其編譯成DLL，供主程序動(dòng)態(tài)調(diào)用。該方法使系統(tǒng)層次清晰，提高了系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)效率。
關(guān)鍵詞 CBT；GL Studio；3D MAX；DLL；屬性；接口

    計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練(CBT，Computer Based Training)系統(tǒng)是在世界航空業(yè)廣泛應(yīng)用的一種培訓(xùn)方式。直升機(jī)CBT系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)直升機(jī)飛行員各項(xiàng)模擬訓(xùn)練，包括通電檢查、空域飛行、飛行中特情處理等。
    直升機(jī)CBT系統(tǒng)主要采用計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)控制和圖像處理顯示等高新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)融圖形、圖像、文字、曲線、圖表、聲音為一體的多媒體仿真平臺。它可以為飛行員提供多方位的信息流，充分發(fā)揮飛行員多感官接收信息、應(yīng)用信息的能力。
    直升機(jī)CBT系統(tǒng)的組成包括主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)、環(huán)境音響系統(tǒng)、座艙、航電及操縱系統(tǒng)、視景系統(tǒng)等。座艙、航電及操縱系統(tǒng)采用軟硬結(jié)合的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，座艙中儀表板和中央操縱臺上的分立儀表均為觸摸響應(yīng)的虛擬儀表，用GL Studio進(jìn)行虛擬儀表開發(fā)。座艙結(jié)構(gòu)、座椅、飛行操作聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、駕駛桿、總距桿等均做成硬件結(jié)構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)將硬件機(jī)構(gòu)的控制信號傳給主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
    直升機(jī)CBT系統(tǒng)中的分立儀表有氣壓高度表、空速表、陀螺地平儀、綜合顯示器、多功能鍵盤、油量控制板等，下面將詳細(xì)介紹虛擬儀表DLL的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，以及在GL Studio中進(jìn)行調(diào)用的方法。

1 GL studio開發(fā)平臺簡介
    直升機(jī)本文基于仿真平臺GL Studio，其是Disti公司為儀表仿真軟件開發(fā)提供的一套系統(tǒng)解決方案。用戶可以利用其圖形交互界面以所見即所得的方式完成儀表面板的制作，通過其代碼編輯器完成儀表內(nèi)部的邏輯仿真。其代碼生成器能夠?qū)⒂脩舻闹谱鹘Y(jié)果自動(dòng)生成C++和Op-enGL源代碼，用戶既可以將代碼進(jìn)行單獨(dú)編譯，也可以嵌入到其他程序中進(jìn)行編譯，從而避免了大量繁瑣的底層OpenGL開發(fā)過程。
    GL Studio工程可以生產(chǎn)兩種類型的文件：一種可執(zhí)行文件．exe；另一種是可獨(dú)立使用的文件即DLL。在用GL Studio進(jìn)行直升機(jī)CBT系統(tǒng)中虛擬儀表開發(fā)的時(shí)候，各分立儀表都做成單獨(dú)的DLL，將虛擬儀表的輸入和輸出接口定義為屬性。在最后的主程序開發(fā)時(shí)，只需在GLStudio的圖形界面上插入各虛擬儀表DLL，根據(jù)飛行模型的需要傳遞參數(shù)即可。GL Studio開發(fā)虛擬儀表DLL的流程如圖1所示。

2 創(chuàng)建虛擬儀表DLL
2．1 制作紋理
    制作紋理有多種方法，一般采用數(shù)碼相機(jī)拍攝實(shí)物照片，然后運(yùn)用圖形編輯軟件處理。獲取高質(zhì)量的實(shí)物照片是制作紋理的關(guān)鍵，所以在拍攝直升機(jī)座艙儀表照片時(shí)需要設(shè)置好背景，調(diào)節(jié)好光線，選取合適的角度。制作紋理時(shí)，將儀表照片經(jīng)過圖形編輯軟件處理后保存為*．png格式。
    在進(jìn)行紋理制作的過程中，采用3D MAX和Photoshop制作儀表紋理非常方便。以直升機(jī)儀表中最常見的氣壓高度表為例，介紹儀表紋理的制作過程。
    首先，在3D MAX中，創(chuàng)建一個(gè)圓柱體作為盤底，再創(chuàng)建一個(gè)白色的小長方體作為長刻度。調(diào)整好長方體大小，將旋轉(zhuǎn)軸心設(shè)為表盤中心。選擇工具中的陣列選項(xiàng)，設(shè)置好旋轉(zhuǎn)角度為36°，陣列維數(shù)為1D，數(shù)量10，按確定。同理陣列出短刻度。對立體圖進(jìn)行渲染，保存為*．png格式。用Photoshop打開進(jìn)行編輯，添加相應(yīng)的刻度數(shù)字。這種方法制作出來的表盤非常美觀，而且比處理儀表照片的效率高。

2．2 設(shè)計(jì)圖形界面
    設(shè)計(jì)圖形界面即創(chuàng)建儀表模型，創(chuàng)建的模型分為靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。以氣壓高度表為例，高度表盤為靜態(tài)模型，儀表上的指針、旋鈕、氣壓表盤為動(dòng)態(tài)模型。
    GL Studio設(shè)計(jì)器支持的所見即所得繪制方式，使開發(fā)儀表工作變得簡單、直觀。在GL Studio中進(jìn)行繪制圖形和添加紋理。紋理添加完畢后，注意調(diào)整各元件之間的層次關(guān)系，確定圖形的正確顯示。儀表界面的最終效果如下，給氣壓高度表每個(gè)獨(dú)立的部件進(jìn)行合理命名，以方便行為代碼的編寫。
    場壓選擇旋鈕的制作方法：在設(shè)計(jì)面板“Geometry”欄中，高亮“PBS”點(diǎn)功能鍵“Converts Selected to GlsKnob”創(chuàng)建旋鈕。右擊生成的旋鈕，在“Knob”選項(xiàng)卡中設(shè)置旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)的角度及連續(xù)性。

2．3 定義接口
    氣壓高度表只有一個(gè)輸入接口：氣壓值。最少只需要添加一個(gè)屬性，Baro_hPa()，通過飛行動(dòng)力學(xué)模型給該屬性接口傳值，單位統(tǒng)一為hPa。

2．4 編寫行為代碼
    氣壓表左下角的旋鈕為場壓選擇旋鈕。儀表右邊的氣壓表盤會隨著場壓選擇旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)指示設(shè)定的場壓值。添加變量PBS_hPa，該變量記錄設(shè)定的場壓值。
    (1)場壓選擇旋鈕代碼編寫。
    旋鈕的位置范圍為0～100，用來設(shè)定場壓PBS_hPa，氣壓修正范圍為950～1 050 hPa。在設(shè)計(jì)氣壓高度表的時(shí)候，假設(shè)初始場壓在1 013 hPa。
    >場壓選擇旋鈕的初始化代碼
    self->PositionVal(63．of)；／／旋鈕初始位置設(shè)為63PBS_hPa=950．0+(self->PositionVal())；／／63．0對應(yīng)場壓1 013 hPa
    PBSDisc->DynamicRotate(2．4 * self->Posi-tionVal()，Z_AXIS)；
    ／／氣壓刻度盤初始旋轉(zhuǎn)角151．2°，即1 013 hPa氣壓值所在角度
    >場壓選擇旋鈕回調(diào)函數(shù)代碼
    if(ObjectEventIs(ev，“PositionVal”))
    {
    PBS hPa=950．0+(self->PositionVal())；
    ／／旋鈕位置范圍0～100，對應(yīng)的氣壓修正范圍為950～1 050 hPa。
    PBSDisc->DynamicRomte(2．4 * self->Posi-tionVal()，Z_AXIS)；
    ／／氣壓刻度盤通過換算在0～240°逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，與氣壓表盤950～1 050 hPa場壓對應(yīng)
    }
    (2)Baro_hPa()屬性函數(shù)編寫。
    Baro_hPa()為輸入接口，用來接收主程序傳來的外界氣壓大小(靜壓)。3 000m以下，每升高12m氣壓下降133．3Pa。通過靜壓和旋鈕設(shè)定的場壓，即可算出直升機(jī)所在的高度。
    >Baro_hPa()屬性函數(shù)的行為代碼
    _baro_hPa=value；
    float altitude=(PBS_hPa*100-_baro_hPa * 100)*12．0／133．3：／／通過靜壓和場壓差算出高度
    float alt_long=(float)fmod(altitude，1 000．of)；
    longNeedle->DynamicRotate(-(alt_long*(360．0／1 000))，Z_AXIS)；／／長指針根據(jù)高度值大小旋轉(zhuǎn)，1 000 m轉(zhuǎn)動(dòng)360°
    float alt_short=(float)fmod(altitude，10 000．Of)；
    shortNeedle->DynamicRotate(-(alt_short*(36．0／1 000))，Z_AXIS)；
    ／／短指針根據(jù)高度值大小旋轉(zhuǎn)，1 000m轉(zhuǎn)動(dòng)36°
2．5 生成代碼、發(fā)布DLL
    選擇菜單欄中code->Generate All生成代碼，在Microsoft Visual Studio．NET 2003中選擇編譯選項(xiàng)為Live Component Release，編譯、連接，即可生成氣壓高度表DLL，在Licensed LiveComponent Release文件夾下可以找到生成的Barometric Altimeter．dll。

3 DLL的加載
3．1 插入虛擬儀表DLL
    在程序中，有以下兩種加載動(dòng)態(tài)鏈接庫的方式：隱式鏈接和顯式加載。而GL Studio中對DLL的加載方式更加簡便，程序員不需要了解底層的加載方式即可對DLL進(jìn)行操作。
    在工具欄中點(diǎn)擊“ (Inserts a Component)”，選中需要加載的儀表DLL，即可將該虛擬儀表插入到GL Studio編輯器中。調(diào)整該虛擬儀表的大小，放到儀表板底板合適的位置。插入進(jìn)來的虛擬儀表DLL實(shí)際上是一個(gè)類對象指針。
3．2 給虛擬儀表DLL傳遞參數(shù)
    插入虛擬儀表DLL并進(jìn)行合適的命名后，剩下的工作就是在Calculate()對該虛擬儀表的接口進(jìn)行讀寫操作，即傳遞控制參數(shù)。
    在GL Studio中，Resource()函數(shù)可以讀寫DLL的屬性，這也是在創(chuàng)建虛擬儀表DLL的時(shí)候?qū)⑺休斎胼敵鼋涌诙x為屬性的原因。調(diào)用方式如下：

    在總儀表板程序的calculate()中給各虛擬儀表DLL傳遞參數(shù)，以model_作為前綴的變量是根據(jù)直升機(jī)飛行動(dòng)力學(xué)模型解算出來的值：


3．3 調(diào)試并完善
    在項(xiàng)目后期聯(lián)合調(diào)試和完善的過程中，如果需要對某個(gè)儀表的功能進(jìn)行修改和擴(kuò)充，只需要修改該虛擬儀表的程序代碼，編譯連接生成新的DLL。用新的DLL替換原有的DLL文件即可。

4 結(jié)束語
    當(dāng)CBT系統(tǒng)越來越逼真，每個(gè)虛擬儀表的設(shè)計(jì)也必然會越復(fù)雜。這時(shí)采用本文所介紹的方法，將各分立儀表做成單獨(dú)的DLL。采用DLL編程可以使程序?qū)哟吻逦?，既?xì)化了前期開發(fā)過程中項(xiàng)目的分工，又使得項(xiàng)目后期的修改和擴(kuò)展變得簡單方便，極大地提高了程序的可擴(kuò)充性和可維護(hù)性。