王志樂，董軍宇

(1.海軍航空大學(xué)青島校區(qū)，山東 青島 266041； 2.中國(guó)海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266100)

0 引 言

隨著現(xiàn)代飛機(jī)綜合顯示信息量越來越大[1]，國(guó)內(nèi)外對(duì)綜合航電顯示系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，開始借助國(guó)外的一些專業(yè)儀表工具軟件如GL Studio[2]、IData[3]等。這些軟件工具提供了文本框控件，實(shí)現(xiàn)了可視化編輯多功能顯示器(MFD)的顯示菜單和文本信息，然而由于漢字無(wú)法根據(jù)輸入直接顯示在MFD的畫面上，因此所有的做法只能是對(duì)于漢字采用紋理貼圖進(jìn)行顯示?；贕L Studio開發(fā)的機(jī)載儀表顯示軟件，如MFD、HUD等普遍采用此方法[4]，但開發(fā)時(shí)無(wú)法預(yù)見需要顯示多少漢字，再加上漢字詞組的可變性，每次開發(fā)都需要重新準(zhǔn)備貼圖、詞組和顯示菜單的開發(fā)，所以此方法非常繁瑣，且擴(kuò)展性不好[5]。開發(fā)人員一直期待GL Studio能夠支持漢字顯示，但是從2.0版本到現(xiàn)在的6.0版本一直都無(wú)法很好地支持，對(duì)此有必要進(jìn)行專門的研究。本文提出利用GB2312編碼建立一級(jí)漢字字庫(kù)，基于GL Studio環(huán)境建立字庫(kù)表和基本的漢字顯示單元、MFD接收輸入的漢字編碼解析出每個(gè)漢字的國(guó)標(biāo)編碼，以基本漢字顯示單元為基礎(chǔ)建立漢字動(dòng)態(tài)顯示控制模型，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表明，該方法快速有效，擴(kuò)展性和重構(gòu)性好[6]，既可以用于實(shí)裝開發(fā)也可以用于仿真模擬器的開發(fā)。

1 GL Studio開發(fā)環(huán)境

GL Studio是DISTI公司推出的一款獨(dú)立平臺(tái)的快速原型開發(fā)工具，用來創(chuàng)建實(shí)時(shí)的、照片級(jí)的、可交互的圖形顯示軟件，既可用于仿真，又可用于實(shí)際裝備[7]。GL Studio生成的C++和OpenGL代碼可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以嵌入到其他應(yīng)用中[8]，避免了底層OpenGL開發(fā)的細(xì)節(jié)[9-10]。利用GL Studio進(jìn)行MFD開發(fā)的流程如圖1所示。

圖1 GL Studio的MFD開發(fā)流程

2 漢字字庫(kù)數(shù)據(jù)建立

利用GB2312編碼建立一級(jí)漢字字庫(kù)，需要按照漢字編碼順序建立紋理字庫(kù)，機(jī)載MFD顯示的漢字字符基本顏色是綠色，字體是黑體，字號(hào)是18號(hào)，因此貼圖按此機(jī)載基本信息建立，為便于GL Studio的開發(fā)利用，漢字貼圖采用1024×1024的像素尺寸。在GL Studio中需要根據(jù)GB2312漢字編碼順序，建立漢字字庫(kù)表，該表用于查找需要顯示的漢字，將該漢字編碼輸入給漢化顯示控制模型[11-12]。

2.1 字庫(kù)表結(jié)構(gòu)

首先，建立漢字字庫(kù)表的抽象結(jié)構(gòu)如下：

struct WORDS_TABLE_TYPE

{//漢字表的結(jié)構(gòu)

unsigned short code; //漢字國(guó)標(biāo)編碼

float pos_x; //漢字存放的行

float pos_y; //漢字存放的列

};

WORDS_TABLE_TYPE gt_wordsTableA[3000];

實(shí)際一級(jí)字庫(kù)大概3000多漢字，按照此結(jié)構(gòu)和數(shù)量建立字庫(kù)表gt_wordsTableA，該表以數(shù)組形式存儲(chǔ)。

2.2 字庫(kù)表建立

漢字在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)占2 Byte，是用4位16進(jìn)制數(shù)表示其編碼，例如“啊”的國(guó)標(biāo)編碼是B0A1，在GL Studio環(huán)境下直接將漢字字符輸入后自動(dòng)轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制的國(guó)標(biāo)編碼是A1B0，因此建立字庫(kù)表需要對(duì)輸入的漢字進(jìn)行高低字節(jié)調(diào)換，同時(shí)需要存儲(chǔ)每個(gè)漢字在貼圖中的坐標(biāo)位置。因此建立字庫(kù)表初始化函數(shù)CHWordsADrawString(unsigned short *str, unsigned short length);其中str存放貼圖中的每一行漢字，length表示每行漢字?jǐn)?shù)。

實(shí)例使用如下：CHWordsADrawString((unsigned short*)"啊阿埃挨哎……",50);實(shí)例的字庫(kù)表N-S表示如圖2所示。

圖2 字庫(kù)表N-S圖

3 MFD漢化顯示模型設(shè)計(jì)

在開發(fā)或者仿真階段對(duì)MFD中需要顯示的漢字、詞組具有不確定性[13]，需要建立一個(gè)動(dòng)態(tài)控制和顯示的模型。要求既能夠滿足MFD字符顯示的實(shí)時(shí)性，又能比較節(jié)約系統(tǒng)的資源[14]，提高GL Studio中顯示單元管理的效率。

3.1 漢化框架設(shè)計(jì)

MFD顯控漢化框架采用GL Studio環(huán)境，主要包括：漢字字庫(kù)表初始化、漢字輸入、增加漢字處理、漢字顯示處理。漢字字庫(kù)表初始化在軟件初始化階段調(diào)用字庫(kù)表初始函數(shù)CHWordsADrawString完成一級(jí)字庫(kù)所有漢字國(guó)標(biāo)編碼的存儲(chǔ)；漢字輸入，需要根據(jù)輸入給MFD的漢字的編碼識(shí)別出漢字；增加漢字處理，確定輸入的編碼是漢字，則調(diào)用AddOneCHWord函數(shù)，將輸入的漢字信息存儲(chǔ)到漢字結(jié)構(gòu)體容器中；在漢字顯示處理階段，利用GLPolygon[15]初始創(chuàng)建的幾何對(duì)象GL_CHWords_A_U復(fù)制新的對(duì)象，在新復(fù)制的幾何對(duì)象內(nèi)加載漢字表貼圖，然后根據(jù)存儲(chǔ)漢字信息的容器查找需要顯示的漢字和該漢字在貼圖中顯示的位置，移動(dòng)貼圖使該漢字顯示在新復(fù)制的幾何對(duì)象內(nèi)，最后根據(jù)漢字在MFD上顯示的屏幕坐標(biāo)位置，將新復(fù)制的GLPolygon對(duì)象移動(dòng)到正確的屏幕坐標(biāo)位置。

3.2 漢字抽象模型

在MFD屏幕上新增加一個(gè)漢字時(shí)，將進(jìn)入增加漢字處理模塊，在該模塊中需要將漢字的信息存儲(chǔ)在Vector定義的漢字結(jié)構(gòu)體對(duì)象中[16]，因此需要對(duì)漢字處理信息進(jìn)行抽象定義。表1和表2是基本信息，表3是漢字顯示信息的處理結(jié)構(gòu)。

表1 字符間距結(jié)構(gòu)體

結(jié)構(gòu)體類型類型變量名說明FONT_STboolfonts字符類型shortchwordStep中文字符間距shortenwordStep英文字符間距

表2 字符特征結(jié)構(gòu)體

結(jié)構(gòu)體類型類型變量名說明TRAIT_STshortcolor顏色類型shortpat線型shortblink閃爍shortrot旋轉(zhuǎn)FONT_STfonts間距結(jié)構(gòu)

表3 漢字顯示信息存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)體類型類型變量名說明DISP_CH_STfloatgrapPosXfloatgrapPosYfloatglPosXfloatglPosYTRAIT_STtrait漢字在字庫(kù)表中的坐標(biāo)漢字在MFD中的坐標(biāo)字符特征

DISP_CH_ST抽象模型存放了輸入漢字字符在字庫(kù)表中的坐標(biāo)位置和用于顯示漢字的GLPolygon對(duì)象在MFD中的顯示坐標(biāo)。

3.3 漢化顯示控制模型

漢字顯示控制模型完成輸入漢字的查找、特征處理、顯示信息處理和實(shí)時(shí)顯示[17]，所有的過程是動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)完成，因此建立漢字的動(dòng)態(tài)控制模型和動(dòng)態(tài)顯示模型是關(guān)鍵。

3.3.1 控制模型

利用GLPolygon預(yù)先創(chuàng)建好一個(gè)對(duì)象，如GL_CHWords_A_U，在該對(duì)象的屬性Texture Chooser里選擇一級(jí)字庫(kù)貼圖，如圖3所示。通過Texture Placement工具模式移動(dòng)貼圖，使GL_CHWords_A_U初始顯示第一行、第一列漢字“啊”。將該對(duì)象生成Group，如GL_CHWords_UGroup，漢字顯示基本對(duì)象及組如圖4所示。MFD顯示軟件運(yùn)行時(shí)首先完成清屏，接收到后臺(tái)發(fā)送的漢字字符指令時(shí)[18-19]，完成指令解析后查找字庫(kù)表gt_wordsTableA，找到對(duì)應(yīng)的漢字字符后再完成漢字顯示信息的處理，將處理結(jié)果存儲(chǔ)在m_chwordAPosition對(duì)象中，該對(duì)象定義如下：std::vector m_chwordAPosition;最后基于GL_CHWords_A_U對(duì)象和m_chwordAPosition存儲(chǔ)的漢字信息動(dòng)態(tài)創(chuàng)建新的漢字顯示對(duì)象GLPolygon，將該對(duì)象加入組GL_CHWords_UGroup。

為了節(jié)省創(chuàng)建GLPolygon對(duì)象的資源，選擇將新創(chuàng)建的對(duì)象加入GL_CHWords_UGroup組，每個(gè)周期清屏?xí)r將GL_CHWords_UGroup組內(nèi)所有對(duì)象不可見，如果新接收的后臺(tái)漢字字符的數(shù)目大于GL_CHWords_UGroup組內(nèi)GLPolygon對(duì)象，則再創(chuàng)建新的GLPolygon，否則利用GL_CHWords_UGroup組內(nèi)已有對(duì)象即可。

圖3 添加一級(jí)字庫(kù)紋理

圖4 漢字顯示基本對(duì)象及組

漢字處理控制模型的流程圖如圖5所示。

圖5 漢字處理控制模型

3.3.2 顯示模型

顯示模型主要完成漢字在MFD屏幕坐標(biāo)的顯示[20]。顯示模型主要包括2個(gè)方面：1)需要根據(jù)MFD屏幕尺寸，建立屏幕坐標(biāo)系，根據(jù)漢字輸入的相對(duì)坐標(biāo)信息計(jì)算屏幕顯示坐標(biāo)信息；2)根據(jù)控制模型在字庫(kù)表中查找的漢字，記錄下漢字在字庫(kù)表中的坐標(biāo)，即行號(hào)和列號(hào)，這也是漢字在貼圖中的行號(hào)與列號(hào)，最后需要根據(jù)行號(hào)和列號(hào)移動(dòng)貼圖，使每一個(gè)GLPolygon對(duì)象正確地顯示輸入的漢字。

以某型飛機(jī)多功能顯示器(MFD)為例，屏幕有效分辨率為575×575，符號(hào)顯示以像素點(diǎn)為單位。在屏幕左下方和右上方分別創(chuàng)建GLPolygon對(duì)象，該對(duì)象盡可能小，以該對(duì)象的幾何中心作為屏幕的左下坐標(biāo)和右上坐標(biāo)[21]，如圖6所示，將這2個(gè)對(duì)象作為坐標(biāo)系的基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)象名為GL_Position_LeftBottom_U、GL_Position_RightTop_U，其中以GL_Position_LeftBottom_U為坐標(biāo)系原點(diǎn)，坐標(biāo)基準(zhǔn)對(duì)象定義如圖7所示。設(shè)屏幕寬度為rWidth，輸入的橫坐標(biāo)為rx、縱坐標(biāo)為ry，返回的GL Studio環(huán)境下絕對(duì)坐標(biāo)為resX、resY。resX的計(jì)算方法如下：

TopPointX=m_posRightTopPoint.x

BottomPointX=m_postLeftBottomPoint.x

rWidth=TopPointX-BottomPointX

resX=BottomPointX+rx×rWidth/575.0

同樣的方法可計(jì)算出縱坐標(biāo)resY。

圖6 建立MFD屏幕坐標(biāo)系

圖7 坐標(biāo)基準(zhǔn)對(duì)象定義

為便于對(duì)新建字符對(duì)象的管理，定義了存放新建漢字對(duì)象GLPolygon類型的容器std::vectorm_veChGroup;利用該對(duì)象和m_chwordAPosition對(duì)象設(shè)計(jì)漢字顯示模型[22-23]。為便于模型的描述，對(duì)一些關(guān)鍵變量和函數(shù)作如下描述：

int numPoly=m_veChGroup.size();

int numDisp=m_chwordAPosition.size();

ChangeHTexture(m_veChGroup.at(li_i),0.02f,0.0f,50.0f,m_chwordAPosition.at(li_i).grapPosX,0);

ChangeVTexture(m_veChGroup.at(li_i),0.02f,0.0f,50.0f,m_chwordAPosition.at(li_i).grapPosY,0.0f);

漢字顯示處理模型如圖8所示。

圖8 漢字顯示處理模型

4 仿真應(yīng)用分析

該仿真方法基于GL Studio 4.0以上版本開發(fā)的MFD和HUD已成功應(yīng)用于某型飛機(jī)模擬器，運(yùn)行該軟件的機(jī)器采用PowerPC、內(nèi)存1 GB、顯卡為NVIDIA GeForce9300的硬件條件下，漢化顯示和位置準(zhǔn)確無(wú)誤，后臺(tái)可以根據(jù)需要修改顯示的內(nèi)容，并且控制實(shí)時(shí)性好。圖9和圖10是該型模擬器顯控運(yùn)行部分效果圖，主菜單、JIDS和慣導(dǎo)測(cè)試指令的形式如表4所示。

表4 指令輸入格式

MFD指令編碼幀Byte主菜單20100000c002ffffc0030000c006…2010642JIDS2010…b01700030032000b0056002f…828慣導(dǎo)2010…b01700010225005b844db017…1489

MFD接收后臺(tái)的指令編碼，指令編碼都是16進(jìn)制，0x2010表示指令幀開始，0x2000表示幀結(jié)束，中間每4位表示一個(gè)漢字的國(guó)標(biāo)編碼或者是自定義符號(hào)編碼，測(cè)試過層每個(gè)畫面所有漢字和符號(hào)占用字節(jié)不超過2048 Byte，數(shù)據(jù)量適合基本的網(wǎng)絡(luò)通信和共享內(nèi)存，可以方便地和后臺(tái)系統(tǒng)通信。

圖9 漢化顯示主菜單

圖10 漢化顯示慣導(dǎo)

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于GB2321編碼建立漢字字庫(kù)，在GL Studio環(huán)境下進(jìn)行機(jī)載綜合航電顯示控制系統(tǒng)的開發(fā)，可以很快地實(shí)現(xiàn)顯示字符的漢化，而且不需要專門預(yù)先搜集MFD可能顯示的漢字及詞組，避免了傳統(tǒng)方法不能靈活修改顯示詞組的缺點(diǎn)，解決了根據(jù)需求顯示漢化字符信息的難點(diǎn)，也解決了DISTI公司推出的GL Studio平臺(tái)長(zhǎng)期不能支持漢字顯示的問題，為該平臺(tái)用于國(guó)產(chǎn)機(jī)載MFD和模擬器開發(fā)提供了技術(shù)手段。該模型適用于任何機(jī)型MFD的開發(fā)，而且可以推廣到基于OpenGL環(huán)境或IDATA平臺(tái)進(jìn)行MFD的開發(fā)。