基于GL_Studio開發(fā)飛行控制面板

龐文燕　王強

摘要：以 GL Studio作為開發(fā)平臺，完成飛行控制面板的圖形建模，面向?qū)ο笤O(shè)計程序，采用GL Studio和VC++混合編程，做好網(wǎng)絡(luò)通信、人機交互設(shè)計，完成軍用直10機型飛行控制面板的仿真開發(fā)。

Abstract： GL Studio is used as the development platform to complete the graphical modeling of flight control panel， the object-oriented design program， the mixed programming of GL Studio and VC++， the design of network communication and human-computer interaction， and the simulation development of military direct 10 aircraft flight control panel.

關(guān)鍵詞：面向?qū)ο缶幊?GL Studio;VC++混合編程

Key words： object-oriented programming;GL Studio;VC++ hybrid programming

中圖分類號：V27 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）23-0280-02

0 ?引言

虛擬座艙系統(tǒng)（Virtual Cockpit）具有顯著降低為升級現(xiàn)有飛機所需要高成本的能力，可除去許多老式儀器和量表，節(jié)省重量和能源[1]。目標是實現(xiàn)大部分飛行仿真數(shù)據(jù)的人機交互，結(jié)構(gòu)上主要包括視景系統(tǒng)、控制面板和操作手柄。GL Studio是一款能夠創(chuàng)建實時的、三維的、照片級互動圖形界面，獨立平臺的快速原型工具[2]，具備良好的交互性。

1 ?GL Studio 簡介

GL Studio是美國DiSTI公司開發(fā)的用于虛擬儀表仿真的旗艦產(chǎn)品，在國防應(yīng)用中主要用于搭建虛擬座艙，進行儀表仿真，包括設(shè)計器和代碼生成器，軟件能與HLA/DIS仿真應(yīng)用相連，能夠運行于Window7、Window8、WindowXP、IRIX 和 Linux 操作系統(tǒng)上[3]。

使用GL Studio有五方面優(yōu)勢，一是同等硬件要求下，創(chuàng)建影像級互動界面，得到清楚的紋理圖片，實現(xiàn)“所見即所得”;二是可以實現(xiàn)為圖片添加代碼，以及將繪制出的對象統(tǒng)一生成C++和OpenGL源代碼，并嵌入其他應(yīng)用;三是對象可以很容易被建立成復(fù)用性組件，將圖形實體表現(xiàn)以及其行為邏輯表現(xiàn)融為一體。其生成和使用時存放形式是不同的：當需要代碼公開化、可更改時，存放為.gls格式，嵌入其他應(yīng)用程序時，生成為.dll或.so;當作為Active插件使用時，將其封裝為.cab文件;當組建獨立運行存在時，以生成.exe形式[4，5];四是可以通過設(shè)置消息響應(yīng)函數(shù)實現(xiàn)對鍵盤、鼠標等用戶輸入設(shè)備的響應(yīng)，也能為交互設(shè)備添加回調(diào)函數(shù);五是做針對性消隱處理，即隱藏不需要顯示的模塊或圖片。

2 ?飛行控制面板的實現(xiàn)

下面用GL Studio來實現(xiàn)飛行控制面板的仿真。

2.1 開發(fā)流程

仿真開發(fā)通過對顯示儀表進行圖形建模、設(shè)計內(nèi)部驅(qū)動程序、開發(fā)外部的網(wǎng)絡(luò)接口、設(shè)計人機交互界面等步驟完成。詳細開發(fā)流程見圖1所示：首先，將真實儀表抽象成GL Studio面板儀表，設(shè)置驅(qū)動方式，啟動軟件對圖形的控制;其次，將獲得的可執(zhí)行程序納入總程序中;最后，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通訊接口，完成和主仿真機的數(shù)據(jù)交互連接。

2.2 圖形建模

實現(xiàn)虛擬座艙要完成的首要工作就是對圖形畫面進行建模，即根據(jù)實際面板繪制儀表圖形、輸入字符、設(shè)定參數(shù)。

①采集和處理數(shù)據(jù)：需要用Photoshop等圖片處理軟件對紋理及布局圖數(shù)據(jù)進行處理，獲得透明的符合要求的png格式紋理圖。要關(guān)注三點：GLStudio要求紋理的像素大小以2的n次冪為最優(yōu);紋理的大小應(yīng)與儀表顯示窗口的大小相一致;同一面板的不同部件的紋理盡量放在一張圖片上，用來保證紋理圖片的比例一致，避免繁瑣的調(diào)整和開發(fā)與運行時顯示的差異[4]。

②建立實體模型：需要建立數(shù)碼管等儀表圖形、GSP等畫面顯示字符、FIRE等報警符號。參照飛行儀表手冊，設(shè)計各儀表尺寸、位置;分析對象功能及邏輯聯(lián)系，分配有利位置，劃分模塊，合理構(gòu)建整體畫面。完成整體設(shè)計后進入具體建模，通過直接拖拽圖像原型實現(xiàn)。所有實體對象，均可看成N個多邊形構(gòu)成。反復(fù)采用剪切、旋轉(zhuǎn)、扭曲等操作，可以獲得各種預(yù)期對象。然后對模型的顏色、材質(zhì)、紋理等屬性做設(shè)置，為用戶提供更真實的觀感。為模型貼上紋理，即可以簡化建模過程，又能提高仿真的逼真度和速度。

③梳理模型：分別以空間和邏輯為主線，梳理各模型、各子畫面層次結(jié)構(gòu)，確保各儀表的顯示順序、內(nèi)容無誤。GL Studio中，圖符、字符等不同顏色代表了不同的意義，在設(shè)置具體顏色時要特別關(guān)注。

按照采集和處理數(shù)據(jù)、建立模型、梳理模型的開發(fā)步驟，完成飛行控制板的建模過程，將源代碼納入用戶工程，見圖2，對象的通訊及回調(diào)函數(shù)要寫在Code里面，可以添加各種函數(shù)，軟件內(nèi)部自帶函數(shù)提示。然后，為控制面板設(shè)置設(shè)備屬性，見圖3。

2.3 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊

網(wǎng)絡(luò)通訊要實現(xiàn)功能：一是控制面板能夠接收主機數(shù)據(jù)，并實時更新;二是為主機輸送實時參數(shù)，實現(xiàn)主機依據(jù)輸入狀態(tài)設(shè)置工作模式、參數(shù)以及指示燈、數(shù)碼管隨動顯示。

整個工程通過紋理布置，屬性設(shè)置，函數(shù)及通訊協(xié)議的編寫，最后通過VC++編譯成可執(zhí)行文件.exe，連同config配置文件拷貝到應(yīng)用的電腦上面，通過配置電腦IP與主仿真機進行通信，設(shè)置config配置文件里面的圖形位置及大小即可完成軟件的布置，通過點擊觸摸屏上面的相應(yīng)按鈕、開關(guān)完成虛擬控制面板的應(yīng)用，見圖4，為觸摸屏單板電腦在工程中的應(yīng)用。

參考文獻：

[1]劉麗嬌.基于GL-Studio的飛行模擬機虛擬座艙開發(fā)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[2]黃曉雪，韓端鋒，袁利毫，等.基于GL Studio的船舶駕控臺仿真系統(tǒng)的開發(fā)[J].船舶，2013，4：73-77.

[3]張毅，王士星，等.仿真系統(tǒng)分析與設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[4]陳建東.全球民用全飛行模擬器現(xiàn)狀[J].民航經(jīng)濟與技術(shù)，1998（2）：45-51.

[5]GL Studio Version 3.2 API Documentation Inc.U.S.A：Distributed Simulation Technology Inc[Z].2007.