GL Studio在城市轨道列车虚拟驾驶控制台中的应用

王轶　周舒　罗果　段晓英

摘要：GL Studio作为一款专业的虚拟仿真软件，已广泛应用于航空器模拟驾驶训练系统的开发，但在城市轨道列车模拟驾驶训练系统中的应用却较少。文章详细介绍了利用GL Studio软件实现城市轨道列车驾驶控制台旋钮开关、按钮开关、操作手柄等仪表设备图形对象、行为模型的建立过程。实践证明，GL Studio能够应用于城市轨道列车驾驶控制台的仪表设备的虚拟仿真，并达到良好的效果。

关键词：GL Studio;城市轨道列车;虚拟;驾驶控制台

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）02-0070-02

0 引言

随着我国城市轨道交通行业的飞速发展，城市轨道运营里程、城轨列车数量不断增加，对城轨列车驾驶员的培养需求也越来越大，由于城市轨道交通建设成本高，运营安全责任大，城轨列车驾驶员的培养不可能在真实运营环境中进行实车训练，只能通过计算机仿真技术进行模拟驾驶训练[1]。而计算机仿真的关键就是对城市轨道列车驾驶控制台上的操作手柄、按钮、仪表等仪器设备进行虚拟，使列车驾驶员能够获得与真实列车一致的操作感受，从而达到训练的效果。

1 GL Studio的简介

GL Studio是美国DiSTI（Distributed Simulation Technology Inc.）公司研发的，是目前世界上最先进的虚拟仪器开发工具[2]，具有独立性、交互性、快速性的特点[3]。使用GL Studio开发虚拟仪器系统对用户的编程知识要求不高。GL Studio具有代码生成的功能，由GL Studio设计器创建的文件可以通过代码生成器生成C++和OpenGL源代码[4]。由代码生成器生成的源代码有两种应用方式，一是单独运行，二是嵌入其它应用程序中。GL Studio具有“所见即所得”的功能，为提高虚拟仪器系统的真实感和图形对象设计的效率，用户可利用Photoshop、CorelDRAW等专业图像处理软件对仪器系统的实物照片进行处理，制作成图形对象的贴图插入到GL Studio设计器，创建为图形对象。软件具有操作功能简单、对编程能力要求低、开发界面友好、开发效率高、设计开发的优点。

2 设计图形对象

使用Photoshop图像处理软件制作城市轨道列车虚拟驾驶控制台的操作手柄、开关、按钮及控制台面板。在制作时各类“器件”的外观、颜色及运行状态要尽量与实物器件一致，也可使用高清实物照片进行处理，并保存为*.png格式的图像纹理。因为*.png格式完全支持alpha通道透明度，可以更好地利用透明纹理设计图形界面[5]。在制作各类“器件”的图像纹理时，像素大小最好选择2的n次幂进行，这样可以提高系统运行的效率。另外，所有的“器件”的图像纹理要跟控制台面板的显示窗口的大小一致，同一块面板上的不同“器件”最好摆放在同一张图片上，保证图像纹理的比例一致，从而避免繁琐的调整，也能够减少开发与运行时显示的差异。

3 建立行为模型

虚拟驾驶控制台主要由操作手柄、开关、按钮等“器件”组成，因此首先创建面板，然后在创建好的面板上依次创建其它“器件”。

3.1 旋钮开关

以遮阳帘开关为例，介绍旋钮开关的具体实现过程。在GL Studio设计窗口的工具栏，选择矩形工具创建一个矩形。选择矩形，右键单击，打开“对象属性”对话框，在“纹理”选项卡中选择“添加纹理”按钮，添加旋钮开关纹理贴图，单击“Actual Size”使纹理贴图以实际像素大小应用到矩形中。选中旋钮开关旋转对象，单击工具栏中旋钮装置图标，创建一个旋钮装置。遮阳帘开关有三个档位，旋转范围从“升”刻度处至“降”刻度处。选择工具栏中的旋转工具，转动旋钮指示条与“升”刻度对齐。打开“Object Properties”对话框，单击“Knob”标签，进入旋钮属性栏，在“General”标签中选择“Angle Range”，即角度范围，拖动“Preview Position”滑动条，使旋钮指示条旋转至与“降”刻度对齐，确定旋钮开关的起点和终点位置。在“Object Properties”对话框，单击“Detents”标签，在“Number of Detents”输入框中输入数字“3”，在“Distribute Evenly”中生成3个滑动条，表示包括起点和终点在内，旋钮共有3个档位。拖动2号滑动条，转动旋钮指示条与“off”刻度对齐，拖动3号滑动条，转动旋钮指示条与“降”刻度对齐，完成旋钮开关的档位设置。将遮阳帘开关的初始状态设置为“2”。其它旋转开关也按上述方法进行建立。

3.2 按钮开关

虚拟驾驶控制台的按钮开关均为带指示灯的自动复位开关，即使用鼠标左键点击按钮开关，按钮垂直向下运动，激发事件，松开鼠标左键后，按钮自动复位，指示灯亮起。具体实现过程是，在GL Studio設计窗口工具栏中选择圆形工具，创建一个圆形。选择一个圆形，右键单击，打开“对象属性”对话框，然后在“纹理”选项卡中选择“添加纹理”按钮，添加按钮开关初始状态纹理贴图，单击“Actual Size”使纹理贴图以实际像素大小应用到圆形中，将对象名命名为“button_off”。同样，创建一个新的圆形，添加按钮点击状态的纹理，并将其命名为“button_on”。同时选择“button_off”、“button_on”两个对象，单击工具栏中按钮图标，创建一个按钮装置。打开“Object Properties”对话框，单击“Push Button”标签，进入按钮属性栏，在“Up Position Geometry”选项栏中选择“button_off”，即按钮开关初始状态，在“Down Position Geometry”选项栏中选择“button_on”，即按钮开关点击状态。在“Behavior”选项栏选择“Momentary”实现自复位功能，点击“Initial State”按钮，预览按钮开关的运动状态。

3.3 操作手柄

虚拟驾驶控制台有2个操作手柄，主控手柄和方向手柄。主控手柄即驾驶操作手柄，有8个档位，分别为“B1- B4档”为前进档，“N档”空档，“P1- P3档”制动档;方向手柄有3个档位“前进档”、“0档”和“后退档”，用于控制列车行进的方向。

以主控手柄为例，具体实现过程是，在GL Studio设计窗口中创建一个矩形。在“Object Properties”对话框，“Texture”标签，添加方向手柄“B1”状态纹理贴图，将对象名命名为“Forward_1”。同理，添加其他档位状态纹理贴图，点击工具栏中Switch图标，创建一个开关装置，打开“Object Properties”对话框，单击“switch”标签，拖动“Current Detent”滑动条可以看到面板上方向手柄在8个档位之间的变化。

根据上述方法逐一完成城市轨道列车虚拟驾驶控制台所有“器件”的设计与建模，如图1所示。

4 代码的生成

虚拟驾驶控制台中各类“器件”之间都存在某种逻辑关联，当某一个器件的動作会激发另一个器件的状态发生相应变化。所以要根据各个“器件”之间的逻辑关系添加用户代码，实现虚拟驾驶控制台的逻辑功能。以控制关左门按钮的代码为例进行说明。

逻辑关系是按关左门按钮，门全关指示灯亮，首先我们定义。

BUTTONSTATE button;

LIGHTSTATE light;

根据按钮的属性，我们添加以下控制函数。

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）//按下关左门按钮

{

button.closerightdoor=1;     //关右门按钮状态为1

light.closedoorok=l;     //门全关指示灯亮

}

}

return 1;

}

代码中，closeleftdoorGlsPushButton为按钮对象的名称。

5 结语

本文研究了GL Studio虚拟仿真软件的应用，对城市轨道列车驾驶控制台的旋钮开关、按钮开关、操作手柄进行仿真。经实践开发证明，GL Studio能够应用于城市轨道列车驾驶控制台的仪表设备的虚拟仿真，并取得良好的效果。

参考文献

[1] 高云鹤.浅谈列车驾驶仿真培训及其关键技术研究[J].内蒙古科技与经济，2016（24）：109-111.

[2] 李建海，何青洋，孙艳丽.基于GL Studio的航空虚拟仪表设计[J].计算机与数字工程，2017（5）：999-1002.

[3] 周尧.基于GL Studio的虚拟仪表开发和关键技术研究[J].机械工程与自动化，2015（6）：75-77.

[4] 孙嗣栋，祝笑舟，李航.基于GL Studio与PhotoShop的柴油机训练仿真系统面板设计[J].系统解决方案，2015（7）：13-15.

[5] 刘鲁峰.基于GL Studio的虚拟仪表的仿真研究[J].甘肃科学学报.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