基于組件技術(shù)的工程機械虛擬現(xiàn)實管理系統(tǒng)研究

摘要：闡述了VR技術(shù)的組成和未來發(fā)展趨勢，分析了VR技術(shù)在工程機械管理領(lǐng)域中的應(yīng)用；提出了基于組件技術(shù)的工程機械虛擬現(xiàn)實管理系統(tǒng)的解決方案，構(gòu)建了系統(tǒng)的組件化模型，為今后基于組件技術(shù)的工程機械虛擬現(xiàn)實管理系統(tǒng)的開發(fā)提供了新的思路和方法。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù)；組件技術(shù)；工程機械虛擬現(xiàn)實管理系統(tǒng)

1 .VR技術(shù)的組成、發(fā)展趨勢及其在工程機械管理中的應(yīng)用

1.1.VR技術(shù)概述與發(fā)展趨勢

虛擬現(xiàn)實（Visual Reality，VR）作為一種在計算機圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多學科技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計算機領(lǐng)域的新技術(shù)，被公認為是21世紀重要的發(fā)展學科以及影響人們生活的重要技術(shù)之一。 縱觀多年來的發(fā)展歷程，VR技術(shù)的未來研究仍將遵循“低成本、高性能”原則，從軟件、硬件上展開，并將在動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、實時三維圖形生成和顯示技術(shù)、新型交互設(shè)備的研制、智能化語音虛擬現(xiàn)實建模及大型網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實（Distributed Virtual Reality，DVR）得到不斷的開發(fā)與應(yīng)用。

1.2.VR技術(shù)在工程機械管理中的應(yīng)用

在現(xiàn)實機械管理系統(tǒng)建模中，因影響因子多，導致系統(tǒng)不穩(wěn)定，難以實現(xiàn)準確建模。隨著工程機械性能及種類日趨豐富，建模對象已經(jīng)成為一個動態(tài)過程，虛擬工程機械管理中的決策因素不但均直接從實際的環(huán)境中獲得，而且融入了現(xiàn)代管理技術(shù)并經(jīng)過眾多管理方面的專家精心篩選和決策，提高了系統(tǒng)建模的準確性，從而大大地提高了工程機械管理的靈活性、可操作性與可行性。在實現(xiàn)機械人才資源共享方面，也發(fā)揮著越來越重要的作用，VR技術(shù)不需要進行大規(guī)模的機械人員互借互調(diào)，就可實現(xiàn)機械與技術(shù)的有機結(jié)合，從而實現(xiàn)機械人才資源共享。

2.VR技術(shù)與COM組件技術(shù)結(jié)合的系統(tǒng)解決方案

構(gòu)建通用工程機械虛擬管理系統(tǒng)有效解決方法是開發(fā)該系統(tǒng)的通用組件和插件。目前，組件技術(shù)領(lǐng)域比較成熟并獲得廣泛應(yīng)用的技術(shù)規(guī)范主要有微軟的COM/DCOM、對象管理組（OMG）制定的CORBA和SUN發(fā)布的Java Beans等。該系統(tǒng)在進行開發(fā)時，采用了基于COM/DCOM的組件/架構(gòu)開發(fā)技術(shù)。

2.1.COM組件/COM插件

2.1.1.COM組件的特點

組件可以方便地集成于系統(tǒng)中， 即插即用不用修改代碼或者重新編譯；組件的接口和實現(xiàn)是分離的，組件通過接口實現(xiàn)與其他組件或系統(tǒng)的交互，組件具體實現(xiàn)被封裝在內(nèi)部，通過接口有效保證了復(fù)用性。

2.1.2.COM插件的特點

為實現(xiàn)系統(tǒng)的可擴充性和靈活性，避免算法的重復(fù)編程，可采取用插件的形式。插件具有擴展父應(yīng)用程序功能的能力，將診斷使用的每個算子寫成插件，不用對管理程序作任何變動就可以獲得最大程度的可伸縮性。插件是通過特定接口與父應(yīng)用程序交互，任何模塊件可加載或通訊的工具都可以做插件，其中COM組件形式的最為廣泛。在管理系統(tǒng)中，插件調(diào)用的方式是：由插件公布1個標準接口，在主程序中聲明使用該接口，然后由管理主程序通過調(diào)用插件接口來執(zhí)行具體功能。

2.2.COM插件開發(fā)步驟

用COM建立1個用不同的編程語言編寫、包含有主程序和插件的框架，由于建立在COM之上，它們之間能夠無縫地結(jié)合在一起。（1）定義插件的接口，在程序聲明中使用該接口；考慮應(yīng)用程序如何獲得插件列表，對于同一類接口的COM插件，使用一個數(shù)據(jù)表存儲該接口所有插件的GUID、名字等信息，以便管理程序能識別和調(diào)用該接口類型插件。（2）設(shè)計應(yīng)用程序的插件管理界面，主要是操作插件列表，用來管理每個插件接口，配置插件的加載、卸載等，并將相關(guān)信息存儲入數(shù)據(jù)表。（3）設(shè)計診斷主體程序的插件處理機制，在訪問插件時能夠載入所需的插件（如根據(jù)COM組件對象的GUID）。

3.基于VR與COM組件技術(shù)的管理系統(tǒng)

3.1.VR系統(tǒng)的作用

隨著計算機技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的飛速發(fā)展，1個發(fā)展成熟的VR系統(tǒng)與合適的管理模式相結(jié)合會提供工程機械管理的形象化、實戰(zhàn)化、精確化和管理結(jié)果優(yōu)化等功能，因此在這個意義上創(chuàng)建的工程機械虛擬管理系統(tǒng)具有很大的應(yīng)用價值。具體地講，VR系統(tǒng)在工程機械管理系統(tǒng)開發(fā)中的作用包括：（1）虛擬原型：給用戶提供1個與物理原型無異的計算機模型。（2）虛擬關(guān)系：定義人員與人員、人員與機械、機械與機械之間的關(guān)系。（3）虛擬管理：管理人員利用VR系統(tǒng)可進行實時管理和改進。（4）虛擬設(shè)計環(huán)境與虛擬合作：管理和操作成員之間通過共享的虛擬環(huán)境進行充分的交流和信息反饋。

3.2. 系統(tǒng)尋優(yōu)模型及原理

工程機械虛擬管理系統(tǒng)是現(xiàn)實管理系統(tǒng)在虛擬環(huán)境下的映射，它具有現(xiàn)實管理系統(tǒng)所具有的一切特征、功能及運行機制?，F(xiàn)實管理系統(tǒng)從一般的概念上來說可分為信息流、物質(zhì)流及能量流。這3種流在控制信息系統(tǒng)的控制與調(diào)度下從初始狀態(tài)向目標狀態(tài)轉(zhuǎn)變。這個轉(zhuǎn)變過程P及管理過程可用下列4元組模型來描述：P={s， c， o， Z}其中， s是初始狀態(tài)， c是約束條件， o是操作， Z是目標狀態(tài)。它表明完成虛擬機械管理的過程是尋求一條從初始狀態(tài)到目標狀態(tài)的路徑，尋優(yōu)的過程（操作）就是評價、計算、判斷、決策等方法的一系列應(yīng)用。

3.3.系統(tǒng)COM組件模型

根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計及需求，設(shè)計1個統(tǒng)一的管理系統(tǒng)框架及一系列相關(guān)的組件與插件，整個系統(tǒng)由許多通用的組件與插件集成于框架中，每個組件與插件負責完成某一特定的功能。通過各個組件的相互關(guān)系來定義每個組件的接口。組件的數(shù)量和類型可以根據(jù)需要調(diào)整，而不需要改變整個框架。在保持各個組件之間接口不變的條件下，可以對組件加以修改、升級或更換。整個系統(tǒng)在各組件的協(xié)調(diào)工作下運行。本系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)采集模塊、綜合管理模塊、顯示模塊與系統(tǒng)維護模塊4部分。

4.結(jié)束語

工程機械虛擬管理系統(tǒng)采用數(shù)字模型進行設(shè)計，人員以網(wǎng)絡(luò)方式相互協(xié)調(diào)工作，具有數(shù)字方式和全局分布性等諸多優(yōu)點，虛擬管理系統(tǒng)能始終把速度與效益作為開發(fā)的基本準則，實現(xiàn)了信息技術(shù)與管理過程的完美統(tǒng)一。本文還試圖將組件技術(shù)應(yīng)用到工程機械虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)中，提出了系統(tǒng)的組件化模型，力求從技術(shù)上創(chuàng)建一種能夠包含不同需求的管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。相信這種開發(fā)必將引起工程機械管理思維的變革，極大提高工程機械的管理水平和效益。

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