摘要：GLStudio是一個虛擬儀表開發軟件。本文介紹了GLStudio的開發環境、建模方法、與VC混合編程的方法，并將其應用到航空發動機訓練仿真中，開發了一套發動機控制顯示面板。
　　關鍵詞：仿真;航空發動機;GLStudio
　　中圖分類號：TP391
　　
　　來越困難。隨著計算機技術的突飛猛進，虛擬現實技術逐步走向成熟，軍事發達國家都十分重視基于虛擬現實的仿真訓練系統的建設，利用虛擬現實技術進行訓練系統的開發，可以大大提高訓練的效果，擺脫實裝的制約。在訓練實踐中，我軍使用虛擬仿真訓練訓練系統后，訓練效率比傳統方式提高10～20倍，而且可以實現故障重現、進行特情處理訓練，使訓練效果又上了一個新臺階。利用虛擬現實技術實現航空發動機機務訓練，需要對飛機座艙中發動機的中大量的儀器面板的行為，如開關的操作、指針的擺動、指示燈的閃爍、旋鈕的轉動、油門桿的推收等進行仿真。發動機儀表面板的功能、結構復雜，利用傳統的建模工具，如3DMax、UG等，建模工作量大，效率低，難度大。為此，引進了一種新型的建模工具—GLStudio。GLStudio是一個與操作系統無關的快速的易用的原型工具，用來創建實時的、照片級別的、可交互的圖形界面，可以創建發動機的儀表面板。GLStudio編輯器允許一個圖形藝術家（美工）迅速而且容易地繪制美觀的圖形界面，并且能快速地建立模型，從而大大降低了建模難度，減小了工作量，提高了效率，而且建模效果非常逼真，可以達到照片級的效果。GLStudio還可以生成VisualC++直接可用的代碼，可與程序員熟悉的MFC混合編程。由于其簡潔高效的開發方式，GLStudio被譽為“真實儀器面板的選擇”。
　　1利用GLStudio開發儀表面板
　　GLStudio是由分布式交互仿真技術公司（DistributedSimulationTechnologyInc.）開發的，用于建立實時的、三維的、照片級的交互圖形顯示界面。它能與HLA/DIS（HighLevelArchitecture/DistributedInteractiveSimulation）仿真應用相連；生成C++和OpenGL源代碼，并且這些源代碼可以單獨運行，也可以嵌入其它應用中。
　　GLStudio代碼生成器把GLStudio編輯器創建的文件生成C++、Java、涉及安全的C++和OpenGL源代碼。任何可由GLStudio編輯器繪制出的圖形對象都能生成C++、Java和涉及安全的C++源代碼。代碼生成器允許把對象組生成為定制的C++類，這些C++類能被輕松集成到用戶的各種應用程序中。
　　1.1設計交互式三維圖形
　　在GLStudio中設計交互式三維圖形，一般可以分為如下4個步驟:
　　（1）設計圖形界面。GLStudio設計器是一個經過長時間實踐驗證的三維所見即所得的繪制工具。設計器有一個現代的、直觀的用戶圖形界面，包括了用戶所期望的所有現代用戶圖形界面的元素。
　　（2）生成代碼。GLStudio代碼生成器把GLStudio編輯器創建的文件生成C++、Java、涉及安全的C++和OpenGL源代碼。任何可由GLStudio編輯器繪制出的圖形對象都能生成C++、Java和涉及安全的C++源代碼。代碼生成器允許把對象組生成為定制的C++類，這些C++類能被輕松集成到用戶的各種應用程序中。
　　（3）將生成的代碼添加到自己的應用程序中。代碼生成器允許把對象組生成為定制的C++類，這些C++類能被輕松集成到仿真應用程序中。
　　（4）編譯、連接、運行，生成可執行文件。
　　GLStudio設計器包括兩個主要的控制窗口和一個或多個編輯窗口。除了眾多圖形應用程序提供的畫布外，GLStudio設計器也包含了結構視圖，它顯示了所有設計中的對象的列表，用一個可折疊的樹狀結構來顯示。
　　GLStudio支持照片級紋理的應用。一切多邊形對象都可以貼紋理。紋理工具可以讓你使用大多數格式的紋理，如PNG、TIFF、JPEG、SGI、BMP等。紋理能輕松地在對象上縮放、旋轉和平鋪，以達到所期望的效果。
　　在圖形界面中，最為重要的元素就是“輸入設備”（InputDevice）。它是組（group）的一個子類，包含了組的所有屬性，還有一些額外的特性。輸入設備是能夠根據用戶輸入或程序輸入改變狀態（state）的一組對象，即輸入設備可以與用戶交互，例如，把指示燈定制為一個輸入設備，則可以定義鼠標點擊（事件發生）時點亮或熄滅。開發人員需要為輸入設備添加事件處理的C++代碼，以處理事件或改變狀態。這些代碼放在“對象屬性/輸入設備”（ObjectProperties/InputDevice）標簽的“回調定義”（CallbackDefinition）域中，有一些預定義的宏函數可以利用。回調函數將包含在生成的源文件中，用戶在自己編寫的應用程序中調用它們，以響應事件，包括鍵盤和鼠標事件。
　　代碼生成器對話框控制著GLStudio生成代碼的設置，包括頭文件名、源文件名、代碼輸出路徑、派生類名、實例名等，這些都要加到用戶的應用程序中。應用類型（ApplicationType）包括Standalone、glxComponent和wglComponent3種，分別用于將GLStudio代碼獨立運行、加入UNIX系統已有程序和加入MicrosoftWindows系統已有程序中。在與MFC混合編程時，新建工程向導自動將所需要的程序文件（如頭文件等）加入到用戶的工程中。
　　1.2使用GLStudio生成的代碼編程
　　如上所述，GLStudio生成的代碼有3種類型，由于大多數的開發人員使用VisualC++的MFC編程，這里重點介紹GLStudio生成的代碼與MFC的混合編程方法。
　　（1）GLStudio代碼生成器應生成Wglcomponent類型的代碼。
　　（2）用戶要建立一個MFCEXE程序，然后將GLStudio生成的頭文件和源文件（包含完整的路徑名）加入工程中。
　　（3）在自己的應用程序中，生成GLStudio生成類的一個實例，并使用該類的Draw函數在窗口中繪制圖形。
　　（4）在GLStudio中，根據面板儀表的功能，設計輸入/輸出屬性，從而響應交互和顯示。在響應用戶事件（如鼠標事件）時，需要將鼠標位置坐標傳遞給GLStudio所生成的類，將Windows坐標轉換為GLStudio下的坐標。GLStudio的坐標原點在左下角，與Windows的左上角不同。另外，GLStudio與Windows事件消息在種類和描述上都有所不同。
　　3GLStudio在發動機仿真中具體應用
　　3.1建模和貼圖處理
　　建模的基本方法為采用二維儀表技術來實現大多數虛擬儀表，在降低系統資源占用的同時，使其依然具有三維效果。所有的開關、旋鈕、按鈕、指示燈、表頭、多功能顯示器（MFD）等，都采用二維技術實現。對于油門桿、駕駛桿等，只能采用三維的建模方法實現。三維模型采用層次結構OpenFlight格式。OpenFlight格式是虛擬現實技術標準的數據格式，以數據庫的結構方式對模型進行后期處理、顯示。圖1就是利用二維技術實現的開關、轉速表模型，雖然模型是二維的，但是加上陰影等處理后，顯示效果明顯具有立體感。當然，在后期GLStudio處理中要注意Z-Buffer的設置。
　　為了提高調入和渲染速度，貼圖大小要求滿足OpenGL對圖形圖像驅動的要求，即大小為2m×2n。例如有一幅圖像大小為30×40，則最終處理時大小應為32×64。貼圖的大小盡量不要超過1024×1024。
　　為了方便改變貼圖的透明度，圖片采用了PNG的格式。
                   
　　
　　
　　3.2創建工程
　　在VC或VC.Net中生成GLStudio工程。注意VC中的GLStudio工程分為Standalone和Component，為了便于調試，最初制作時應生成Standalone。在完成基本設計之后，根據需要，后期可以打包生成Component工程，從而生成.dll控件，方便集成后插入其它程序環境中。
　　3.3代碼設計
　　對于不同的面板儀表功能，將其劃分如表1所示幾類。
　                                          　表1虛擬儀表設計分類

                                     
　　　例如對于開關，只需要把其DetenVal值傳出即可。但是對于多位開關，GLStudio自動對其DtentVal進行編號，這種編號有可能不是我們想要的，而且由于多位開關的動作也是與DtentVal一致的，由GLStudio自動編號，所以如果直接用GLStudio中的GlsSwitch來制作有可能達不到要求，此時可以把要作的元件轉化成基本的InputDevice，通過代碼實現開關的動作及屬性值的外傳。
　　在客戶程序中，要把事件消息（例如鼠標按下）傳遞給GLStudio生成的代碼，GLStudio的“InputDevice”接收到這個消息（通常是鼠標擊中、鍵盤按下等），才能響應用戶的操作，實現預先定義的功能。
　　以鼠標左鍵按下為例，在InputDevice的回調函數中定義:
　　ON-MOUSE-DOWN（MOUSE-LBUTTON）
　　{
　　……
　　}
　　其中，ON-MOUSE-DOWN（MOUSE-LBUTTON）是GLStudio預定義的宏，表示鼠標左鍵按下。
　　以下是一個具體的開發實例的部分代碼，具體功能為響應鼠標點擊、拖動，STICK_1實現轉動。
　　intstick_1Class::moveStick_Class_Cb(InputDevice*self,DisplayEvent*ev)
　　{
　　MouseEvent*mev=(MouseEvent*)ev;
　　stick_1Class*frame=(stick_1Class*)self->Parent();
　　……
　　ON_MOUSE_DOWN(MOUSE_RBUTTON)
　　{
　　lastx=mev->lx;
　　lasty=mev->ly;
　　……
　　}
　　……
　　if(ev->eventSubtype==MOUSE_DRAG)
　　{
　　x=mev->lx;
　　y=mev->ly;
　　……
　　STICK_1->DynamicRotate(dx,Y_AXIS);
　　STICK_1->DynamicRotate(-dy,X_AXIS);
　　}
　　return1;
　　}
　　其中，stick_1是一個MFCEXE工程；moveStick_Class是GLStudio的一個派生實例；moveStick_Class_Cb是GLStudio中定義的一個InputDevice。值得注意的是，在響應用戶事件（如鼠標事件）時，需要將Windows坐標轉換為GLStudio下的坐標。
　　GLStudio的坐標原點在左下角，與Windows的左上角不同。在用戶程序中可以這樣轉換:
　　CRectrect;
　　GetClientRect（&rect）;
　　mouse.y=rect.bottom2rect.top2point.y;
　　mouse.x=point.x;
　　mouse.ly=rect.bottom2rect.top2point.y;
　　mouse.lx=point.x;
　　mouse.lz=0;
　　另外，Windows與GLStudio對事件消息的描述不一樣，例如，鼠標左鍵按下事件，在MFC消息映射時，用OnLButtonDown就可以描述了，但在GLStudio中要描述如下:
　　MouseEventmouse;
　　mouse.eventType=EVENT-MOUSE;
　　mouse.buttonMask=MOUSE-LBUTTON;
　　mouse.eventSubtype=MOUSE-DOWN;
　　再者，GLStudio與Windows定義的事件消息種類不同，如GLStudio中有MouseDrag事件，可以直接拖動對象，而Windows中沒有這個事件，必須通過MouseMove或其他方式來實現。
　　3.4系統集成
　　將建立的發動機儀表面板發布成Component，在VC的開發環境中進行集成。集成后，建立了一個發動機操作顯示的座艙環境。編制發動機操作邏輯代碼，接受處理虛擬儀表的輸出屬性值，向響應儀表輸入屬性進行顯示驅動，實現發動機的訓練功能。
　　4結束語
　　在航空發動機虛擬訓練系統中利用GLStudio開發發動機面板儀表，建立了仿真度高、易用的。利用GLStudio進行面板儀表開發，建模形象逼真、速度快、效率高，生成代碼可讀性好，確實是儀表面板仿真的開發利器。
　　參考文獻:
　　[1]DistributedSimulationTechnologyInc.GLStudioUsersManual.2004.
　　[2]DistributedSimulationTechnologyInc.GLStudioReleaseNotes.2004.
　　[3]樊世友,邸彥強,朱元昌,GLStudio軟件在視景仿真建模中的應用,軍械工程學院,2001.3.
　　[4]黃柯棣.系統仿真技術[M].長沙:國防科技大學出版社,1998