分布式仿真平台的可视化建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种分布式仿真技术应用领域，用于可重构的实时分布式仿真平台的 通用设计架构及其实现方法，尤其是可应用到分布式仿真、半实物仿真、自动化测试等领域 的实时分布式仿真平台。
【背景技术】
[0002] 仿真技术在客观世界和科学理论之间架起了一座桥梁，被认为是继理论分析和科 学实验之后的第三种认识世界和改造世界的重要方法。分布交互仿真技术能够把计算分配 给多个主机，减少了对单个计算机性能的依赖，为仿真带来了更多的计算资源，虚拟现实技 术则为系统增加了直观性和沉浸感。分布式仿真动态重构是在运行过程中按需对仿真进行 在线调整的一种支持技术，其研究对于提高仿真系统的适应性、提升仿真在关键领域的应 用层次具有重要价值，并已成为相关领域研究的前沿问题之一。在同外界环境的交互过程 中，70%的信息来自于视觉通道，这决定了在仿真系统构造中，可视化系统具有重要地位。 仿真技术的发展经历了从集中式到分布式、从定量到定性定量相结合、从单一粒度到多粒 度、多侧面协同仿真的发展过程。仿真技术与仿真应用的发展是相辅相成、互相促进的。一 方面，计算机网络技术的发展和用户的需求刺激了分布式仿真计算的研究，仿真技术的发 展促进了仿真应用领域的不断拓展和仿真应用层次的不断提高；另一方面，仿真应用需求 的不断提高，也促进了仿真技术的进步。随着软件工程、网络、领域建模等相关技术的发展， 仿真应用的范围不断扩大、对象日趋复杂，且性能方面的需求也在不断提升。随着计算机仿 真技术的广泛应用，分布式建模与仿真技术不断朝着高度的分布性、良好的互操作性和可 扩展性方向发展。目前，分布式仿真领域主要采用高层体系结构HLA构建仿真应用，但HLA在 分布性、互操作性、领域模型重用性方面还存在许多尚未解决的问题。模型的设计与代码的 实现相互分离，也影响了仿真平台开发的效率。在分布式仿真中，参与仿真的盟员离散分布 在仿真网络的各个节点上，现有离散事件系统存在的移植性差，交互性差以及在V7P浏览器 中运行离散事件的队列仿真系统上运行困难的缺点。基于V7P的仿真系统大多数工作都主 要集中在仿真上，即如何定义模型的运行而忽略了建模的规范和描述。由于在不断增长的 网络应用中，仿真行为模型的建立、复杂系统进行有效而简单的描述是十分困难的。如何提 高仿真系统的开放性与适应性已经成为分布式仿真实际应用中的重要问题。由于现有计算 机资源门类繁多，无论在软件、硬件、网络等各个方面都有很大的差异性，这种异构性造成 了开发分布式异构系统软件具有很大的难度。通常分布式仿真系统软件在结构上可以分为 三大部分:支持仿真应用的模块、支持仿真数据库的模块与支持分布式应用的模块。支持分 布式应用的模块是另外两大部分的自力支持;支持仿真数据库的模块为支持仿真应用的模 块提供信息与数据服务;支持仿真应用的模块则是软件的核心部分。动态结构模型是仿真 重构动作实施的依据。在目前的分布式仿真系统中，由于不同用户对仿真部署的需求及仿 真任务存在较大差异，一个含各子节点的分布式仿真平台软件架构，只针对一种仿真任务 定制开发，而定制开发含各子节点的分布式仿真平台软件存在模块边界不清、模块耦合性 高、模块扩展性差、模块不易裁剪，重构性较差，开发周期长，开发效率低下等问题。另外，分 布式仿真将专注于不同类型的仿真任务分开，每一类型的仿真任务由不同仿真子节点完 成，子节点通过更专业的软硬件工具来完成结果输出，例如可视化任务需要专业的图像工 作站和优秀的三维引擎工具来实现，这就导致目前分布式仿真系统中每一个功能子节点都 要单独定制开发。因此，如果将针对指定仿真任务定制开发的分布式仿真平台（含各子节 点)应用到其他仿真任务中，需要对该分布式仿真平台软件架构进行功能裁剪或二次开发， 不同类型子节点也需要根据需求进行二次开发，从而导致浪费人力资源和时间。
[0003] 现有仿真系统大多支持面向对象的可视化建模方式，从仿真系统原理建模到仿真 应用通常能够快速实现，此类系统大多为集中式的仿真系统，在不断增长的网络应用中，仿 真行为模型的建立、复杂系统进行有效而简单的描述是十分困难的。随着计算机技术和仿 真技术的飞速发展，仿真技术的应用越来越广泛，尤其是分布式仿真技术已经成为当今仿 真技术发展的主流，仿真应用之间的互操作和仿真部件的可重用问题由此也变得越来越突 出，采用计算机数值仿真或可视化仿真的方法进行研究便显得十分重要。近几十年来，由于 计算机技术的飞速发展，科学计算可视化已经被广泛应用于设计领域。作为面向仿真平台 的可视化技术，必须支持可视化地分析大型数字模拟产生的数据。仿真平台的一次运行，往 往按一定流程执行不同的计算程序，这些计算程序不论是标量的还是并行的，都是孤立运 行，直到一次仿真流程结束，才获得数据。然后，在事后进行处理。这样，如果在仿真流程开 始时就给定错误的输入条件，就会在整个流程结束后才发现，消耗宝贵的计算资源，产生无 用的结果。而且，不同的用户分散于局域网中。而针对分布式仿真的系统则通常需要对集中 式的仿真系统进行二次规划部署，甚至进行专门的二次开发，不但导致浪费人力资源和时 间，也可能导致仿真原理模型的变更。
[0004] 虽然分布式仿真平台的可视化建模方法能解决模块边界不清、模块耦合性高、模 块扩展性差、模块不易裁剪，重构性较差，开发周期长，开发效率低下的问题，但完成重构的 过程中会产生大量的映射表及配置文件，不能满足面向对象的设计思想，语义模糊，增加了 用户的设计负担和复杂度。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对上述现有技术完成重构的过程中会产生大量的映射表及配 置文件，不能满足面向对象的设计思想，语义模糊，增加了用户的设计负担和复杂度的不足 之处，提出一种无需互相调用各个模型资源，无需对含各子节点分布式仿真平台软件架构 进行复杂的功能裁剪或二次开发，能够降低分布式仿真所有节点开发复杂度的可视化建模 方法，以克服现有技术模块边界不清、模块耦合性高、模块扩展性差、模块不易裁剪，重构性 较差，开发周期长，开发效率低下的问题。
[0006] 本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种分布式仿真平台的可视化建模 方法，其特征在于包括如下步骤:创建仿真平台框架和可视化建模相关构件，以可视化的方 式进行分布式仿真部署，将仿真平台框架自上而下分为应用层、管理层、服务层、交互层、资 源层和仿真模型资源池;采用XML技术对仿真模型的可视化显示进行语义封装规范模型，对 模型的结构以及形式化进行规范和管理，相关层级不同仿真任务通过相对应的视图窗口资 源映射表加载;相关层级不同仿真计算任务相对应的仿真模型对象，按模型封装规范封装 成模型资源组件，仿真对象模型组件资源通过映射表加载，仿真节点通过平台映射表自动 生成相应的软件界面及相应的服务组件;管理层包含模型交互构件及节点部署构件，模型 交互构件根据仿真模型的接口属性生成放置在仿真模型资源池中的图标，无缝连接仿真系 统节点的逻辑部署和物理部署，以可视化视图的形式提供人机交互接口，在模型交互视图 中进行可视化建模，构建为用户提供连线、拖拽、缩放、添加和删除功能，方便用户设计仿真 模型交互图的可视化模型;所有参与分布式仿真的仿真子节点通过节点部署图自动生成相 应的软件界面及相应的服务组件，仿真平台节点软件界面中各个节点类型软件加载的界面 资源通过映射表动态实现。
[0007] 本发明相比于现有技术具有如下有益效果： 本发明在相关层级采用一系列的优化措施来保证整个平台的实时性，被用来构建仿真 通用技术框架，支持不同仿真应用间的互操作和仿真部件的可重用。以上述层次结构模型 开发的实时分布式仿真平台对外显式提供每一层级的映射表，用户能够通过修改映射表实 现整个分布式系统节点部署的重构、平台界面及功能组件的重构。
[0008] 本发明无需对仿真系统进行二次开发和部署，采用XML技术对仿真模型的可视化 显示进行语义封装!规范模型，通过可视化建模相关构件解决了态势可视化的可组织性，通 过可视化的方式进行分布式仿真部署解决了态势可视化的可扩充性，从而实现了通用的态 势可视化系统。通过可视化的方式所见即所得，全面支持集中式、分布式的