CN104866376A - 一种基于可编辑文本驱动的虚拟样机及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可编辑文本驱动的虚拟样机及其方法，包括通用主程序、功能文档、功能函数库、样机模型，通用主程序，用于持续监控触发信号，当探测到触发信号时，立即在功能文档中搜索与该触发信号相关的功能描述并进行解读，然后调用功能函数库中的相关函数，驱动样机模型按功能描述的意图进行动作。本发明将各种虚拟样机的特定功能从主程序中分离出来，放入可扩展的功能函数库中，从而使主程序与具体的虚拟样机品种（如虚拟数控车床、虚拟加工中心等）无关，成为虚拟样机的通用执行程序，可由专人开发和维护，显著提升了虚拟样机的可靠性。

Description

一种基于可编辑文本驱动的虚拟样机及其方法

技术领域

本发明涉及虚拟样机仿真软件领域，尤其涉及一种基于可编辑文本驱动的虚拟样机及其方法。

技术背景

虚拟样机是一种计算机仿真软件，采用虚拟现实技术在计算机上模拟各种真实的机电设备（如机床、仪器仪表、家用电器等）的工作原理和操作。现有的虚拟样机主要由两部分组成，一是被模拟对象的三维模型资源。二是可执行程序，用于实现被模拟对象的原理和操作等功能。

虚拟样机的开发仍采用典型的虚拟仿真软件开发方式，即在某个虚拟现实平台上进行程序开发，然后编译生成可执行程序，其存在的问题是开发门槛较高。开发人员不仅需要懂得软件开发，还往往需要具备相当的图形学、计算几何的背景知识。同时，还需要了解被模拟对象（如数控机床）有关的专业知识。因此，相关人才非常缺乏。

上述问题导致目前虚拟样机的开发周期长、成本高，非一般企业能够承受。

发明内容

针对现有的虚拟样机开发技术存在的不足，本发明提供了一种基于可编辑文本驱动的虚拟样机及其方法，其技术方案简述如下。

一种基于可编辑文本驱动的虚拟样机包括：

通用主程序，用于持续监控触发信号，当探测到触发信号时，立即在功能文档中搜索与该触发信号相关的功能描述并进行解读，然后调用功能函数库中的相关函数，驱动样机模型按功能描述的意图进行动作；

功能文档，用于存放虚拟样机的功能描述；

功能函数库，用于执行功能文档所描述的功能；

样机模型，采用三维CAD软件进行建模，并以STL通用格式导入，为模拟对象及其辅助设备、周边环境的三维模型。

所述的功能文档针对某一虚拟样机而构建，采用可编辑文档格式，以可阅读理解的方式，描述了该虚拟样机的组成结构、所具有的所有功能，以及各个功能之间的运行逻辑关系。

所述的功能函数库用于执行功能文档所描述的功能，分为共用功能函数库和专用功能函数库，所述的共用功能函数库与具体的虚拟样机品种无关，用于执行功能文档所描述的通用功能，可供各类虚拟样机开发共享；所述的专用功能函数库为专用于特定虚拟样机产品的功能执行。

所述的虚拟样机的运行方法是：

1）通用主程序调入功能文档中的对象信息，建立系统内部的对象状态模型；

2）通用主程序实时、连续地监控虚拟样机的外部触发，探测到有效的触发后，根据触发信息及各对象的功能文档，调用对象的状态表达式，并由状态表达式计算出各对象的状态值，及其对应的输出函数；

3）将功能参数传递给功能函数库中对应的输出函数，调用并执行该函数，驱动样机模型执行功能动作，从而实现对触发的响应；

4）返回步骤2）。

与已有技术相比，本发明的有益效果在于：

1）将各种虚拟样机的特定功能从主程序中分离出来，放入可扩展的功能函数库中，从而使主程序与具体的虚拟样机品种（如虚拟数控车床、虚拟加工中心等）无关，成为虚拟样机的通用执行程序，由专人开发和维护，显著提升了可靠性。

2）虚拟样机的功能运行逻辑关系主要由可编辑文档进行描述，而非原有的计算机程序语言，使得不同种类虚拟样机的功能开发，其大部分工作可由非程序开发人员承担，因此大大降低了虚拟样机开发的门槛和开发成本，缩短了开发周期。同时，与执行程序相比，外部可编辑文档具有即时修改的特点，可有效提升虚拟样机交付后的现场维护性能。同时，还带来非常好的开放特性，用户甚至可以通过对功能文档的编辑，自行开发出新的软件功能。

附图说明

图1为本发明方案涉及的虚拟样机的结构与运行原理图；

图2虚拟样机示例；

图3功能文档示例。

具体实施方式

本发明涉及的虚拟样机由通用主程序、功能文档、功能函数库、样机模型组成。

通用主程序承担软件启动、外部触发探测、功能调度、数据管理、界面管理，以及少量共性功能，如观察工具箱、结构树等。其容量小、开放，与具体虚拟样机产品无关。

功能文档用于存放虚拟样机的功能描述，包括虚拟样机产品的构成元素信息、产品功能及动画描述、功能逻辑关系、配置信息等信息等。功能文档是具有一定的语法规范的可编辑文档（如EXCEL、TXT、XML等）。

功能函数库完成产品功能（各类触发、响应等）的执行，以及部分动画、特效等，以DLL文件分类存放和调用。功能函数库又分为专用功能函数库（即专用于某虚拟样机产品的功能函数）和共用功能函数库，以提升软件的可组合特性。

样机模型是指被模拟对象（如机床）及其辅助设备、周边环境的三维模型。

在本发明中，构成虚拟仿真（包括物体、环境、界面等）的一切元素个体或其集合称为对象。对象的各个属性，如颜色、动静、大小、位置、是否干涉等，称为对象的状态。显然，一个对象可能会同时具有多种类型的状态，每种状态可能会有多种取值（如不同的颜色值），它的取值既可能受其它对象状态值的影响，同时又影响着其它对象的状态取值，由对象的状态关系表达式定义。所谓虚拟样机的功能，是指一组对象在特定条件（如外部触发）下，所引发的状态变化，并以可视化的方式输出。

因此，我们必须为虚拟样机中的每一个对象定义状态参数、状态关系式、状态可视化输出函数等，从而构建出以对象为中心的功能描述文档，即功能文档。

图1为本方案涉及的虚拟样机组成结构及工作原理。运行完全由一个通用的对象状态计算平台进行管理，其运行基本原理及流程为：

1）调入功能文档中的对象信息，建立系统内部的对象状态模型。

2）实时、连续地监控虚拟样机的外部触发（如鼠标、键盘操作），探测到有效的触发后，根据触发信息及各对象的功能文档，调用对象的状态表达式，并由状态表达式计算出各对象的状态值，及其对应的输出函数。

3）将功能参数传递给功能函数库中对应的输出函数，调用并执行该函数，驱动样机模型执行功能动作，从而实现对触发的响应。

4）返回2）。

图2为一个简单的虚拟样机示例，它由按键和方块两个对象组成，当鼠标左键点击按键B01时，B01被激活变亮，方块CUBE沿X轴正向匀速移动。再次点击按键B01时，B01进入等待状态，并变暗，同时方块CUBE停止移动。

针对该样机的功能文档可以是各种可编辑的文档格式，如TXT、EXCEL等。

图3是该虚拟样机的功能文档示例。当B01受到鼠标点击时，引发其状态表达式REV_ON_OFF（S_IFACTIVE）的运行，它是二值状态切换函数，S_IFACTIVE当前值为0（表示未按下）时，将其变为1（表示按下）；否则变为0。CHANGE_PIC（B01，S_ACTIVE，a.jpg，b.jpg）则为B01外观切换函数，若S_ACTIVE为1（按键B01激活），则将B01显示为高亮，否则显示为暗色。

在B01的功能文档中，其关联对象为CUBE01，因此当B01进行状态计算后，需要接着对CUBE01的状态进行计算。显然，根据CUBE01的功能文档描述，其状态变量S_IFMOVE的取值与B01的状态变量B01.S_IFACTIVE相同，即当B01的状态为激活（S_IFACTIVE=1）时，S_IFMOVE的值也为1。之后，根据CUBE01功能文档的描述，系统引用输出函数MOVE驱动CUBE01的三维模式沿X方向以50mm/s的速度运动。

本方案所述虚拟样机的开发，分以下几个方面：

1）通用主程序：采用计算机程序语言，由专人进行开发。由于通用主程序主要承担对功能文档的调用、解读、执行，与具体的虚拟样机品种无关，因此其开发工作从理论上说是“一次性”的。

2）功能函数库：采用计算机程序语言，由专人进行开发。功能函数分两类，一类是通用功能，如示例中的二值切换函数REV_ON_OFF、运动函数MOVE、颜色变换函数CHANGE_PIC等，与具体的虚拟样机品种无关，可供各类虚拟样机开发共享，其开发也是“一次性”。另一类是某个虚拟样机特有的专用功能，难以共享，需要临时订制开发。

3）功能文档：针对某一虚拟样机而构建的功能描述文档，采用EXCEL、TXT等可编辑文档格式，以可阅读理解的方式，描述了该虚拟样机的组成结构（如机床的零部件），该虚拟样机所具有的所有功能，以及各个功能之间的运行逻辑关系。功能文档的开发，构成了具体虚拟样机开发的核心，为减少开发工作量，我们还设计了一个功能文档可视化编辑调试工具箱，可帮助开发人员快速构建、检查、调试功能文档，例如，可方便地显示任何时刻的状态表并可进行筛选、只查看发生转变的状态、可动态跟踪触发后状态的变化路径、自动检查语法错误等。从而大幅度提升功能文档的编辑效率。

4）虚拟样机模型：采用三维CAD软件进行建模，并以STL通用格式导入。

由上述可见，在本发明方案中，虚拟样机中需要进行程序开发的，有两方面内容：一是通用主程序，二是功能函数库。而这两项开发工作大部分是“一次性”的，与具体的虚拟样机产品（如虚拟加工中心、虚拟数控车床）无关。也就是说，当我们一次性地完成通用主程序和共享函数库的开发之后，当需要开发一个新的虚拟样机时，主要的开发工作就是构建功能文档和虚拟样机三维模型，只有少量的特殊功能函数需要订制开发。

因此，本发明方案使虚拟样机的程序开发最大程度地实现共享（即最大程度地与虚拟样机种类无关）。采用本发明方案，在开发一种新的虚拟样机时，其大部分的开发工作由程序编制变为功能文档编制。

Claims (4)

1. 一种基于可编辑文本驱动的虚拟样机，其特征在于包括：

通用主程序，用于持续监控触发信号，当探测到触发信号时，立即在功能文档中搜索与该触发信号相关的功能描述并进行解读，然后调用功能函数库中的相关函数，驱动样机模型按功能描述的意图进行动作；

功能文档，用于存放虚拟样机的功能描述；

功能函数库，用于执行功能文档所描述的功能；

样机模型，采用三维CAD软件进行建模，并以STL通用格式导入，为模拟对象及其辅助设备、周边环境的三维模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于可编辑文本驱动的虚拟样机，其特征在于所述的功能文档针对某一虚拟样机而构建，采用可编辑文档格式，以可阅读理解的方式，描述了该虚拟样机的组成结构、所具有的所有功能，以及各个功能之间的运行逻辑关系。

3.根据权利要求1所述的一种基于可编辑文本驱动的虚拟样机，其特征在于所述的功能函数库用于执行功能文档所描述的功能，分为共用功能函数库和专用功能函数库，所述的共用功能函数库与具体的虚拟样机品种无关，用于执行功能文档所描述的通用功能，可供各类虚拟样机开发共享；所述的专用功能函数库为专用于特定虚拟样机产品的功能执行。

4.一种如权利要求1所述的虚拟样机的运行方法，其特征在于：

1）通用主程序调入功能文档中的对象信息，建立系统内部的对象状态模型；

2）通用主程序实时、连续地监控虚拟样机的外部触发，探测到有效的触发后，根据触发信息及各对象的功能文档，调用对象的状态表达式，并由状态表达式计算出各对象的状态值，及其对应的输出函数；

3）将功能参数传递给功能函数库中对应的输出函数，调用并执行该函数，驱动样机模型执行功能动作，从而实现对触发的响应；

4）返回步骤2）。