多领域仿真建模求解器的交互性研究与实现

摘要

随着仿真技术、多媒体技术和虚拟现实技术的飞速发展,虚拟实验在多种学科,不同领域的作用越来越显著。然而目前单学科的虚拟实验系统开发没有统一标准,实现方法也不尽相同,存在扩展性差的问题。多领域统一建模语言 Modelica为该问题提供了解决办法。遗憾的是基于 Modelica的仿真软件,主要是面向单用户的科学计算,实时交互性弱,不支持多用户,无法满足虚拟实验教学平台的需求。
　　提出了基于 Modelica的面向虚拟实验教学的多领域交互式仿真机制,它实现了多领域统一建模环境下的多用户实时交互仿真。交互式仿真机制根据虚拟实验教学平台的特点,将 Modelica的仿真任务进行划分,并以OpenModelica为基础实现了不同交互式仿真任务的仿真求解器运行时环境。同时为了对外提供统一的交互式求解计算服务和弥补 OpenModelica在计算机仿真建模的薄弱性,交互式仿真机制下的求解器接口驱动提供了统一的求解器调用接口和交互式仿真协议。此外,交互式仿真机制的数据传输层提供了一种基于异步通信机制的Twisted服务框架来完成多任务并发和仿真数据的传输。而且基于 TCP协议的数据传输层通过实时交互仿真的时钟控制和逻辑包的序列化等方法保证了仿真数据的实时可靠传输。最后,交互式仿真机制的服务层为管理员提供了各个任务的任务号、任务分配位置、仿真计算状况、仿真过程的统计等信息,保证了虚拟实验教学平台的稳定运行。
　　系统测试表明,面向多领域的交互式仿真机制实现了面向多领域多用户的交互式仿真,并且在不同负载的情况下,整个系统的响应时间变化稳定,保证了整个系统的服务质量。

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1 绪论

1.1 问题提出

1.2 国内外研究现状

1.3 课题背景

1.4 本文的内容与组织

2 面向多领域的交互式仿真机制的设计

2.1 虚拟实验教学平台总体框架

2.2 面向多领域的交互式仿真机制的体系结构

2.3 交互式仿真的过程控制

2.4 交互式仿真建模求解器的协议设计

2.5 小结

3 面向多领域的交互式仿真机制的实现

3.1 交互式仿真机制下仿真求解器的运行时环境

3.2 交互式仿真机制下求解器的接口驱动

3.3 交互式仿真机制的数据传输层

3.4 交互式仿真机制的运用服务层

3.5 小结

4 面向多领域的交互式仿真机制的功能测试和性能评估

4.1 测试环境和参数

4.2 面向多领域的交互式仿真机制的功能测试

4.3 面向多领域的交互式仿真机制的性能测试

4.3 小结

5 总结及展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间参加的主要科研项目

附录2 攻读学位期间发表会议/学术论文

附录3 攻读学位期间申请专利