GL Studio在城市軌道列車虛擬駕駛控制臺中的應(yīng)用

王軼　周舒　羅果　段曉英

摘要：GL Studio作為一款專業(yè)的虛擬仿真軟件，已廣泛應(yīng)用于航空器模擬駕駛訓練系統(tǒng)的開發(fā)，但在城市軌道列車模擬駕駛訓練系統(tǒng)中的應(yīng)用卻較少。文章詳細介紹了利用GL Studio軟件實現(xiàn)城市軌道列車駕駛控制臺旋鈕開關(guān)、按鈕開關(guān)、操作手柄等儀表設(shè)備圖形對象、行為模型的建立過程。實踐證明，GL Studio能夠應(yīng)用于城市軌道列車駕駛控制臺的儀表設(shè)備的虛擬仿真，并達到良好的效果。

關(guān)鍵詞：GL Studio;城市軌道列車;虛擬;駕駛控制臺

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）02-0070-02

0 引言

隨著我國城市軌道交通行業(yè)的飛速發(fā)展，城市軌道運營里程、城軌列車數(shù)量不斷增加，對城軌列車駕駛員的培養(yǎng)需求也越來越大，由于城市軌道交通建設(shè)成本高，運營安全責任大，城軌列車駕駛員的培養(yǎng)不可能在真實運營環(huán)境中進行實車訓練，只能通過計算機仿真技術(shù)進行模擬駕駛訓練[1]。而計算機仿真的關(guān)鍵就是對城市軌道列車駕駛控制臺上的操作手柄、按鈕、儀表等儀器設(shè)備進行虛擬，使列車駕駛員能夠獲得與真實列車一致的操作感受，從而達到訓練的效果。

1 GL Studio的簡介

GL Studio是美國DiSTI（Distributed Simulation Technology Inc.）公司研發(fā)的，是目前世界上最先進的虛擬儀器開發(fā)工具[2]，具有獨立性、交互性、快速性的特點[3]。使用GL Studio開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)對用戶的編程知識要求不高。GL Studio具有代碼生成的功能，由GL Studio設(shè)計器創(chuàng)建的文件可以通過代碼生成器生成C++和OpenGL源代碼[4]。由代碼生成器生成的源代碼有兩種應(yīng)用方式，一是單獨運行，二是嵌入其它應(yīng)用程序中。GL Studio具有“所見即所得”的功能，為提高虛擬儀器系統(tǒng)的真實感和圖形對象設(shè)計的效率，用戶可利用Photoshop、CorelDRAW等專業(yè)圖像處理軟件對儀器系統(tǒng)的實物照片進行處理，制作成圖形對象的貼圖插入到GL Studio設(shè)計器，創(chuàng)建為圖形對象。軟件具有操作功能簡單、對編程能力要求低、開發(fā)界面友好、開發(fā)效率高、設(shè)計開發(fā)的優(yōu)點。

2 設(shè)計圖形對象

使用Photoshop圖像處理軟件制作城市軌道列車虛擬駕駛控制臺的操作手柄、開關(guān)、按鈕及控制臺面板。在制作時各類“器件”的外觀、顏色及運行狀態(tài)要盡量與實物器件一致，也可使用高清實物照片進行處理，并保存為*.png格式的圖像紋理。因為*.png格式完全支持alpha通道透明度，可以更好地利用透明紋理設(shè)計圖形界面[5]。在制作各類“器件”的圖像紋理時，像素大小最好選擇2的n次冪進行，這樣可以提高系統(tǒng)運行的效率。另外，所有的“器件”的圖像紋理要跟控制臺面板的顯示窗口的大小一致，同一塊面板上的不同“器件”最好擺放在同一張圖片上，保證圖像紋理的比例一致，從而避免繁瑣的調(diào)整，也能夠減少開發(fā)與運行時顯示的差異。

3 建立行為模型

虛擬駕駛控制臺主要由操作手柄、開關(guān)、按鈕等“器件”組成，因此首先創(chuàng)建面板，然后在創(chuàng)建好的面板上依次創(chuàng)建其它“器件”。

3.1 旋鈕開關(guān)

以遮陽簾開關(guān)為例，介紹旋鈕開關(guān)的具體實現(xiàn)過程。在GL Studio設(shè)計窗口的工具欄，選擇矩形工具創(chuàng)建一個矩形。選擇矩形，右鍵單擊，打開“對象屬性”對話框，在“紋理”選項卡中選擇“添加紋理”按鈕，添加旋鈕開關(guān)紋理貼圖，單擊“Actual Size”使紋理貼圖以實際像素大小應(yīng)用到矩形中。選中旋鈕開關(guān)旋轉(zhuǎn)對象，單擊工具欄中旋鈕裝置圖標，創(chuàng)建一個旋鈕裝置。遮陽簾開關(guān)有三個檔位，旋轉(zhuǎn)范圍從“升”刻度處至“降”刻度處。選擇工具欄中的旋轉(zhuǎn)工具，轉(zhuǎn)動旋鈕指示條與“升”刻度對齊。打開“Object Properties”對話框，單擊“Knob”標簽，進入旋鈕屬性欄，在“General”標簽中選擇“Angle Range”，即角度范圍，拖動“Preview Position”滑動條，使旋鈕指示條旋轉(zhuǎn)至與“降”刻度對齊，確定旋鈕開關(guān)的起點和終點位置。在“Object Properties”對話框，單擊“Detents”標簽，在“Number of Detents”輸入框中輸入數(shù)字“3”，在“Distribute Evenly”中生成3個滑動條，表示包括起點和終點在內(nèi)，旋鈕共有3個檔位。拖動2號滑動條，轉(zhuǎn)動旋鈕指示條與“off”刻度對齊，拖動3號滑動條，轉(zhuǎn)動旋鈕指示條與“降”刻度對齊，完成旋鈕開關(guān)的檔位設(shè)置。將遮陽簾開關(guān)的初始狀態(tài)設(shè)置為“2”。其它旋轉(zhuǎn)開關(guān)也按上述方法進行建立。

3.2 按鈕開關(guān)

虛擬駕駛控制臺的按鈕開關(guān)均為帶指示燈的自動復位開關(guān)，即使用鼠標左鍵點擊按鈕開關(guān)，按鈕垂直向下運動，激發(fā)事件，松開鼠標左鍵后，按鈕自動復位，指示燈亮起。具體實現(xiàn)過程是，在GL Studio設(shè)計窗口工具欄中選擇圓形工具，創(chuàng)建一個圓形。選擇一個圓形，右鍵單擊，打開“對象屬性”對話框，然后在“紋理”選項卡中選擇“添加紋理”按鈕，添加按鈕開關(guān)初始狀態(tài)紋理貼圖，單擊“Actual Size”使紋理貼圖以實際像素大小應(yīng)用到圓形中，將對象名命名為“button_off”。同樣，創(chuàng)建一個新的圓形，添加按鈕點擊狀態(tài)的紋理，并將其命名為“button_on”。同時選擇“button_off”、“button_on”兩個對象，單擊工具欄中按鈕圖標，創(chuàng)建一個按鈕裝置。打開“Object Properties”對話框，單擊“Push Button”標簽，進入按鈕屬性欄，在“Up Position Geometry”選項欄中選擇“button_off”，即按鈕開關(guān)初始狀態(tài)，在“Down Position Geometry”選項欄中選擇“button_on”，即按鈕開關(guān)點擊狀態(tài)。在“Behavior”選項欄選擇“Momentary”實現(xiàn)自復位功能，點擊“Initial State”按鈕，預覽按鈕開關(guān)的運動狀態(tài)。

3.3 操作手柄

虛擬駕駛控制臺有2個操作手柄，主控手柄和方向手柄。主控手柄即駕駛操作手柄，有8個檔位，分別為“B1- B4檔”為前進檔，“N檔”空檔，“P1- P3檔”制動檔;方向手柄有3個檔位“前進檔”、“0檔”和“后退檔”，用于控制列車行進的方向。

以主控手柄為例，具體實現(xiàn)過程是，在GL Studio設(shè)計窗口中創(chuàng)建一個矩形。在“Object Properties”對話框，“Texture”標簽，添加方向手柄“B1”狀態(tài)紋理貼圖，將對象名命名為“Forward_1”。同理，添加其他檔位狀態(tài)紋理貼圖，點擊工具欄中Switch圖標，創(chuàng)建一個開關(guān)裝置，打開“Object Properties”對話框，單擊“switch”標簽，拖動“Current Detent”滑動條可以看到面板上方向手柄在8個檔位之間的變化。

根據(jù)上述方法逐一完成城市軌道列車虛擬駕駛控制臺所有“器件”的設(shè)計與建模，如圖1所示。

4 代碼的生成

虛擬駕駛控制臺中各類“器件”之間都存在某種邏輯關(guān)聯(lián)，當某一個器件的動作會激發(fā)另一個器件的狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化。所以要根據(jù)各個“器件”之間的邏輯關(guān)系添加用戶代碼，實現(xiàn)虛擬駕駛控制臺的邏輯功能。以控制關(guān)左門按鈕的代碼為例進行說明。

邏輯關(guān)系是按關(guān)左門按鈕，門全關(guān)指示燈亮，首先我們定義。

BUTTONSTATE button;

LIGHTSTATE light;

根據(jù)按鈕的屬性，我們添加以下控制函數(shù)。

int

instmmentClass：：closeleftdoorGlsPushButton_ObjctCallback（GlsPushButton*self，DisplayEvent*ev）

{

MouseEvent*mev=（ev->eventType==EVENT_MOUSE？（MouseEvent*）ev：NULL）;

KeyboardEvent*kev=（ev->eventType==EVENT KEYBOARD？（rKeyboardEvent*）ev：NULL）;

if（ObjectEventls（ev，”StateChange”））

{

if（closeleftdoorGlsPushButton->State（）==1）//按下關(guān)左門按鈕

{

button.closerightdoor=1;? ? ?//關(guān)右門按鈕狀態(tài)為1

light.closedoorok=l;? ? ?//門全關(guān)指示燈亮

}

}

return 1;

}

代碼中，closeleftdoorGlsPushButton為按鈕對象的名稱。

5 結(jié)語

本文研究了GL Studio虛擬仿真軟件的應(yīng)用，對城市軌道列車駕駛控制臺的旋鈕開關(guān)、按鈕開關(guān)、操作手柄進行仿真。經(jīng)實踐開發(fā)證明，GL Studio能夠應(yīng)用于城市軌道列車駕駛控制臺的儀表設(shè)備的虛擬仿真，并取得良好的效果。

參考文獻

[1] 高云鶴.淺談列車駕駛仿真培訓及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2016（24）：109-111.

[2] 李建海，何青洋，孫艷麗.基于GL Studio的航空虛擬儀表設(shè)計[J].計算機與數(shù)字工程，2017（5）：999-1002.

[3] 周堯.基于GL Studio的虛擬儀表開發(fā)和關(guān)鍵技術(shù)研究[J].機械工程與自動化，2015（6）：75-77.

[4] 孫嗣棟，祝笑舟，李航.基于GL Studio與PhotoShop的柴油機訓練仿真系統(tǒng)面板設(shè)計[J].系統(tǒng)解決方案，2015（7）：13-15.

[5] 劉魯峰.基于GL Studio的虛擬儀表的仿真研究[J].甘肅科學學報.2015，27（2）：15-18.

Application of GL Studio in Virtual Driving Console of Urban Rail Train

WANG Yi， ZHOU Shu， LUO Guo， DUAN Xiao-ying

（Chongqing Vocational College Of Public Transportation， Chongqing? 402247）

Abstract：As a sort of professional virtual simulation software， GL Studio has been widely applied in the development of simulated driving training system of aircrafts， but it is less applied in simulated driving training system of urban rail trains. In this article， the author elaborated the course of building models of knob switches， button switches， operating handles and similar instrumentation graphic objects and behaviors on the driving console of urban rail train with GL Studio. Practices prove that， GL Studio can be applied in virtual simulation of instrumentation on the driving console of urban rail trains with a good effect.

Key words：GL Studio; urban rail train;virtual; driving console