基于仿真平臺(tái)GL Studio實(shí)現(xiàn)虛擬儀表DLL的設(shè)計(jì)

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(xiàn)、圖表、聲音為一體的多媒體仿真平臺(tái)。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(tái)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(kāi)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(guò)網(wǎng)絡(luò)將硬件機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)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(pán)、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(kāi)發(fā)過(guò)程，以及在GL Studio中進(jìn)行調(diào)用的方法。

1 GL studio開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介

直升機(jī)本文基于仿真平臺(tái)GL Studio，其是Disti公司為儀表仿真軟件開(kāi)發(fā)提供的一套系統(tǒng)解決方案。用戶(hù)可以利用其圖形交互界面以所見(jiàn)即所得的方式完成儀表面板的制作，通過(guò)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?hù)的制作結(jié)果自動(dòng)生成C++和Op-enGL源代碼，用戶(hù)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(kāi)發(fā)過(guò)程。

GL Studio工程可以生產(chǎn)兩種類(lèi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(xiàn)，選取合適的角度。制作紋理時(shí)，將儀表照片經(jīng)過(guò)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(guò)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(jiàn)的氣壓高度表為例，介紹儀表紋理的制作過(guò)程。

首先，在3D MAX中，創(chuàng)建一個(gè)圓柱體作為盤(pán)底，再創(chuàng)建一個(gè)白色的小長(zhǎng)方體作為長(zhǎng)刻度。調(diào)整好長(zhǎng)方體大小，將旋轉(zhuǎn)軸心設(shè)為表盤(pán)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(duì)立體圖進(jìn)行渲染，保存為*．png格式。用Photoshop打開(kāi)進(jìn)行編輯，添加相應(yīng)的刻度數(shù)字。這種方法制作出來(lái)的表盤(pán)非常美觀(guān)，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(pán)為靜態(tài)模型，儀表上的指針、旋鈕、氣壓表盤(pán)為動(dòng)態(tài)模型。

GL Studio設(shè)計(jì)器支持的所見(jiàn)即所得繪制方式，使開(kāi)發(fā)儀表工作變得簡(jiǎn)單、直觀(guān)。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(xiě)。

場(chǎng)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(guò)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(xiě)行為代碼

氣壓表左下角的旋鈕為場(chǎng)壓選擇旋鈕。儀表右邊的氣壓表盤(pán)會(huì)隨著場(chǎng)壓選擇旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)指示設(shè)定的場(chǎng)壓值。添加變量PBS_hPa，該變量記錄設(shè)定的場(chǎng)壓值。

（1）場(chǎng)壓選擇旋鈕代碼編寫(xiě)。

旋鈕的位置范圍為0～100，用來(lái)設(shè)定場(chǎng)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(chǎng)壓在1 013 hPa。

》場(chǎng)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(duì)應(yīng)場(chǎng)壓1 013 hPa

PBSDisc-》DynamicRotate（2．4 * self-》Posi-tionVal（），Z_AXIS）；

／／氣壓刻度盤(pán)初始旋轉(zhuǎn)角151．2°，即1 013 hPa氣壓值所在角度

》場(chǎng)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(duì)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(pán)通過(guò)換算在0～240°逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，與氣壓表盤(pán)950～1 050 hPa場(chǎng)壓對(duì)應(yīng)

}

（2）Baro_hPa（）屬性函數(shù)編寫(xiě)。

Baro_hPa（）為輸入接口，用來(lái)接收主程序傳來(lái)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(guò)靜壓和旋鈕設(shè)定的場(chǎng)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(guò)靜壓和場(chǎng)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(zhǎng)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L(zhǎng)ive 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(kù)的方式：隱式鏈接和顯式加載。而GL Studio中對(duì)DLL的加載方式更加簡(jiǎn)便，程序員不需要了解底層的加載方式即可對(duì)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(lái)的虛擬儀表DLL實(shí)際上是一個(gè)類(lèi)對(duì)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(duì)該虛擬儀表的接口進(jìn)行讀寫(xiě)操作，即傳遞控制參數(shù)。

在GL Studio中，Resource（）函數(shù)可以讀寫(xiě)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(lái)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(guò)程中，如果需要對(duì)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(yǔ)

當(dāng)CBT系統(tǒng)越來(lái)越逼真，每個(gè)虛擬儀表的設(shè)計(jì)也必然會(huì)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(kāi)發(fā)過(guò)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(jiǎn)單方便，極大地提高了程序的可擴(kuò)充性和可維護(hù)性。

責(zé)任編輯：gt