基于Java Swing的找點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2022-10-24 09:31:22杜蘭蘭王圣波
現(xiàn)代計(jì)算機(jī) 2022年16期
王 勇，洪 進(jìn)，杜蘭蘭，王圣波
（空軍預(yù)警學(xué)院，武漢 430019）
0 引言
標(biāo)圖課程包括在標(biāo)圖桌和標(biāo)圖軟件中標(biāo)示目標(biāo)航跡，標(biāo)圖軟件標(biāo)示目標(biāo)航跡也可以叫做計(jì)算機(jī)標(biāo)圖，兩者的核心教學(xué)內(nèi)容為找點(diǎn)、連線，最終掌握標(biāo)示多批目標(biāo)航跡的技能。標(biāo)圖桌上是手寫標(biāo)注位置和連接多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，最終在標(biāo)圖板上呈現(xiàn)完整的航跡。計(jì)算機(jī)標(biāo)圖是通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊完成找點(diǎn)，由軟件自動(dòng)連接目標(biāo)點(diǎn)，最終在電腦屏幕上呈現(xiàn)完整的航跡，但無論是在標(biāo)圖桌還是計(jì)算機(jī)上標(biāo)示航跡，首先都需要找到目標(biāo)點(diǎn)的位置，然后才能標(biāo)注目標(biāo)屬性、高度、發(fā)現(xiàn)時(shí)間等其它相關(guān)信息，進(jìn)而連線形成航跡，這就意味著找點(diǎn)訓(xùn)練是基礎(chǔ)。
在標(biāo)圖桌上組織找點(diǎn)訓(xùn)練比較容易，找到航跡點(diǎn)并進(jìn)行標(biāo)注，不連線即可。但是當(dāng)前計(jì)算機(jī)標(biāo)圖采用的軟件不具備單獨(dú)標(biāo)示目標(biāo)位置的找點(diǎn)訓(xùn)練功能，所以教學(xué)進(jìn)程安排通常是先進(jìn)行標(biāo)圖桌上的找點(diǎn)訓(xùn)練，達(dá)到要求后推進(jìn)到標(biāo)圖桌上連續(xù)航跡的標(biāo)示訓(xùn)練，熟悉標(biāo)圖桌連續(xù)航跡標(biāo)示之后直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)標(biāo)示連續(xù)航線的訓(xùn)練。從標(biāo)圖桌到計(jì)算機(jī)，手工標(biāo)示到軟件標(biāo)示是一個(gè)比較大的跨越，需要熟悉軟件各功能所在區(qū)域，掌握軟件操作技巧，靈活使用鼠標(biāo)在屏幕中快速找到航跡點(diǎn)，補(bǔ)充其它相關(guān)信息。另外，跨到計(jì)算機(jī)標(biāo)圖后只能從難度較大的標(biāo)示航跡入手，缺少了找航跡點(diǎn)這一基礎(chǔ)訓(xùn)練環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)標(biāo)圖的兩大跨越對(duì)于很多基礎(chǔ)薄弱的學(xué)員來說門檻高、起步難、訓(xùn)練受阻、倍受打擊，畏難情緒與日俱增，后續(xù)的提升訓(xùn)練越發(fā)力不從心、惡性循環(huán)，學(xué)員成績(jī)不理想，不能完成培養(yǎng)目標(biāo)，教員壓力增加。所以，無論是教學(xué)考核要求還是個(gè)人技能提升，不管是從教員還是學(xué)員的角度，降低計(jì)算機(jī)標(biāo)圖的門檻，縮小標(biāo)圖桌標(biāo)圖到計(jì)算機(jī)標(biāo)圖的跨度，對(duì)學(xué)員掌握標(biāo)圖技能至關(guān)重要。
本文旨在設(shè)計(jì)開發(fā)計(jì)算機(jī)標(biāo)圖找點(diǎn)訓(xùn)練軟件，為計(jì)算機(jī)標(biāo)示目標(biāo)航跡提供基礎(chǔ)訓(xùn)練，在軟件找點(diǎn)訓(xùn)練中熟悉計(jì)算機(jī)操作。此外，找點(diǎn)訓(xùn)練簡(jiǎn)單、易上手，學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性得到提升，掌握之后再過渡到計(jì)算機(jī)標(biāo)示目標(biāo)航跡也不至于手足無措。
1 Java Swing技術(shù)及軟件設(shè)計(jì)
1.1 Java Swing技術(shù)
Java Swing技術(shù)主要是用于構(gòu)建跨平臺(tái)桌面窗口程序，它是在AWT（abstract window tookit）基礎(chǔ)上采用Java語言編寫的一種圖形組件庫技術(shù)。Java Swing組件除了是輕量級(jí)的，即在運(yùn)行時(shí)不需要產(chǎn)生相應(yīng)的“對(duì)等（Peer）”組件，實(shí)際由自身外觀類支持，沒有本地代碼，不依賴操作系統(tǒng)，而且它的外觀是可插拔的（pluggable look-and-feel）。Swing組件包括各種容器和基本組件，容器主要用來容納和布置基本組件，也可以包含相應(yīng)的容器。常見的容器有JFrame、JDialog、JPanel等；常見的基本組件包括按鈕JButton、標(biāo)簽JLabel、單選按鈕JRadio-Button。組件之間的關(guān)系如圖1所示。
圖1 組件關(guān)系圖
1.2 找點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)
圖2所示為本軟件的系統(tǒng)架構(gòu)圖，分為功能界面層、基礎(chǔ)組件層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，每一層的實(shí)現(xiàn)都依賴下一層提供的支持，用戶交互界面使用Swing提供的豐富基礎(chǔ)組件來構(gòu)建，通過監(jiān)聽控件的鼠標(biāo)事件來完成具體功能的業(yè)務(wù)處理。鑒于軟件沒有網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的需求，可以做成單機(jī)版，因此持久化數(shù)據(jù)采用本地文件進(jìn)行存儲(chǔ)，訪問本地文件系統(tǒng)避免了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)暮臅r(shí)，運(yùn)行速度更快。
圖2 找點(diǎn)軟件系統(tǒng)架構(gòu)圖
2 關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)
2.1 軟件找點(diǎn)
以雷達(dá)位置為圓心，通過編程繪圖模擬雷達(dá)掃描區(qū)域，半徑是雷達(dá)最大探測(cè)距離，軟件語音播報(bào)表示目標(biāo)坐標(biāo)位置的方位距離數(shù)據(jù)，根據(jù)掃描區(qū)域大小將方位距離的數(shù)值按比例轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)點(diǎn)，學(xué)員在模擬的掃描區(qū)域內(nèi)找到該坐標(biāo)點(diǎn)的大致位置，鼠標(biāo)點(diǎn)擊即可放大點(diǎn)擊位置附近的區(qū)域，放大區(qū)中顯示方位距離輔助線，在放大區(qū)中找到并點(diǎn)擊方位距離的準(zhǔn)確位置。
2.2 坐標(biāo)回顯
在放大區(qū)中點(diǎn)選目標(biāo)位置之后，放大區(qū)消失，將放大區(qū)中點(diǎn)選的坐標(biāo)點(diǎn)經(jīng)過等比縮小變換后回顯到極坐標(biāo)中。
2.3 重繪標(biāo)記
軟件找點(diǎn)訓(xùn)練需要實(shí)時(shí)顯示找到的點(diǎn)跡和對(duì)應(yīng)的正確點(diǎn)跡，找點(diǎn)過程是動(dòng)態(tài)的，所以繪制點(diǎn)跡也是動(dòng)態(tài)的。Swing組件繪圖會(huì)先把組件中之前的內(nèi)容清空，然后開始繪制傳入的新內(nèi)容，所以每次繪制標(biāo)記目標(biāo)的坐標(biāo)值后都需要保存當(dāng)前內(nèi)容用于下一次重繪。
2.4 語音播報(bào)
該功能在Java項(xiàng)目中引入第三方依賴jacob.jar，其內(nèi)部使用JNI封裝了對(duì)動(dòng)態(tài)鏈接庫jacob-1.18-x86.dll中C++操作系統(tǒng)語音功能接口的方法調(diào)用，所以首先需要將dll文件拷貝到C:\Windows\System32目錄，文件拷貝代碼如圖3所示，將該段代碼的執(zhí)行放在軟件入口處，軟件一經(jīng)啟動(dòng)就完成dll文件拷貝。另外，還需要把dll文件放到Java環(huán)境的jrein目錄下，在制作.exe文件時(shí)會(huì)將jre內(nèi)置進(jìn)去。
圖3 拷貝dll文件代碼
想定報(bào)底中的方位距離是阿拉伯?dāng)?shù)碼，軍事通信都使用軍用數(shù)碼，所以需要將其轉(zhuǎn)換成軍用數(shù)碼，阿拉伯?dāng)?shù)碼與軍用數(shù)碼的對(duì)應(yīng)發(fā)音見表1。轉(zhuǎn)換之后，表示目標(biāo)位置的“084,290”就變成了“洞八四兩溝洞”。另外，為適應(yīng)雷達(dá)兵部隊(duì)，語音播報(bào)要使用男聲，因此在運(yùn)行軟件之前還需要安裝專門的語音包，避免使用系統(tǒng)自帶的默認(rèn)女聲，安裝文件TTS\NextUp.com-NeoSpeech Chinese Wang16 Voice.msi，選擇語音包和進(jìn)行其它配置都可以通過在播報(bào)內(nèi)容中添加xml標(biāo)簽進(jìn)行設(shè)置，比如指定語音包之后播報(bào)內(nèi)容就是“”，Name的取值對(duì)應(yīng)語音包在系統(tǒng)注冊(cè)表中的Name屬性值。
表1 軍用數(shù)碼對(duì)應(yīng)表
根據(jù)教學(xué)進(jìn)程、學(xué)習(xí)情況、熟練程度需要對(duì)想定播報(bào)的速度進(jìn)行調(diào)整，播放速度通過兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制，一個(gè)是報(bào)讀文本本身內(nèi)容的速度，實(shí)現(xiàn)方式為“”，speed的取值為-10到10，一個(gè)是報(bào)讀每個(gè)目標(biāo)位置之間的間隔時(shí)間，實(shí)現(xiàn)方式為“
2.5 坐標(biāo)變換
→
有時(shí)找點(diǎn)訓(xùn)練結(jié)束后會(huì)對(duì)軟件判定結(jié)果有所懷疑，所以每次訓(xùn)練都會(huì)把找點(diǎn)結(jié)果保存到文件中，這樣可以通過校對(duì)結(jié)果與想定報(bào)底來進(jìn)行驗(yàn)證，但是界面上找到的點(diǎn)跡是鼠標(biāo)位置在坐標(biāo)系中相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)在軸、軸方向上的偏移量，而報(bào)底中的數(shù)據(jù)都是方位距離格式，為了便于校對(duì)，需要把坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換成方位距離數(shù)據(jù)。此外，當(dāng)鼠標(biāo)在界面中移動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)顯示鼠標(biāo)位置對(duì)應(yīng)的方位距離信息，有助于更好地找點(diǎn)，這種情況也需要把坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換成方位距離。
圖4 坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換成方位距離
、的計(jì)算公式如下：
→
在找點(diǎn)訓(xùn)練中，為了在軟件界面上直觀顯示找到的點(diǎn)跡與正確報(bào)底之間的偏差，除了在界面上顯示找到的點(diǎn)跡，還要把想定報(bào)底標(biāo)注在界面上。但由于想定報(bào)底用方位距離表示目標(biāo)位置，軟件界面用坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值表示位置，因此需要把方位距離轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)值。
圖5 方位距離轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)值
Δ、Δ、、的計(jì)算公式如下：
2.6 誤差計(jì)算
通過三角和反三角函數(shù)將方位距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成屏幕坐標(biāo)值以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算的結(jié)果都是浮點(diǎn)數(shù)類型，而Swing獲取的鼠標(biāo)位置都是整數(shù)類型，浮點(diǎn)數(shù)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成整數(shù)會(huì)丟失小數(shù)部分的精度，所以會(huì)導(dǎo)致找到的點(diǎn)跡與想定中的對(duì)應(yīng)的目標(biāo)位置存在一定誤差。
對(duì)于找到的點(diǎn)跡集合中的每一個(gè)數(shù)據(jù)，循環(huán)遍歷想定中的目標(biāo)位置集合，逐個(gè)計(jì)算與點(diǎn)跡坐標(biāo)之間的距離，距離小于2 km的都算正確，以此消除找點(diǎn)誤差。
3 運(yùn)行效果
如圖6所示，軟件界面布局分為左右兩部分，左側(cè)是模擬的雷達(dá)掃描界面，同心圓的中心是雷達(dá)所在位置，四個(gè)同心圓分別為與雷達(dá)相距100 km、200 km、300 km、400 km的距離圈，每偏轉(zhuǎn)30°繪制一條方位輔助線。右側(cè)最上面是鼠標(biāo)移動(dòng)時(shí)在屏幕中的坐標(biāo)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成方位距離之后的信息和系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間，想定屬性選擇區(qū)用來指定生成想定時(shí)的參數(shù)，包括生成的方位數(shù)據(jù)的要求、距離數(shù)據(jù)的要求、想定個(gè)數(shù)，想定播報(bào)區(qū)可以調(diào)整想定播放的速度和選擇訓(xùn)練模式，貫徹由易到難、循序漸進(jìn)的教育訓(xùn)練方針，功能區(qū)提供使用者操作的功能按鈕。
圖6 軟件主界面
聽到語音播報(bào)的方位距離信息之后，在模擬掃描界面可以大致定位其位置，點(diǎn)擊該位置就會(huì)顯示放大區(qū)。如圖7所示，放大區(qū)中1～360°每一度都有輔助線，間隔10 km就有距離圈輔助線，按住鼠標(biāo)在放大區(qū)中拖動(dòng)時(shí)，放大區(qū)中黑色數(shù)據(jù)是鼠標(biāo)在屏幕上的坐標(biāo)值實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成的方位距離，隨鼠標(biāo)同步移動(dòng)，便于快速準(zhǔn)確找點(diǎn)。
圖7 局部放大
在放大區(qū)中準(zhǔn)確找到目標(biāo)位置后，鼠標(biāo)點(diǎn)擊，放大區(qū)消失，放大區(qū)中的坐標(biāo)等比縮小轉(zhuǎn)換后顯示在模擬掃描界面，如圖8所示。圖中紅色等邊三角形表示找到的點(diǎn)跡，藍(lán)色表示目標(biāo)真實(shí)的位置。找點(diǎn)訓(xùn)練結(jié)束后，左下角面板中顯示正確、錯(cuò)誤、遺漏點(diǎn)數(shù)。
圖8 結(jié)果顯示
4 結(jié)語
采用Java Swing技術(shù)開發(fā)的找點(diǎn)訓(xùn)練軟件，涵蓋了生成想定、載入和語音播報(bào)想定、找點(diǎn)、誤差計(jì)算等主要功能，貫穿計(jì)算機(jī)找點(diǎn)訓(xùn)練的整個(gè)過程，為計(jì)算機(jī)標(biāo)示目標(biāo)完整航跡提供基礎(chǔ)訓(xùn)練。但是語音播報(bào)線程與結(jié)果顯示線程不能異步進(jìn)行，不能同步通信，存在界面顯示的當(dāng)前目標(biāo)點(diǎn)與播報(bào)點(diǎn)不一致問題，另外，當(dāng)前使用的語音包只支持Win7 32位系統(tǒng)，這限制了軟件的使用范圍，下一步考慮更換引入DLL播報(bào)語音的方式。
