استفاده از DIS برای مربوط کردن شبیه سازی و متحرک سازی در simulink و VRML
خلاصه:
این مقاله تکنیکهای تواناسازی کنترل سیستمهای طراح برای سادگی و یکپارچگی تجسم کامل در بررسیهای شبیه سازی را شرح می دهد. مدل تصوری (تجسمی) (مجموعه ابزارهای متحرک سازیVRML) در اجرای نخستین تأثیر متقابل با simulink دارد، اما هدفهای طرح در ساختن مفهوم شبیه ساری platform مستقل می باشد. مدل تصوری به وسیله انجام دادن اجرای اولیه ای از شبیه سازی باراندازی یک وسیله زیر آبی خودگردان برای یک ایستگاه باراندازی ارزیابی شده است.
این مقاله همچنین شبیه سازی اساسی معماری تمرکز یافته را که برای استاندارد توزیع شده IEEE,DIS مورد استفاده قرار می گیرد را شرح می دهد.
کلمات کلیدی: تجسم سازی، شبیه سازی، قالب سازی
1-معرفی
تجسم سازی از داده علمی یک زمینه تحقیق فعال برای سالها بوده است و پیشرفت زیادی در این زمینه، برای نمونه تجسم سازی از مجموعه داده های بزرگ و تجسم سازی سیستم مکانیکی ساخته شده است. تجسم سازی 3D از داده علمی در فهمیدن اندازه گیریهای پیچیده بسیار مفید است. در زمینه کنترل مهندسی تجسم ساری از ننتایج شبیه سازی طرحهای زمانی مهمی بوده است. تجسم سازی 3D کمترین اهمیت را در این زمینه داشته است اما مدلهای تجسم سازی یک زمینه مفید با پتانسیل جدید که با تکنیکهایی از مهندسی عمران و مکانیک بهتر از معماری بر پا شده است را باز کرده است.
زمینه متحرک سازی هنوز پیشرفته تر از تجسم سازی در داده های ثابت نبوده است، اما سیستمهای CAD و با معرفی استانداردها، کامپیوترهای بسیار قوی و وسایل موجود رایج برای ساختن دنیاهای مجازی چند کاربری برای بازیها، مشابه سازیها برای کشتی‌ها، هواپیماها، میدانهای جنگ و غیره و کارخانه های صنعتی مجازی شده است. پیشرفت قابل توجه ای نسبتا به وسیله قدرت بالایی از محاسبات کامپیوتری در این زمینه انجام شده است.
کار بسیاری در زمینه تجسم سازی و متحرک سازی در رابطه با کاربرد مهندسی کنترل و بار هر دوی متحرک سازی 2D و متحرک سازی 3D بسیار پیشرفته انجام شده است. به هر حال تلاشهای بسیاری در ساختن مدل و در یکپارچگی غیر استاندارد در محیط شبیه سازی سرمایه گذاری شده است. یک نیروی بالقوه بزرگ برای استفاده از متحرک سازی ها برای فهم بهتر اجرای یک سیستم مخصوصا برای مهندسان غیر کنترلی جایی
که یک تجسم سازی ساده با طرح زمانی بسیار سنتی ترکیب شده است.
اغلب یک عقیده فوری زیادتر را نیدهد ، موجود است. هدف ساختن یک ادراک راحت برای استفاده کردن از قدرت و مفهوم مختلط و مجموعه ابزار برای درست کردن متحرک سازی 3D در یک راه استاندارد سنجیده شده و محیط شبیه سازی شناخته شده، اما با یک تلاش برای به وجود آوردن مدا شبیه سازی بوده است. ساختن مدل متحرک سازی به عنوان یک قسمت استاندارد از مدلهای شبیه سازی، ممکن است قابلیت فهمیدن نتایج آنها را تشدید کند. آسانی استفاده و یکپارچگی در محیطهای شبیه سازی شناخته شده همچنین اهمیت بسیاری داشته است.
استفاده از ابزارهای استاندارد و پپروتکل ها مانند DIS (brutzman1999)، جاوا و (carey and bell, 1997) به ساختن تصور کلی و مجموعه ابزارها بیشتر سخت افزار platform مستقل تا موقعی که هنوز ابزارهای موجود استفاده می شدند، کمک می کند.
در بخش 2 اساس پروتکل DIS(شبیه سازی متقابل توزیع شده) با تمرکز ویژه روی زمینه تجسم سازی و متحرک سازی شرح داده می شود.
این روشها روی بخش 3 بیان کردن یک توصیف تفصیلی مفهومی و روش شناسی و اجرای اولیه ای از مجموعه ابزارها بنا شده است.
بخش 4 کاربرد مجموعه ابزارها برای شبیه سازی کردن باراندازی یک AUV (وسیله زیر آبی خود گردان) را شرح می دهد و بخش 5 نتایج را بیان می کند).
2-شبیه سازی متقابل توزیع شده(DIS)
در طی سالهای 90 ، کار شبیه سازی فیلمنامه های پیچیده مورد توجه بسیار قرار گرفت. مخصوصا بخش وزارت دفاع آمریکا یک بازیگر مهم در این زمینه بوده است، شروع شدن یک موضوع جالب برای اجرای درجه بالای شبیه سازی های صحنه جنگ، شامل تعداد زیادی از موجودیتهای توزیع شده روی اینترنت بوده است. این کار در نیمه سالهای 80 در سیستم SIMNET هدایت می شد. که در ده سال گذشته به وسیله DIS استاندارد پیشرفته جایگزین شد، به brutzman 1999 مراجعه کنید. این استاندارد چگونگی یک شبیه سازی توزیع شده و پیاده کردن آن روی یک شبکه از کامپیوترها، معین کردن پروتکل ها برای ارتباط و استاندارها برای مشاهده و رفتار موجودیتهای شبیه سازی شده را شرح می دهد. با اینکه DIS به عنوان یک نظام استاندارد شروع شده است، خصوصیات مطلوب آن سریعا توسعه دهنده های نرم افزار را برای صنعت بازی کامپیوتری بیشتر از تحقیقات دانشگاهی در رباتهای متحرک جذب کرده است. بسیاری از خصوصیات کلیذی DIS که به محبوبیتشان کمک کرده
است در زیر شرح داده شده است.
A،توزیع
کامپیوتر مرکزی درستی آزمایش شبیه سازی را کنترل نمی کند.
در عوض DIS از یک راه شبیه سازی توزیع شده که در آن مسئولیت برای شبیه سازی کردن کیفیت هر موجودیت باقیمانده با کاربردهای شبیه سازی جداگانه و مقیم شدن در کامپیوترهای host به وسیله یک شبکه مرتبط شده استفاده می کند. هنگامی که کامپیوترهای host جدید به شبکه اضافه شدند، هر کامپیوتر منابع مربوط به خودش را نیز می آورد. یک شبیه سازی می تواند همچنین بدون معرفی کردن مشکلات و تنگناهایی که کامپیوتر مرکزی به ناچار باعث می شود را تمدید و ادامه دار کند. بنابراین A مدیر شبیه سازی نامیده می شود که بیشتر کنترل مرکزی سبیه سازی را فراهم می کند. مدیر شبیه سازی توابع هایی ازجمله:
start,pause,restart,maintenance,shutdown,collection, distribution
انواع معین داده را به کار می برد.
B اثر متقابل:
کاربردهای شبیه سازی خود گردان بر نگهداری کیفیت یک یا بیشتر موجودیتهای شبیه
سازی مسئولیت دارند. اگر یک استفاده کننده مشابه تجهیزات حقیقی و شبیه سازی شده بسیاری را اداره کند، این فعالیت مدل سازی کردن نتایج فعالیتهای موجودیت استفاده شده در یک مدل شبیه سازی را بر عهده دارد. این کاربرد فرستادن پیغام ها برای دیگران برای آگاه کردن انها از همه فعالیتهای قابل مشاهده را عهده دار است. بعلاوه، این تفسیر کردن و پاسخ دادن به پیغام های مورد توجه برای کاربردهای مشابه دیگر و نگهداری یک مدل از کیفیت موجودیتهای حاضر شده در آزمایش شبیه سازی را بر عهده دارد.
مفهوم، کاربردهای مشابه کنترل کردن زیر مجموعه های مشابه مشخص شدهه است و تمرین مشابه کاملا مطابق اندازه را باعث می شود. جایگزین کردن نوع وسعتی و شبیه سازی سخت افزار آسان است و کمی یا اصلا فشار بر روی قسنتهای باقی مانده از شبیه سازی دارد. همچنین، اضافه کردن یا جایگزین کردن استفاده کننده تأثیر متقابل روی موجودیتهایی بخصوص که کاملا بی ضرر می باشد دارد.
C پروتکل ارتباط
یک پروتکل استاندارد برای ارتباط داشتن داده کیفیت موجودیت استفاده می شود. هر عمل شبیه سازی با وضع موجودیت آن (جا، جهت، سرعت و جای قسمتهای جدا شده و غیره) برای دیگر شبیه سازی ها در آن شبکه ارتباط برقرار می کند. دریافت عمل شبیه سازی، قسمتهای وابسته از داده های آنها را به استفاده کننده به همان اندازه خواسته شده به وسیله شبیه سازی منحصر به فرد نشان می دهد.
پروتکل عوض کردن داده بین دسته های شناخته به عنوان واحدهای داده پروتکل (PDUS) را تعریف می کند. در کل PDUS37، شرح دادن اطلاعات موجودیت، مدیریت شبیه سازی لشکرکشیها، ارتباط رادیویی و مقامات مشخص نظامی مانند سلاح ضربتی و اسکناس مغناطیسی به طور استاندارد معرفی شده است. تعاریف این PDUS و انواع داده استفاده شده در این، می تواند به صورت on-line جستجو شود.(DIS)
Dمحاسبه منسوخ(مرده)
الگوریتمهای محاسبه منسوخ برای کم کردن مراحل ارتباط استفاده می شود. یک روش برای برآورد وضعیت/ جهت یابی، محاسبه منسوخ نامیده می شود. برای محدود کردن سرعت در عمل شبیه سازی در پی آمد به روز در آوردنها برای یک موجودیت استفاده می شود.
مدل محاسبه منسوخ دید آن موجودیت به وسیله شبیه سازیهای دیگر در شبکه را نشان
می دهد و یک برون یابی از وضعیت آنها و جهت یابی استفاده کردن یک الگوریتم محاسبه منسوخ شده است. بر یک مبنای معین، عمل شبیه سازی، مدل محاسبه منسوخ را با استفاده از اطلاعات از مدل درونی به روز درآورده خواهد کرد. در زمان یکسان، اطلاعات فرستاده شده به دیگر عملهایی شبیه سازی در شبکه همچنین که آنها می توانند مدل محاسبه منسوخ موجودیتشان را به روز درآورند، به روز دراورده می شود. با استفاده از محاسبه منسوخ، شبیه سازیها به گزارش وضعیتهای موجودیتهایشان بکرات نیاز ندارند.
3-روش شناسی و جعبه محتوای وسایل فنی
روش شناسی پیشنهاد شده دو فاز جدا را شامل می شود: فاز پیشرفت مدل و فاز زمان اجرای متحرک سازی مدل. در اولین فاز از دو فاز، مدل شبیه سازی ساخته می شود و آزمایش می شود. اجرای شکل اولیه این مدل باید در simulink انجام شود و اما به طور اساسی تصورات باید با هر مدل سازی/سیستم شبیه سازی کار کند. دورتر از این، مدل متحرک سازی شاخته شده و آزمایش شده می توانست همچنین در محیط های مختلف کار کند و در این مورد سیستم casmo worlds از تولیدات یک VRML2.0 توصیف سیستم و مرحله استفاده می کند.
مشخصات رتباط بین متغیرهای مشابه و قسمتهای حرکت در دنیای VRML در حال حاضر با استفاده از DIS انجام می شود.
فاز دوم حال به وسیله شروع شدن شبیه سازی و تعیین کردن پارامترهای دیدن برای جستجوگر VRML می تواند وارد شود. توجه منید که داده برای متحرک سازی/ تجسم سازی می تواند به هر دو صورت متشابه یا عمل جهان واقعی به وجود آید.
فاز سوم می توانست برای جدا کردن شبیه سازی و تجسم سازی تعریف شده باشد و این کار مفید خواهد بود وقتی با توجه به مدلهای پیچیده و بزرگ جایی شبیه سازی به طور قابل توجهی کند تر از زمان واقعی اجرا شود. در این موارد شبیه سازی به صورت برون خطی، (offline) اجرا می شود و متحرک سازی به صورت جداگانه اجرا می شود. این تأثیر متقابل استفاده کننده با شبیه سازی به واسطه جستجوگرمتحرک سازی به سختی اگر غیر ممکن نباشد را باعث خواهد شد. این نوع از تأثیر متقابل استفاده کننده فقط با پارامترهای متحرک سازی مانند روشنایی و وضعیت دوربین نمی باشد ولی همچنین با سیستم شبیه سازی شده یکی از خصوصیات مطلوب از مفهوم کلی می باشد. هر چند وقتی شبیه سازی طولانی یا داده زیاد برای مثال ملاحظه شود. حرکت کردن در دریا با یک وسیله زیر آبی خودگردان می تواند از دشاتن انواع بسیاری از دکمه های سریع رو به جلو یا معکوس که قادرند توجهشان را روی قسمتهای جالب متحرک سازی تمرکز کنند مفیدتر باشد.
شکل 1، فازهای متفاوت و رابطه هایشان را نشان می دهد.
چنانکه نشان داده شده آن مدل حتی می توانست درست کردن، طراحی کردن فاز، دو مجوز دیگر به استفاده کننده برای اشافه کردن قسمتهایی به آن یا اصلاح کردن سیستم روی خط شبیه سازی شده طراحی و رسیدگی شود. این مدل از مفاد این مقاله خارج است.
یک ماشین خودکار یا استفاده کننده تنظیم پذیر متغیر در جزئیات در شبیه ساری و متحرک سازی می تواند حرکت کردن تمام مجموعه های بزرگ از داده یا شبیه سازی کردن یک دوره طولانی زمان سریعتر از زمان واقعی مفید باشد. هر دو زمان تجزیه/ تحلیل، پیچیدگی مدل شبیه سازی شده در شبیه سازی همچنین نتیجه ویژه در متحرک سازی پارامترهایی برای توجه کردن وقتی این نوع از سیستم طراحی می شود هستند.
این موضوع از یکپارچگی با سخت افزار در حلقه شبیه سازی و اجرای سیستم واقعی نام برده شده، مهم است. یک دید این وضعیت در شکل 2 نشان داده شده است.
3-تشخیص داده شده است: یک سطح سازی برون خطی سیستم برای نمونه simulink شبیه سازی شده و الگوریتم کنترل و ابزار استفاده شده tcl/c/matlab یا هر زبان مناسب دیگری که بوده است. در سطح دوم، سطح زبان واقعی سیستم فراخوانی شده به یک HLL (سخت افزار در حلقه) منتقل شده است. Platform جایی که کد به وسیله RTW (زمان واقعی کارگاه) تولید شده است و کنترل کننده نمونه اصلی را ساخته است و روی یک platform سکوی زمان واقعی اجرا شده است. سطح سوم، سطح سخت افزار وسعنی را فراخوانی می کند و سخت افزار سیستم واقعی و کنترل کننده سیستم واقعی را شاکل می شود. این سطوح در راههای مختلف در فازهای مختلف از طراحی کنترل کننده می توانند با هم ترکیب شوند.
توجه کردن به تجسم سازی/ متحرک سازی و صرف کردن فعالیتها در 2 قسمت جدا به جای ساختن انتقال بین سطوح ساده مختلف از هم جدا شده، مهم است. از یک طرف تجسم سازی سیستم و از طرف دیگر بلوک مشابه کنترل کننده در این مقاله مورد توجه قرار گرفته است. سختی جداساری در سیستم و کنترل کننده به طور مساوی برای انتقال آسات بین سطوح ها مهم است.
قادر بودن برای ارزیابی کردن مفهوم و روش شناسی پیرامون یک اجرای نخستین باعث استفاده کردن از اجزای نشان داده شده در شکل 5 شده است. مجموعه ابزار متحرک سازی VRML برای simulink و موارد استفاده جاوا و سوکتهای DIS و TCP?IP برای ارتباط بین simulink و مدل vrml نامیده شده است. استفاده از simulink استفاده از کارگاه زمان واقعی برای ساختن ترجمه از شبیه سازی به کد زمان واقعی را قادر می سازد.
4-شبیه سازی لنگرگاه
اجرای شبیه سازی کردن از لنگرگاه الهام گرفته و از استاندارد DIS بسیار بزرگ بود و تقریبا همه روی آن به طور کامل توافق داشتند. تأثیر متقابل کننده مرکزی در جاوا توسعه داده شده و فعالیتها به عنوان مدیر شبیه سازی و اجازه دادن به استفاده کننده برای کنترل جریان شبیه سازی به وسیله استفاده از دکمه های شروع و ایست و مکث. به علاوه، به استفاده کننده برای کنترل موجودیتها اجازه داده شده بود.