استفاده از DIS براي مربوط كردن شبيه سازي و متحرك سازي در simulink و VRML

خلاصه:
اين مقاله تكنيكهاي تواناسازي كنترل سيستمهاي طراح براي سادگي و يكپارچگي تجسم كامل در بررسيهاي شبيه سازي را شرح مي دهد. مدل تصوري (تجسمي) (مجموعه ابزارهاي متحرك سازيVRML) در اجراي نخستين تأثير متقابل با simulink دارد، اما هدفهاي طرح در ساختن مفهوم شبيه ساري platform مستقل مي باشد. مدل تصوري به وسيله انجام دادن اجراي اوليه اي از شبيه سازي باراندازي يك وسيله زير آبي خودگردان براي يك ايستگاه باراندازي ارزيابي شده است.
اين مقاله همچنين شبيه سازي اساسي معماري تمركز يافته را كه براي استاندارد توزيع شده IEEE,DIS مورد استفاده قرار مي گيرد را شرح مي دهد.
كلمات كليدي: تجسم سازي، شبيه سازي، قالب سازي

۱-معرفي
تجسم سازي از داده علمي يك زمينه تحقيق فعال براي سالها بوده است و پيشرفت زيادي در اين زمينه، براي نمونه تجسم سازي از مجموعه داده هاي بزرگ و تجسم سازي سيستم مكانيكي ساخته شده است. تجسم سازي ۳D از داده علمي در فهميدن اندازه گيريهاي پيچيده بسيار مفيد است. در زمينه كنترل مهندسي تجسم ساري از ننتايج شبيه سازي طرحهاي زماني مهمي بوده است. تجسم سازي ۳D كمترين اهميت را در اين زمينه داشته است اما مدلهاي تجسم سازي يك زمينه مفيد با پتانسيل جديد كه با تكنيكهايي از مهندسي عمران و مكانيك بهتر از معماري بر پا شده است را باز كرده است.
زمينه متحرك سازي هنوز پيشرفته تر از تجسم سازي در داده هاي ثابت نبوده است، اما سيستمهاي CAD و با معرفي استانداردها، كامپيوترهاي بسيار قوي و وسايل موجود رايج براي ساختن دنياهاي مجازي چند كاربري براي بازيها، مشابه سازيها براي كشتي‌ها، هواپيماها، ميدانهاي جنگ و غيره و كارخانه هاي صنعتي مجازي شده است. پيشرفت قابل توجه اي نسبتا به وسيله قدرت بالايي از محاسبات كامپيوتري در اين زمينه انجام شده است.

كار بسياري در زمينه تجسم سازي و متحرك سازي در رابطه با كاربرد مهندسي كنترل و بار هر دوي متحرك سازي ۲D و متحرك سازي ۳D بسيار پيشرفته انجام شده است. به هر حال تلاشهاي بسياري در ساختن مدل و در يكپارچگي غير استاندارد در محيط شبيه سازي سرمايه گذاري شده است. يك نيروي بالقوه بزرگ براي استفاده از متحرك سازي ها براي فهم بهتر اجراي يك سيستم مخصوصا براي مهندسان غير كنترلي جايي

كه يك تجسم سازي ساده با طرح زماني بسيار سنتي تركيب شده است.
اغلب يك عقيده فوري زيادتر را نيدهد ، موجود است. هدف ساختن يك ادراك راحت براي استفاده كردن از قدرت و مفهوم مختلط و مجموعه ابزار براي درست كردن متحرك سازي ۳D در يك راه استاندارد سنجيده شده و محيط شبيه سازي شناخته شده، اما با يك تلاش براي به وجود آوردن مدا شبيه سازي بوده است. ساختن مدل متحرك سازي به عنوان يك قسمت استاندارد از مدلهاي شبيه سازي، ممكن است قابليت فهميدن نتايج آنها را تشديد كند. آساني استفاده و يكپارچگي در محيطهاي شبيه سازي شناخته شده همچنين اهميت بسياري داشته است.
استفاده از ابزارهاي استاندارد و پپروتكل ها مانند DIS (brutzman1999)، جاوا و (carey and bell

, ۱۹۹۷) به ساختن تصور كلي و مجموعه ابزارها بيشتر س

خت افزار platform مستقل تا موقعي كه هنوز ابزارهاي موجود استفاده مي شدند، كمك مي كند.
در بخش ۲ اساس پروتكل DIS(شبيه سازي متقابل توزيع شده) با تمركز ويژه روي زمينه تجسم سازي و متحرك سازي شرح داده مي شود.
اين روشها روي بخش ۳ بيان كردن يك توصيف تفصيلي مفهومي و روش شناسي و اجراي اوليه اي از مجموعه ابزارها بنا شده است.
بخش ۴ كاربرد مجموعه ابزارها براي شبيه سازي كردن باراندازي يك AUV (وسيله زير آبي خود گردان) را شرح مي دهد و بخش ۵ نتايج را بيان مي كند).

۲-شبيه سازي متقابل توزيع شده(DIS)
در طي سالهاي ۹۰ ، كار شبيه سازي فيلمنامه هاي پيچيده مورد توجه بسيار قرار گرفت. مخصوصا بخش وزارت دفاع آمريكا يك بازيگر مهم در اين زمينه بوده است، شروع شدن يك موضوع جالب براي اجراي درجه بالاي شبيه سازي هاي صحنه جنگ، شامل تعداد زيادي از موجوديتهاي توزيع شده روي اينترنت بوده است. اين كار در نيمه سالهاي ۸۰ در سيستم SIMNET هدايت مي شد. كه در ده سال گذشته به وسيله DIS استاندارد پيشرفته جايگزين شد، به brutzman 1999 مراجعه كنيد. اين استاندارد چگونگي يك شبيه سازي توزيع شده و پياده كردن آن روي يك شبكه از كامپيوترها، معين كردن پروتكل ها براي ارتباط و استاندارها براي مشاهده و رفتار موجوديتهاي شبيه سازي شده را شرح مي دهد. با اينكه DIS به عنوان يك نظام استاندارد شروع شده است، خصوصيات مطلوب آن سريعا توسعه دهنده هاي نرم افزار را براي صنعت بازي كامپيوتري بيشتر از تحقيقات دانشگاهي در رباتهاي متحرك جذب كرده است. بسياري از خصوصيات كليذي DIS كه به محبوبيتشان كمك كرده
است در زير شرح داده شده است.

 

A،توزيع
كامپيوتر مركزي درستي آزمايش شبيه سازي را كنترل نمي كند.
در عوض DIS از يك راه شبيه سازي توزيع شده كه در آن مسئوليت براي شبيه سازي كردن كيفيت هر موجوديت باقيمانده با كاربردهاي شبيه سازي جداگانه و مقيم شدن در كامپيوترهاي host به وسيله يك شبكه مرتبط شده استفاده مي كند. هنگامي ك

ه كامپيوترهاي host جديد به شبكه اضافه شدند، هر كامپيوتر منابع مربوط به خودش را نيز مي آورد. يك شبيه سازي مي تواند همچنين بدون معرفي كردن مشكلات و تنگناهايي كه كامپيوتر مركزي به ناچار باعث مي شود را تمديد و ادامه دار كند. بنابراين A مدير شبيه سازي ناميده مي شود كه بيشتر كنترل مركزي سبيه سازي را فراهم مي كند. مدير شبيه سازي توابع هايي ازجمله:
start,pause,restart,maintenance,shutdown,collection, distribution
انواع معين داده را به كار مي برد.
B اثر متقابل:
كاربردهاي شبيه سازي خود گردان بر نگهداري كيفيت يك يا بيشتر موجوديتهاي شبيه
سازي مسئوليت دارند. اگر يك استفاده كننده مشابه تجهيزات حقيقي و شبيه سازي شده بسياري را اداره كند، اين فعاليت مدل سازي كردن نتايج فعاليتهاي موجوديت استفاده شده در يك مدل شبيه سازي را بر عهده دارد. اين كاربرد فرستادن پيغام ها براي ديگران براي آگاه كردن انها از همه فعاليتهاي قابل مشاهده را عهده دار است. بعلاوه، اين تفسير كردن و پاسخ دادن به پيغام هاي مورد توجه براي كاربردهاي مشابه ديگر و نگهداري يك مدل از كيفيت موجوديتهاي حاضر شده در آزمايش شبيه سازي را بر عهده دارد.
مفهوم، كاربردهاي مشابه كنترل كردن زير مجموعه هاي مشابه مشخص شدهه است و تمرين مشابه كاملا مطابق اندازه را باعث مي شود. جايگزين كردن نوع وسعتي و شبيه سازي سخت افزار آسان است و كمي يا اصلا فشار بر روي قسنتهاي باقي مانده از شبيه سازي دارد. همچنين، اضافه كردن يا جايگزين كردن استفاده كننده تأثير متقابل روي موجوديتهايي بخصوص كه كاملا بي ضرر مي باشد دارد.

C پروتكل ارتباط
يك پروتكل استاندارد براي ارتباط داشتن داده كيفيت موجوديت استفاده مي شود. هر عمل شبيه سازي با وضع موجوديت آن (جا، جهت، سرعت و جاي قسمتهاي جدا شده و غيره) براي ديگر شبيه سازي ها در آن شبكه ارتباط برقرار مي كند. دريافت عمل شبيه سازي، قسمتهاي وابسته از داده هاي آنها را به استفاده كننده به همان اندازه خواسته شده به وسيله شبيه سازي منحصر به فرد نشان مي دهد.
پروتكل عوض كردن داده بين دسته هاي شناخته به عنوان واحدهاي داده پروتكل (PDUS) را تعريف مي كند. در كل PDUS37، شرح دادن اطلاعات موجوديت، مديريت شبيه سازي لشكركشيها، ارتباط راديويي و مقامات مشخص نظامي مانند سلاح ضربتي و اسكناس مغناطيسي به طور استاندارد معرفي شده است. تعاريف اين PDUS و انواع داده استفاده شده در اين، مي تواند به صورت on-line جستجو شود.(DIS)

Dمحاسبه منسوخ(مرده)
الگوريتمهاي محاسبه منسوخ براي كم كردن مراحل ارتباط استفاده مي شود. يك روش براي برآورد وضعيت/ جهت يابي، محاسبه منسوخ ناميده مي شود. براي محدود كردن سرعت در عمل شبيه سازي در پي آمد به روز در آوردنها براي يك موجوديت استفاده مي شود.
مدل محاسبه منسوخ ديد آن موجوديت به وسيله شبيه سازيهاي ديگر در شبكه را نشان
مي دهد و يك برون يابي از وضعيت آنها و جهت يابي استفاده كردن يك الگوريتم محاسبه منسوخ شده است. بر يك مبناي معين، عمل شبيه سازي، مدل محاسبه منسوخ را با استفاده از اطلاعات از مدل دروني به روز درآورده خواهد كرد. در زمان يكسان، اطلاعات فرستاده شده به ديگر عملهايي شبيه سازي در شبكه همچنين كه آنها مي توانند مدل محاسبه منسوخ موجوديتشان را به روز درآورند، به روز دراورده مي شود. با استفاده از محاسبه منسوخ، شبيه سازيها به گزارش وضعيتهاي موجوديتهايشان بكرات نياز ندارند.

۳-روش شناسي و جعبه محتواي وسايل فني
روش شناسي پيشنهاد شده دو فاز جدا را شامل مي شود: فاز پيشرفت مدل و فاز زمان اجراي متحرك سازي مدل. در اولين فاز از دو فاز، مدل شبيه سازي ساخته مي شود و آزمايش مي شود. اجراي شكل اوليه اين مدل بايد در simulink انجام شود و اما به طور اساسي تصورات بايد با هر مدل سازي/سيستم شبيه سازي كار كند. دورتر از اين، مدل متحرك سازي شاخته شده و آزمايش شده مي توانست همچنين در محيط هاي مختلف كار كند و در اين مورد سيستم casmo worlds از توليدات يك VRML2.0 توصيف سيستم و مرحله استفاده

 

 

مي كند.
مشخصات رتباط بين متغيرهاي مشابه و قسمتهاي حركت در دنياي VRML در حال حاضر با استفاده از DIS انجام مي شود.
فاز دوم حال به وسيله شروع شدن شبيه سازي و تعيين كردن پارامترهاي ديدن براي جستجوگر VRML مي تواند وارد شود. توجه منيد كه داده براي متحرك سازي/ تجسم سازي مي تواند به هر دو صورت متشابه يا عمل جهان واقعي به وجود آيد.
فاز سوم مي توانست براي جدا كردن شبيه سازي و تجسم سازي تعريف شده باشد و اين كار مفيد خواهد بود وقتي با توجه به مدلهاي پيچيده و بزرگ جايي شبيه سازي به طور قابل توجهي كند تر از زمان واقعي اجرا شود. در اين موارد شبيه سازي به صورت برون خطي، (offline) اجرا مي شود و متحرك سازي به صورت جداگانه اجرا مي شود. اين تأثير متقابل استفاده كننده با شبيه سازي به واسطه جستجوگرمتحرك سازي به سختي اگر غير ممكن نباشد را باعث خواهد شد. اين نوع از تأثير متقابل استفاده كننده فقط با پارامترهاي متحرك سازي مانند روشنايي و وضعيت دوربين نمي باشد ولي همچنين با سيستم شبيه سازي شده يكي از خصوصيات مطلوب از مفهوم كلي مي باشد. هر چند وقتي شبيه سازي طولاني يا داده زياد براي مثال ملاحظه شود. حركت كردن در دريا با يك وسيله زير آبي خودگردان مي تواند از دشاتن انواع بسياري از دكمه هاي سريع رو به جلو يا معكوس كه قادرند توجهشان را روي قسمتهاي جالب متحرك سازي تمركز كنند مفيدتر

باشد.
شكل ۱، فازهاي متفاوت و رابطه هايشان را نشان مي دهد.
چنانكه نشان داده شده آن مدل حتي مي توانست درست كردن، طراحي كردن فاز، دو مجوز ديگر به استفاده كننده براي اشافه كردن قسمتهايي به آن يا اصلاح كردن سيستم روي خط شبيه سازي شده طراحي و رسيدگي شود. اين مدل از مفاد اين مقاله خارج است.
يك ماشين خودكار يا استفاده كننده تنظيم پذير متغير در جزئيات در شبيه ساري و متحرك سازي مي تواند حركت كردن تمام مجموعه هاي بزرگ از داده يا شبيه سازي كردن يك دوره طولاني زمان سريعتر از زمان واقعي مفيد باشد. هر دو زمان تجزيه/ تحليل، پيچيدگي مدل شبيه سازي شده در شبيه سازي همچنين نتيجه ويژه در متحرك سازي پارامترهايي براي توجه كردن وقتي اين نوع از سيستم طراحي مي شود هستند.
اين موضوع از يكپارچگي با سخت افزار در حلقه شبيه سازي و اجراي سيستم واقعي نام برده شده، مهم است. يك ديد اين وضعيت در شكل ۲ نشان داده شده است.
۳-تشخيص داده شده است: يك سطح سازي برون خطي سيستم براي نمونه simulink شبيه سازي شده و الگوريتم كنترل و ابزار استفاده شده tcl/c/matlab يا هر زبان مناسب ديگري كه بوده است. در سطح دوم، سطح زبان واقعي سيستم فراخواني شده به يك HLL (سخت افزار در حلقه) منتقل شده است. Platform جايي كه كد به وسيله RTW (زمان واقعي كارگاه) توليد ش

ده است و كنترل كننده نمونه اصلي را ساخته است و روي يك platform سكوي زمان واقعي اجرا شده است. سطح سوم، سطح سخت افزار وسعني را فراخواني مي كند و سخت افزار سيستم واقعي و كنترل كننده سيستم واقعي را شاكل مي شود. اين سطوح در راههاي مختلف در فازهاي مختلف از طراحي كنترل كننده مي توانند با هم تركيب شوند.
توجه كردن به تجسم سازي/ متحرك سازي و صرف كردن فعاليتها در ۲ قسمت جدا به ج

اي ساختن انتقال بين سطوح ساده مختلف از هم جدا شده، مهم است. از يك طرف تجسم سازي سيستم و از طرف ديگر بلوك مشابه كنترل كننده در اين مقاله مورد توجه قرار گرفته است. سختي جداساري در سيستم و كنترل كننده به طور مساوي براي انتقال آسات بين سطوح ها مهم است.
قادر بودن براي ارزيابي كردن مفهوم و روش شناسي پيرامون يك اجراي نخستين باعث استفاده كردن از اجزاي نشان داده شده در شكل ۵ شده است. مجموعه ابزار متحرك سازي VRML براي simulink و موارد استفاده جاوا و سوكتهاي DIS و TCP?IP براي ارتباط بين simulink و مدل vrml ناميده شده است. استفاده از simulink استفاده از كارگاه زمان واقعي براي ساختن ترجمه از شبيه سازي به كد زمان واقعي را قادر مي سازد.

۴-شبيه سازي لنگرگاه
اجراي شبيه سازي كردن از لنگرگاه الهام گرفته و از استاندارد DIS بسيار بزرگ بود و تقريبا همه روي آن به طور كامل توافق داشتند. تأثير متقابل كننده مركزي در جاوا توسعه داده شده و فعاليتها به عنوان مدير شبيه سازي و اجازه دادن به استفاده كننده براي كنترل جريان شبيه سازي به وسيله استفاده از دكمه هاي شروع و ايست و مكث. به علاوه، به استفاده كننده براي كنترل موجوديتها اجازه داده شده بود.
شكل ۱: فازها در استفاده از تجسم سازي/ شبيه سازي
كالبد
مدل سازي
شبيه سازي
تجسم سازي
درون خطي يا برون خطي
تأثي متقابل/تجسم سازي
مدل سازي

 

شبيه سازي
تجسم سازي
شكل ۲: سخت افزار در حلقه شبيه سازي
Simulink
Matlab-c-tcl