基于組件技術(shù)的工程機械虛擬現(xiàn)實管理系統(tǒng)研究
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。
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(xué)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(rèn)為是21世紀(jì)重要的發(fā)展學(xué)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(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定,難以實現(xiàn)準(zhǔn)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(zhǔn)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(jìn)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。
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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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)。
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(jìn)行實時管理和改進(jìn)。(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(jìn)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(fù)責(zé)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。
工程機械虛擬管理系統(tǒng)采用數(shù)字模型進(jìn)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(zhǔn)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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文章名稱:《基于組件技術(shù)的工程機械虛擬現(xiàn)實管理系統(tǒng)研究》
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