可视化技术研究范文

可视化技术研究篇1

1网络安全可视化的重要性

网络安全这一概念的形成在国内的历史并不长，是最近几年人们才开始逐渐意识到的问题。这是因为国内的计算机网络技术的发展起步较晚，虽然发展迅速，但是人们主要将重点集中在网络技术的研发上，而网络安全方面则常常处于被忽略的地位。但是随着网络安全案件的频繁发生，使得人们使用网络的安全性受到严重影响，而且网上办公的逐渐普及，一旦网络安全得不到保障，就会使得国民经济严重受损。正因如此，国内开始逐渐加强对网络安全防护技术的重视。以往的网络安全技术由于其日志信息的可视化因为自身性质而存在一定的局限，并且时效性太差，日志信息上传的过程需要耗费的时间太长，不能满足当前以高效率、快速度为特征的网络要求。并且，还存在一些较为实际的问题，在检测的过程中，日志信息可能会出现变化，这样一来检测结果的精确度就会大大降低。此外，数据分析人员在研究日志数据时，也存在一些问题。例如，管理部门传输的警报信号过多，导致管理人员的工作量极大，若是使用旧式的网络安全技术就会不能及时全面的解决和处理警报问题，导致网络安全得不到保障。因为以前的网络安全技术存在上述种种缺陷，所以为了提升网络的安全性，一些技术人员研究发现了一种以数据流为基础的网络可视化的安全防护方法，这一技术能够实现对网络流量的24小时监控，从而使网络数据的安全变得可视化。网络安全数据可视化技术的原理在于将可视化技术连同网络安全态势二者进行合理融合，从而能够更加高效的提升网络外部环境的可靠性以及安全性。

2网络安全数据可视化技术

网络安全可视化是一类新式的计算机可视化技术，主要是使用人类视觉对结构以及模型的信息提取功能，把较为抽象难懂的网络信息数据使用图像的方式进行表现，为网络信息分析人员提供帮助，使得分析人员能够更加便捷的判断网络中是否存在异常状况，在有危险因素入侵网络时能够及时发现并处理，同时还具有一定的网络安全事故预测能力。其关键应用范围如下：

2.1科学计算可视化

这一应用最初是由美国的一位专家所提出，当前在计算机的图形领域得到了很好的应用。科学计算可视化的理论基础为将规模较大的数据转变成为能够被人更加容易理解、更加具有直观性的图形或者图像，这一信息表现方式可以使人们能够更加直接的理解一些较为复杂的现象。并且，还具有计算以及模拟的视觉交互功能，操作起来简单便捷，并有着高效的网络安全防护能力。在计算机技术的持续发展背景下，这一技术具有广阔的应用前景，将来计算机图形学一定能够得到更好的发展，而科学计算可视化技术也将得到更好的完善。

2.2信息可视化

信息可视化与人们平日的生产生活活动具有重要的联系，对于网络安全数据可视化而言具有十分重要的地位。计算机科学技术的发展，促进了信息可视化技术的提升，同时也是当前计算机技术领域内的重点研究对象。计算机可视化即指使用计算机技术将内容结构十分复杂难懂的信息进行简化，使其能够用一种更加直观的方式表现处理，信息可视化技术是由多种学科知识的综合所得。由于当前网络信息呈现爆发式增长的状态，造成信息的数量愈来愈庞大，复杂的、多余的信息使得人们甄选出的想要信息的效率越来越低，造成严重的信息危机。但是信息可视化的使用能够有效的处理上述问题，因为其具有能够将复杂的信息转变成直观、易懂的信息，从而降低了人们获取信息的难度，给人们的信息处理和查找带来了便利。

2.3数据挖掘和可视化

数据挖掘可视化即在海量的数据中搜寻获得时效性好、潜能强且有效的信息。使用数据挖掘技术来获取信息主要依照下述步骤：数据管理、数据存储、数据分析、数据转换、数据挖掘、价值评价、数据显示。其在搜寻数据的同时能够与知识库以及使用者之间进行互动，从而使其获得数据更加具有正对性。数据可视化技术能够使用分析和观察数据表格的方式来获取想要的信息，能够更加全面的分析数据的内在含义，从而据此准确发现网络中存在的异常状况。数据可视化的使用能够使使用者更加直接的了解数据信息，同时分析数据的功能也比较强大，从而使用户获得更好的使用体验。

2.4安全数据可视化

网络安全数据的可视化的原理与信息可视化类似，都是通过将海量、复杂的信息使用简单、易懂的图像形式表达出来，再安排专门的技术分析人员使用评价、分析、交互的方式对这些数据进行处理，从中获取数据中含有的网络安全信息，以此达成网络安全数据的可视化处理，使得网络安全得到保障。

3网络安全可视化的措施

使用网络安全数据可视化技术能够使得网络安全程度得到提升，从而减少网络信息泄漏、网络攻击等事件的发生。当前，国内的网络安全形式并不乐观，时常出现网络病毒扩散、端口扫描、服务器被攻击等安全事故，这时网络数据流量会显示异常。所以，可以对网络流量进行实时监控，这样能够更好的防范网络安全，实现网络安全的最大化。用户在使用网络时可能会遇到网络黑客，黑客若是发动网络袭击，就会使得用户的私人信息被窃取。而对于企业公司而言，网络上存有公司的许多机密文件和信息，一旦被窃取或者因网络袭击而丢失都会给自身带来严重的经济损失。由此可见，黑客的存在使得网络的安全性降低，恶化了网络环境，对于网络的安全使用带来了严重的威胁。因此，网络技术安全防护人员需要寻找解决方法，阻止黑客的恶意行为，从而使得用户的网络安全得到保护，避免人们的隐私权受到侵害。技术人员通常会使用入侵系统对网络环境进行分析和探究，判断其中是否存在病毒或者漏洞，然后将获得的信息传递至分析人员，分析人员依照这些信息数据对网络系统进行病毒库升级和漏洞修复，从而使得网络安全得到提升，使网络安全数据可视化进一步加强。

4结束语

社会信息化发展已是大势所趋，网络安全防护日益重要。只有在保证网络安全的情况下，信息化社会才能更好更稳健更长远的发展。因此我们应加大对网络安全防护的重视，在日常生活中加强网络安全防护意识，积极采取防范措施，减少漏洞的产生，更加良好的了解和应用网络安全数据可视化，并对这一技术进行不断的优化和改进，从而避免潜在危险影响到人们的网络安全，使人们的权益得到更加全面的保护。

参考文献

[1]赵颖,樊晓平,周芳芳等.网络安全数据可视化综述[J].计算机辅助设计与图形学学报,2014(05):687-697.

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[4]陶广.网络安全数据可视化研究综述[J].信息与电脑(理论版),2015(08):75-76.

可视化技术研究篇2

关键词：装配 可视化 三维模型

中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0102-02

传统的发动机装配工艺设计可以分为发动机装配工艺规划、装配工装的设计和装配工艺规程编制，主要依赖工艺人员的技术水平、经验以及对发动机二维图纸等资料的理解来完成。二维工程图纸的不直观性，给复杂结构的发动机装配工艺设计带来了很大难度。随着三维设计软件的引入，各型号发动机三维模型和型号装配所需的工装模型均已基本齐全，发展可视化装配技术的时机已经成熟，可以应用可视化装配技术解决传统发动机装配工艺设计中存在的问题。

1 传统装配工艺设计中存在的问题

传统装配工艺设计是指在二维图纸基础上的发动机装配工艺设计方式。其特点在于通过二维图纸传递发动机结构和装配关系信息；实物装配检验作为唯一的装配性检验手段；复杂装配过程设计一次成功率不高。总结传统装配工艺设计中存在的问题如下。

1.1 工艺规划周期长，优化程度低

传统的工艺规划为二维规划，工艺人员需要查阅大量图纸和文件，消化吸收，这需要一个长期过程，因此在工艺规化阶段很难形成多套工艺方案加以比较寻优。此外由于二维图纸不够直观，工艺人员在规划时很难统筹思考各方面、各层次的工艺问题，很难对最终规划进行全局优化。

1.2 工装设计一次性成功率低

二维设计环境不具备三维检测能力，对工装中一些干涉或不合理处缺少有效的检测手段是导致工装设计一次性成功率的根本原因。工装是发动机装配的重要保证，工装设计一次性成功率低直接增加了装配成本，影响了发动机装配进度。

1.3 装配工艺规程可理解性差

传统装配工艺规程以二维图纸和说明文件为主要内容，这种方式需要经过一定装配技术培训的操作者才能顺利理解。工艺规程可理解性差，主要原因有：（1）二维工程图表达装配信息，直观性差，不得不借助大量文字表达装配信息，导致了规程生涩难懂。（2）装配操作者整体技能及专业知识储备不足，难以直接从二维图中获取装配所需信息。装配工艺规程是指导发动机装配的重要文件，其可理解性直接影响着发动机装配质量与效率。

1.4 缺乏有效的培训手段

目前的培训手段主要是工艺人员依据二维图纸、装配工艺规程反复讲解。这种培训方式周期长，见效低。发动机结构复杂，装配操作者需要一定的经验和技能，熟练掌握经验和技能是个长期过程。缺少生动直观动态示教手段缩短这个过程，直接导致了人工成本的上升。

2 基于可视化技术的装配工艺设计

装配工艺可视化设计是在产品三维实体模型的基础上，利用计算机技术，信息技术和人工智能技术，来规划装配工艺与仿真实际装配过程。其通过建立一个虚拟的装配环境，可视化地分析各种可行装配方案，最终得到一个合理、经济、符合人机工程的装配方案，达到优化工艺设计、避免或减少实物制造、缩短研制周期、降低成本、提高装配操作人员培训速度、提高装配质量和效率的目的。它克服了传统发动机装配工艺设计中主要依赖于人的装配经验和知识以及设计难度大、效率低、优化程度低等问题。

针对目前发动机装配工艺中存在的问题可以利用三维规划技术、干涉分析技术、三维图解技术、仿真动画技术等可视化装配关键技术予以解决。

3 可视化装配关键技术的应用

3.1 三维规划技术

三维规划技术利用发动机三维数模与设计BOM在计算机中直接进行发动机装配工艺规划，制定零部件模型装配顺序及装配路径，并通过仿真，验证装配序列及装配路径规划的可行性与合理性。

目前主要采取“可拆即可装”的装配序列规划方法，通过拆卸装配体模型来确定产品的拆卸顺序，以拆卸顺序的逆序为产品的装配顺序。

中央传动齿轮箱装配序列规划时，将中央传动齿轮箱总成模型，依次拆分成图1所示的八个零组件（2～9），其中组件6（主动齿轮组件）依次拆分为四个零件（10～13），组件8（从动齿轮组件）拆分为九个零组件（14～22），逆序后求得各零组件装配序列。依照拆卸结果，将整个装配划分为从动齿轮组件装配（装配顺序如蓝色线路显示）、主动齿轮组件装配（装配顺序如绿色线路显示）、中央传动最终装配（装配顺序如红色线路显示）三大工序，二十一个工步。（如图1）

通过三维规划技术，可大大提高装配规划的效率，并且能够快速得出多种方案，逐一对比实现装配规划的优化设计。

3.2 干涉分析技术

干涉碰撞分析是判定工装设计是否合理的重要手段。现实表明装配工装设计失败，大都因为存在干涉，干涉直接影响着工装设计的合理性，工装设计定型前必须消除。

干涉可分为静态干涉和动态干涉两类。静态干涉主要由于设计失误，零件几何形状及尺寸存在缺陷，导致装配体内部零件与零件之间存在干涉。动态干涉是指机件运动过程与装配体其余部件发生的碰撞。

干涉分析技术可直接用于判断工装设计是否合理。工装模型与发动机模型组装后，通过间隙检查可以直观检测工装与发动机模型间是否存在静态干涉；通过工装功能的动态仿真，利用交互式冲突碰撞检查可以直观检测工装使用过程中是否与发动机模型发生动态干涉。

图2为高涡转子叶片外撑工装的间隙检查结果，干涉处以带颜色线条显示。分析表明由于压块设计不合理，压块与转子叶片存在相交干涉，需对压块进行切角处理。（如图2）

干涉碰撞分析可以帮助工艺人员在设计阶段就能发现工装设计中存在的缺陷或错误，这对于提高工装设计一次性成功率有着极大的意义，节约了工装设计成本的同时保证了型号装配周期。

3.3 三维图解技术

三维图解是利用可视化装配仿真软件输出的具有立体感的高清图片。采用三维图解技术，可以形象表达发动机结构信息及装配工装使用方法。

三维图解中，轴向爆炸图可以大致说明装配体各大小零件先后装配次序；三维立体剖切图用于表达装配体内部结构及大小零件相对位置关系，三维标注可以精确表达各零件相互安装位置及外形大小；局部放大可以表达装配体细节特征，透视或透明化处理可以看清装配体内部结构。这些手段的综合运用可以直观描述发动机装配信息。

装配工艺规程中采用三维图解（如图3所示），替换原来的二维图解将大幅度提高工艺规程的可理解性，避免了因理解偏差导致错装、漏装现象的发生。

3.4 仿真动画技术

三维仿真动画可以直观演示发动机装配真实过程。

发动机机件繁多，其装配动作基本都是平动、旋转、变形三种动作及其复合。时序上，装配序列、装配动作配合视角的调整（方便观察）、必要的渲染及装配要点提示，形成相应的装配动画演示发动机机件装配过程，指导现场装配。

4 结论

综上所述，可视化装配四种关键技术可以解决目前发动机装配工艺中存在的问题：（1）通过三维模型进行装配规划，减少了大量图纸查阅时间，规划结果可以通过模型直观验证，大幅度地提高了装配工艺设计效率与质量。（2）二维设计环境中难以发现的结构干涉可以通过三维模型直观显示出来，提高了工装设计的一次性成功率。（3）发动机复杂的装配信息可以通过三维图解直观传递，大幅度提高了工艺规程的可理解性。（4）采用三维动画对装配操作者进行培训，直观、形象、高效，节约了大量培训成本。

参考文献

[1] 夏平均，姚英学，李建广.三维数字化装配工艺系统研究[J].哈尔滨工业大学学报，2004，37（1）：36-39.

可视化技术研究篇3

关键词：柴油机装配；可视化技术；实现；

中图分类号：TB4 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-01-00-01

引言

柴油机装配是产品生命周期当中的重要环节，这和其产品的性能以及质量等相关的因素有着紧密的联系。当前的柴油机装配工艺通常还是在二维图纸的支持下进行，在可视化方面的效果不是很好。所以三维可视化技术的应用就对实际的装配效果有着很大的改观，这也将会是今后在这一领域的重要发展趋势。

一、可视化装配技术内涵及功能分析

（一）可视化装配技术内涵分析

可视化装配技术是虚拟现实技术在装配领域的应用，针对可视化装配技术的主要概念至今没有统一标准，对其进行的解释也多种多样。根据美国的相关学者对可视化装配技术的定义是不需要产品以及支撑过程的物理实现，在可视化以及分析和先验模型等手段作用下，然后通过计算机工具进行安排及辅助，从而对和装配的过程决策就是可视化装配技术[1]。可视化装配技术在当前的柴油机装配领域发挥了重要的作用，在工作效率上有了大幅度提升。

（二）可视化装配技术功能分析

可视化装配技术是新型的技术，在新技术的支持下所以也有着诸多的先进功能，这一技术能够进行实物产品的数字化再现，也就是生成产品数字模型，这其中就包含着诸多内容，有产品结构明细表以及功能模型等。另外还有冲突检测功能，这一功能主要是组成产品及各个级别的装配体零件实行集合上的干涉检查；再者就是生成装配序列及路径功能，这主要体现在产品建模及排除冲突当中，所生成优化装配序列及路径，对实际当中的装配时间有了大幅度减少，从而提高了装配的效率。通过对可视化装配技术的实际功能应用，能够将柴油机装配的零件设计进行虚拟化的呈现以及设计，同时也能够进行相应的装配检验并适当的修改，对装配的效率及准确性有了很大程度的提高，并对开发设计成本得到了有效降低[2]。

二、柴油机装配工艺可视化关键技术及实现

（一）柴油机装配工艺可视化关键技术分析

将柴油机装配体的层次进行规划好之后，就需要进行研究怎样应用Pro/E进可视化装配模型的构建，这就需要按照相应的操作流程进行实施。首要要能够提取模块并定义成装配组件，然后装配约束定义，再进行初步生成装配模型，接着对装配模型加以分析，最后装配模型。在装配工艺规划技术层面主要有装配单元划分以及确定装配基准和定位方法，选择保证准确度及互换性、装配协调工艺方法等。在实际的工序过程中主要是装配前准备工作以及零、组件的定位等。在基于知识的求解装配顺序方法上比较多，例如比较常见的专家系统和事例经验推理等，柴油机的装配工艺相对来说比较成熟，此次对其的研究主要是参照装配工艺卡片顺序进行有序装配，以及基于拆卸法的求解装配顺序方法结合进行实现装配过程动画[3]。采取Inventor表达视图模块能够很好实现基于拆卸法的拆卸过程动画效果。

另外还有CAD系统间数据转换技术，在这一技术上主要有几种不同类型的使用方法，也就是开发中间的数据格式转换以及利用国际图形数据交换标准转换，还有就是对CAD系统二次开发以及二者共享地层数据库。其中在Pro/E当中的装配完成产品部件只需存储时另存相应格式就能够在inventor当中被打开应用。只有在可视化实体及零件和部件数据被转换，其它的文本及线框等不能够进行转换处理。另外还有产品结构树和工艺结构树数据动态管理技术，其在产品设计阶段生成是企业进行CAPP辅助工艺规划，以及实现ERP管理生产计划的重要依据。在构造产品结构树当中，每个节点都对应一个产品及零部件，节点分为中间节点以及顶层节点和底层节点，每个继电都有其属性[4]。

（二）柴油机装配工艺可视化关键技术实现探究

柴油机装配工艺可视化关键技术的实现要通过设计才能进行有效的实施，首先在总体设计方面要对可视化系统目标要求和面向对象进行设计系统功能模块。系统功能确定为熟悉柴油机原理和构造并对柴油机装配工艺能够掌握，在这一过程中不仅要能够对知识系统得到兼顾，同时也要能够对交互性得到满足。

合成是多媒体产品制作的核心环节，其主要是将多媒体素材集成在一起，然后做成具有着交互性以及操作灵活和视听效果好的多媒体作品。首先是对柴油机装配而对界面设计，包括对话设计以及数据输入界面设计等，还要能够考虑多媒体作品结构及内容要求。

任何程序都要经过调试以及修改才能完成，故此调试就是设计的重要内容。然后将装配完成的部件和总装配模型转换到Autodesk Inventor当中，通过这一软件视图表达模型制作装配顺序动画，并将其生成*.avi格式的三维动画视频，Pro/Engineer和Inventor都配有国际标准STEP数据交换接口，故此这就能够无障碍实现三维模型转换。

再者就是通过其他的一些软件综合设计装配工艺可视化系统，使得系统能够具有良好交互性及对界面的操作简便化。在将柴油机装配工艺可视化装配完成后，通过检测之后进行打包处理[5]。这样在生成装配动画过程中，就能够进行以便加以演示柴油机动态装配过程，一边提示装配的工艺内容，可通过自身的选择需求济宁内容的研究，这样在交互性方面能够得到充分的体现。

三、结语

总而言之，针对柴油机装配可视化技术的实际应用实现还有诸多的优化空间，为能够对产品装配问题得到更好的解决，装配工艺的可视化将会是今后的重要研究方向。这一工艺是对产品的质量决定的重要环节，所以加强这一领域的理论研究能够对实际起到重要指导作用。

参考文献：

[1]郑轶，宁汝新，刘检华，杜龙.虚拟装配关键技术及其发展[J].系统仿真学报，2013，（03）.

[2]谢叻，肖波，吴巧教，李敏.虚拟装配技术及应用[J].模具技术，2014，（01）.

[3]宁汝新，郑轶.虚拟装配技术的研究进展及发展趋势分析[J].中国机械工程，2013，（15）.

[4]李宏.虚拟装配技术的研究现状与发展趋势[J].现代制造工程，2013，（12）.

可视化技术研究篇4

论文摘要：三维真实感是 科学 可视化、 计算 机动画和虚拟现实的技术核心，也是时空一体化地理信息系统的关键技术；而地形建模和可视化则是三维场景构造中的重要内容。简述三维地形实现过程和地形建模常规方法的基础之上，重点对 opengl支持下的两类三维地形建模和实现技术进行了详细地论述，并对两类建模技术和不同的实现方法进行了分析和对比研究；最后，根据其性能对比及其各自的特点，给出了不同方法的适用场合，从而为地形建模和实现方法的选择提供依据和指导。

1  引言

20世纪60年代以后，地形可视化的概念随着地理信息系统的出现而逐渐形成。随后以地形地貌为研究重点的地形三维可视化技术在地理信息系统(gis)、虚拟现实(vr)战场环境仿真、娱乐游戏、地形的穿越飞行({1yin hr0ugh)土地管理与利用、水文气象数据可视化等多个领域得到了广泛的应用，越来越受到人们的关注。坩形可视化…是一门以研究数字地形模型 (digital terrain m0de1)或数 字高程域(di gital elevati0n fie1d)的显示、简化、仿真等为内容的三维实体构造技术，是三维场景构造中的重要组成部分和研究重点。

本文在基于 opengl的i维地形实现技术基础之上，针对不同的三维地形模型方法以及三维叮视化等关键技术展开了分析，重点研究了基于 3dsmax和基于 0pengl的两类一维地形建模和实现技术，并依据多边形数目、每秒钟帧数、内存使用以及 cpu效率等指标对其进行 了性能 比较。最后，根据其性能对比的结果及其各 自的特点，给出了不同方法的适用场合，从而为实际工程应用中的地形建模和实现技术的选择提供依据和指导。

2 三维地形建模与实现方法

2．1 地形建模

当前，利用 0pengl技术构造三维实体的常规建模方法有如下两种 ：

1)在三维形体构造软件(如 3dsmax等)中完成形体的构造 ，通过相应的方法将 3dsmax建立的模型转换为 0pengl中的顶点数组，最后在 0pengl下进行显示；

2)0pengl编程实现三维地形建模 ，目前常用的方法是先根据特征点高程和地形的特征参数如平均高程、高程标准差等)构筑地形模型，再利用插值生成地形的细节 ，最后通过色彩和纹理处理形成完整的三维地形。

2．2 三维地形实现的基本方法

在实现过程中，首先得到 dem h 数据(影像数据)通过相应的数据处理，将原始数据转化为三维模型构造所需要的顶点数据；并利用变换后的数据进行模型构造，通过投影变换、视点变换等一系列的步骤，形成最初的三维地形；最后利用光照消隐以及纹理映射技术的后期加工和处理，真实感的三维地形最终成型。

基于 opengl技术的三维地形的基本实现过程如图 1所示 ，而本文将重点论述基本过程中的三维数字地形模型构造的方法。下面将介绍利用 0pengl技术构建三维地形的建模技术和实现方法。

3 基于 3dsmax的地形建模与实现

首先，利用经过处理后的 dem数据 ，在 3dsmax软件下建立数字地形 (3dsmax建模的具体方法和步骤见相关技术 文献 )。

通过 3dsmax 建成的数字地形如图2所示。当 3dsmax模型建立完成之后 ，就需要将此模型转换为 0pen- gl中的顶点数组。有三种方法可以实现上述的转换：

1)直接对3dsmax模型进行读取，将各个信息放入对应的数组中；  ’

2)利用工具软件如 deep exploration等，可 以将3dsmax模型转换为 c语言文件，并且在c语言文件中将模型信息存储在数组中 ；

3)利用已经封装好了的 3dsmax文件读取类进行模型转换。如使用比较广泛的 cijoad3ds类 j，它由专业的人员编写并封装好，通过包含它的头文件和执行文件，并调用相应的函数即可完成．3d模型的转换。

这三种方法各有优缺点。第一种方法优点是可以选择对自己有用的信息进行存储 ，将不关心的信息进行滤除，提高程序效率，缺点是使用者需要对．3d文件结构有较深的了解，并且需要进行大量的程序编写 ，比较费时费力；第二种方法优点是不需要具备专业的．3d文件结构知识，直接通过软件转换，省时省力，缺点是大部分软件只能将 3dsmax中的顶点数据转换成数组保存 ，但是将丢失纹理信息，如图3所示 ；第三种方法较好的解决了前两种方法的缺点，它既可以方便的对 3dsmax模型进行转换，又不会丢失纹理信息，如图4所示。但是缺点是它将所有的信息完全的保存下来，这样在 opengl渲染 的时候会增加系统的运算量，降低程序效率。

利用第一种方法和第三种方法从实现技术上是一致的，都是通过对．3d文件的信息分类进行读取，不同的是第一种方法需要自己编程，第三种方法利用已有的程序。而第二种与第三种方法相比，第二种方法虽然也将所有的顶点数据保存下来，但是可以有选择的在 opengl中绘制有用 的顶点。为了比较了该两种方法对同一个．3d三维地形模型进行转换时的效率，特选择多边形数目、每秒钟帧数(fps)、内存使用、cpu使用等指标来衡量 ，其对比结果如表 1所示 (其中用来测试的电脑配置如下：pentium(r)m 1．4g处理器、内存为 512m，操作系统为 wind0ws xp)。

综上所述，对于．3d三维地形转换的第二种方法不太适合对纹理要求较高的模型转换中。对于使用第一种方法还是第三种方法应视不同情况来选择：

1)当系统对实时性要求高而且地形大，并且开发时间宽裕时，选择第一种方法 ；

2)当系统注重开发时问，并且可以容忍一定效率损失时，选择第三种方法。

4  基于 opengl技术的地形建模与实现

① 基本地形建模

计算机图形学中的所有光滑曲面最终都是由多边形(主要是三角形)无限逼近得到的，因此建立三维地形模型叫的实质是构造用来逼近该曲面的空间三角网。利用准备好的数据点根据 delaunay三角网的构网规则生成三角网，如图5所示。

在生成三角网后，还需要注意组成三角网的各个三角面法向量的标注。因为生成地形的明亮程度除取决于光源和明暗处理方式外，还受到三角面点与面的法向量的影响。一般点的法向量取值为其周围面法向量的均值。在图 6中 p点的法向量即可表示为与其相邻的四个面法 向量 n1、n2、n3、n4的和的平均值。

② lod(level 0f defajls)技术地形建模

l0d技术是指为了更好地实现三维复杂模型的实时动态显示 ，将三维物体用多种不同的精度表示，并根据观察点位置的变换而选择不同精度的模型予以成像的技术。 一般来说，地形的数据量是很大的，利用一般的方法构建大型的地形需要消耗大量的内存并且也会严重的影响渲染速度。然而，并不是系统每次都必须耗费大量的内存和cpu来渲染大数据量的地形，因为当观察点距离地面很远时，地形的图像在屏幕上占据很少的象素点 ，在这种情况下，用大量的多边形面片去精确表示地形是不必要的。所以，系统只需要在观察点离地面很近，需要精细的描述地貌的时候 ，才需要渲染大量的多边形来逼近真实地形；而在观察点远离地面时，则可以简化数据量来达到提高渲染效率和减少内存消耗的目的，也就是利用 ij0d技术。利用 l0d技术进行地形建模的效果见图7、图8、图9所示。

图7、图8、图9分别是不同的细节层次下对同一组地形数据进行的地形建模，左图是网格图，右图是实体图。由左图可以看出渲染的多边形面片数明显减少，而右图的实体效果当视点离地面很远的时候不会有明显的变化。

为了具体的说明lod技术带来的效率提高，表2对比了不同的细节层次下渲染的多边形数目、每秒钟帧数(fps)、内存使用、cpu使用的情况(测试条件同上)。通过表 2的性能对比可以得出，使用较低的细节层次在渲染效率的提高以及系统消耗的减少上都有优异的表现。这说明利用 l0d技术实现大规模三维地形具有实际的工程价值。

所以，在不同的观察高度下对三维地形使用不同的细节层次，可以很 好的在不损 失视觉 效果的前提下提高程序效率。

5 性能对比

以上论述了两类三维地形建模和实现技术，对这两种不同的实现方法的优劣仍需对比研究。鉴于此，本文通过对这两种方法渲染相同数量多边形的 fps、消耗内存以及 cpu效率等指标进行 比较 ，其中使用封装好的 cload3d类来转换3dsmax文件。用来测试的电脑配置和上面的测试配置相同。性能对比的测试结果如表3所示。

由表 3可以得出，渲染相同数量多边形，opengl编程建模比3dsmax建模使用更少的内存消耗并且有更高的 fps。所以程序如果偏向于追求程序执行效率，则使用 opengl编程建模为好。

然而，3dsmax建模优点也是明显的．使用 0pengl程序所构建的三维模型外观上 比较粗糙，而且建模的直观性较差、修改模型时的效率也较低，同时建模过程比较繁琐，编程量较大，而3dsmax是专业的三维建模软件，利用它可以方便的建立物体模型，且不需要编程便可很直观地构建模型，模型外观更精细，可以保留很多细节。当程序要求三维地形具有复杂精 细的外观效果，应 当考虑使用 3dsmax建模实现。

6 结论

本文从三维地形实现过程的角度出发，围绕三维地形建模的实现方法展开研究，重点研究了 0pengl支持下的两类三维地形 建模 和实现技术 ，并对其性能和优缺点进行了对比。

通过对两种方法的性能和优缺点的比较和分析，得出不同方法的适用场合，从而为实际工程应用 中的地形建模和实现技术的选择提供依据和指导：

1)系统在性能和效果上更倾向于性能，并且需要占用更小的内存和cpu，则适用 opengl编程实现；

2)系统在性能和效果上更倾向于效果，并且对细节方面有较高要求，纹理贴图复杂多变 ，则适用 3dsmax建模实现。

参考 文献 ：

[1]  和平鸽工作室．0pengl高级编程与可视化系统开发(高级编程篇)[m]．北京： 中国 水利水电出版社，2005-l0．

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[4] 贾瑞生，等．三维地形建模与可视化研究[j]．系统仿真学报，2006，8(18)：330—332．

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可视化技术研究篇5

图1 单轴简单图实例    

 该图为比较性报告实例，展示了所选时间段内，所选计数器组或通道的客流量。该报告以一天的24小时为横轴，将所选各天各个时段的客流量作比较，图表中，不同时间的客流量用不同颜色表示。报告形式有普通条形图、3d条形图、曲线图、点图、点线图、电子表格。图为3d效果的条形图。     2）单纵轴联合图     有些情况单轴简单图不易表示，比如要展示不同的几天各个时刻的信息。这种情况下就需要单轴联合图。     单轴联合图由多个子图表组成，这些子图表共用一个纵轴，横轴坐标可以相同也可以不同。比如客流量报告就用单纵轴联合图实现，如图2所示。 这是一个双向客流的报告。该报告展示的数据内容是所选时间段内、所选计数器组（或区域）的“进”客流、“出”客流、“总客流”（即“进”与“出”客流绝对值的和）、“净客流”（即“进”与“出”客流绝对值的差值）。图表展示的是这四种客流之间的比较，四种客流用四种颜色来表示。图表横轴是时间，纵轴是客流。报告形式有区域图、曲线图、点图、点线图、电子表格。图中的表现形式为曲线图。     3）多轴简单图     针对一些展示信息，它有多个展示指标，而且这些展示指标的计量单位不同，为了在同一图中将不同计量单位的指标进行比较，就需要多轴简单图来展示，不同的计量单位的数据映射到不同的纵轴。如图3所示。

图 2 单轴联合图实例

图 3 多轴简单图实例     该图为单位客流员工成本报告，展示的是所选时间范围内，客流量、员工人数、单位客流量的员工成本。图表以时间为横轴，作员工人数、客流量、单位客流量的员工成本的比较。单位客流量员工成本的计算公式如2.1所示。 单位客流量的员工成本=（∑员工人数*相应员工工资）/客流量     （2.1）     4）多轴联合图     当一个图既要显示不同时间单位(比如天)的各个时刻的信息，又要将不同的量分别映射到不同的轴时，就要采用多纵轴联合图，该类情况比较复杂。总访客量报告就是用这种图实现的。如图4所示。

可视化技术研究篇6

[关键词] 石油勘探；协同；云计算；平台；远程；三维；可视化

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 17. 025

[中图分类号] TP315 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）17- 0041- 03

1 前 言

新疆油田作为中国西部第一个千万吨级大油田，经历了50多年的勘探开发，地表地理环境和地下地质条件越来越复杂，勘探开发的难度越来越大，因此必须大力推进信息技术的应用，以信息化、智能化来提升油气勘探开发的水平和效益。

在此形势下，新疆油田公司勘探开发研究院于2005年建成了勘探协同环境，利用“网络存储+服务器+胖客户端”的解释软件运行模式，实现了多学科、多专业的协同工作，极大地提高了勘探科研人员的工作效率。然而随着技术的进步和勘探研究大协同需求的出现，利用云计算技术对原有协同环境进行升级已经迫在眉睫。其中，石油勘探研究中所使用的主流专业软件（如OpenWorks、Geoeast等），都在向着体解释的方向发展，三维显示处于越来越重要的位置，如何实现远程三维可视化，将是协同环境升级为云计算平台至关重要的一步。

2 技术要求

在云计算平台的建设规划中，为了满足大协同的需求，将所有计算、存储和网络资源统一整合到数据中心，利用数据中心的资源开展勘探研究工作，通过网络把结果传输到客户端，科研人员直接面对的客户端将不再承担计算任务。而将后端的硬件资源与前端的客户端有效连接起来的正是云计算平台。云计算平台在整个系统中所处的位置如图1所示。

而在云计算平台的众多功能中，远程图形可视化是硬件设备与用户沟通的桥梁，是与用户体验直接相关的部分，其功能的完善与否将直接影响科研人员对云计算平台的评价，是极其重要的部分。其中二维图形的远程可视化技术已经非常成熟，诸如Xmanager之类的远程桌面软件已经得到了广泛应用。而三维图形的远程可视化技术也在近年来取得突破。远程三维可视化技术可以将应用软件服务器渲染好的图像（包括二维和三维）经过压缩后，通过网络发送给客户端，客户端只需将图像解压后显示。但是要将远程三维可视化技术应用到勘探云计算平台中，就必须满足油田勘探研究的需求：

首先，科研人员在使用油田勘探研究专业软件时，对显示的色彩和形状的准确度和清晰度要求非常高，这就要求远程三维可视化技术需要能够提供无失真的高清晰度画面。

其次，由于客户端通常位于科研人员的办公室，甚至有可能位于公网上，在图像传输时不能占用太大的网络带宽，因此要求远程三维可视化技术在保证图形不失真的前提下有优秀的图形压缩率，保证科研人员在低带宽网络中也能流畅使用。

再次，由于油田勘探研究专业软件种类较多，而且横跨Windows平台和Linux平台，需要远程三维可视化技术有足够出色的兼容性，保证勘探研究中所使用的专业软件都能通过其。

最后，原有协同环境已经实现了科研数据的共享，在此基础上，为了进一步加强不同地区科研人员之间的交流和协作，需要实现远程协同工作，即多名用户能同时登录到同一画面，其中任何一名用户的操作对其他用户均可见。

3 远程三维可视化技术在油田勘探研究中应用的实践

3.1 实践准备

目前主流的远程三维可视化技术有Citrix公司的XenApp，NICE公司的DCV，Halliburton公司的vSite-3D，HP公司的RGS和Schlumberger公司的LiveQuest。只有对这些技术进行充分的研究和测试，深入了解其功能和性能，才能筛选出适合石油勘探研究的远程三维可视化技术。

经过长时间的研究和测试，根据研究和测试的结果，经过综合考虑，勘探云计算平台决定使用XenApp来承担Windows平台软件的远程三维可视化工作，而由DCV来承担Linux平台软件的远程三维可视化工作。两者能够实现的功能如表1所示。

可以看到，在值得关心的技术指标上，这两种技术都能满足要求：

（1）能准确地显示三维图形的颜色和形状。

（2）在带宽占用方面，公司内部的千兆网都能较轻松地承担传输任务，而在公网上，可以通过调低画面质量来实现流畅运行（两种技术均采用差分算法，调低画面质量只对运动画面有影响，静止画面质量不变）。

（3）在兼容性方面，XenApp不支持Linux平台软件，DCV虽然支持两种平台，但Windows服务器必须架设在KVM虚拟机上，不仅性能损失较大，而且硬件资源部署的灵活度也较低。使用XenAppWindows平台软件，使用DCVLinux平台软件可以发挥它们各自的优势，同时互相弥补各自的不足。

（4）在协作模式上，XenApp只支持管理员与客户端的协作模式，不过Windows平台的远程协作方式很多，可以一定程度地弥补这一不足。而DCV支持各种协作模式。

（5）在定制研发方面，两者都能提供定制研发服务。

（6）显卡复用是指一块显卡能支持多用户同时使用需三维渲染的软件，这项功能能够提高硬件资源的利用率和部署的灵活度。两者都支持此项功能。

（7）在服务方式方面，XenApp提供的是SaaS服务，DCV提供的是PaaS服务。相比之下，SaaS服务在系统安全性、使用便利性和用户接受度上较PaaS服务更有优势。不过值得注意的是，科研人员在使用Linux平台的专业软件时经常需要打开Terminal来组织数据，此时PaaS服务反而具有一定的便利性。

3.2 实际部署

在实际部署中，由于XenApp已经集成了一整套云计算系统，能够实现云计算系统所需的全部功能，而DCV则仅有远程三维可视化功能，其他功能均需要自主研发组件来实现，其中包括用户管理系统、性能监控系统、负载均衡系统和用户访问门户。在研发这些组件时，考虑到研究人员使用的便利性，将XenApp和DCV两者整合为一个整体，这其中涉及跨平台的用户管理和同步、跨平台的软件授权管理、负载均衡算法的设计、软件单点登录的实现等一系列问题。在攻克了这些问题后，勘探云平台得以成功，其门户界面如图2所示。

可以看到Windows平台的Discovery、GeoMap与Linux平台的OpenWorks等软件在统一的门户向用户。用户点击软件图标后，会根据其所属平台自动使用XenApp或DCV来向用户提供远程可视化服务，为云计算平台的建设奠定了基础。目前该平台已经成功上线运行，效果良好。用户通过远程三维可视化技术使用勘探研究专业软件如图3所示。

3.3 实践中的一些问题

在现阶段，石油勘探研究用的专业软件并不是所有模块都需要三维显示，这部分工作并不需要显卡参与。那么最经济的做法应该是将软件在无显卡的服务器群和有显卡的服务器群各安装一份，并分别作为二维应用和三维应用，用户根据自己当前工作的需求在其中进行选择。但在实际测试时，用户无论其实际需求如何，大部分情况下都倾向于选择三维应用，造成三维应用服务器繁忙而二维应用服务器空闲的现象，并不符合提高硬件资源利用率的初衷。另外给用户额外的选项也会增加用户的困扰，使整个云计算平台的接受度降低。新疆油田勘探公司云计算平台为了提供更好的用户体验，将应用全部部署于有显卡的服务器群，但这就对负载均衡提出了更高的要求。

理想状况是，能将CPU计算资源与显卡计算资源隔离开，形成各自的资源池，当软件仅使用二维显示时，由CPU资源池独立完成用户请求；而当软件需要三维显示时，会调用OpenGL库，此时将这部分请求转移到显卡资源池，两个资源池合作为用户提供完整的图像。这与DCV的工作原理是相似的，其工作原理如图4所示。

DCV就是将图形中的二维和三维部分分离，分别交给CPU和显卡处理，然后在客户端将两者融合显示，而且DCV也提出了远程渲染服务器的概念，图形中的三维部分将通过“网络”传输给远程渲染服务器处理，可以说是云计算的理想架构。但是在实际的DCV产品中，这里的“网络”只能是KVM虚拟机及其宿主机之间的虚拟网络，不同的物理服务器之间是无法进行这样的协作的。而且目前显卡普遍使用的PCI-e 3.0接口的双向带宽高达32GB/s，现有服务器支持的网络无法承载如此高速的数据传输，这种架构必然将造成性能下降。

3.4 展望

随着技术的进步，特别是网络技术的快速发展，400G以太网技术的出现将使CPU资源池和显卡资源池的分离成为可能。当网络技术和远程三维可视化技术都支持这样的分离时，勘探云计算平台的架构应尽可能地向这一方向转变。

同时服务器虚拟化技术也在不断发展，逐渐有虚拟机软件支持显卡，而底层硬件虚拟化的好处是显而易见的，虽然现在勘探云计算平台底层硬件均未使用虚拟机，但从维护工作量和故障转移等方面考虑，当支持显卡的服务器虚拟化技术[1]成熟后，应将其与远程三维可视化技术结合，更好地为研究人员提供服务。而且Nvidia的VGX显卡虚拟化技术的出现也预示着显卡虚拟化时代的到来，虽然石油勘探专业软件更期望多块显卡的整合而非目前的将一块显卡拆分，但是显卡虚拟化技术也为远程三维可视化技术提供了新的可能。

4 结束语

随着信息技术的进步和勘探研究大协同需求的出现，云计算技术已经成为油田信息化智能化进一步发展的不二之选，而远程三维可视化技术在其中扮演着至关重要的角色。在建设勘探云计算平台的过程中，以大量的研究和测试工作为基础，在现有的主流远程三维可视化技术中选择了XenApp技术和DCV技术作为云计算平台的核心，收到了良好的效果。但技术进步的脚步不会停歇，远程三维可视化技术将与网络技术、虚拟化技术进一步结合[2]，使勘探云计算平台不断完善和发展。

主要参考文献

[1][美]Nelson Ruest，Danielle Ruest.虚拟化技术指南[M].陈奋，译.北京：机械工业出版社，2011：110.

可视化技术研究篇7

关键词：异构计算机；软件移植；可视化仿真；指令系统

微机已经广泛应用于各种控制系统、智能仪器仪表、智能家电等领域。单片机性价比的提高，使单片机成为嵌入式系统的主流芯片。

目前，控制系统开发的常用方法是在PC机上编写和调试单片机系统程序。虽然，国内外有不少单片机开发系统，但由于单片机与PC机体系结构不同，用单片机指令编写的程序无法直接在PC机上运行，因此，系统开发时要有仿真器、编程器等专用设备，程序运行不能脱离单片机开发装置。因此，基于单片机的系统开发，源程序调试工作非常复杂，操作繁琐，调试结果的显示不够直观。针对上述情况，研究异构计算机软件移植可视化仿真技术，设计独立于单片机开发装置的可视化仿真系统，应用于控制系统和嵌入式系统的开发和实验具有重要的意义。本文在研究异构计算机软件移植可视化仿真技术的基础上，实现了在IBM-PC机上运行51系列单片机指令的可视化仿真系统，该仿真系统完全独立于单片机开发装置。

1 软件移植概述

1.1 软件移植方法

计算机系统层次模型[1]说明了各层次之间的关系及程序的执行情况。指令在计算机中执行的过程，实际上是指令由系统的高层逐级向低层转换的过程，从应用语言级直到微程序语言级，最后产生各种控制命令，驱动计算机的硬件完成指令功能。高层语言转换为低层语言的实现方法有翻译法和解释法：翻译法是将高层程序变换成低一层等效程序，其处理流程可描述为

while(excutingFlag)

{ 取指令；

分析指令；

转换成本层指令并保存；

}

执行转换后的指令；

上述流程中变量excutingFlag为执行程序是否结束标志，其值为0表示程序结束。翻译法又分为动态翻译和静态翻译。动态翻译在程序运行过程中，将被仿真的指令逐条转换成仿真程序代码；静态翻译是代一次将所有被仿真的程序转换为仿真代码后执行。解释法是低层机器仿真高层机器级语句或指令，即对高层机器级语言进行解释并执行。其处理流程可描述为

while(excutingFlag)

{取读指令；

分析指令；

解释执行；

}

翻译法速度快，但编程和调试困难；解释法易实现和调试，但速度慢。异构机之间的软件移植实际上也可以看成是将一台机器上所描述的语言在另一台机器上从高层向低层转换的过程。要实现异构机之间的软件移植，可以采用模拟和仿真两种方法[1]。模拟就是用一台机器（宿主机）的机器语言解释另一台机器（虚拟机）的指令系统来实现软件移植方法。但是这种方法运行速度显著降低、实时性差、编写程序困难。仿真是用微程序（宿主机）直接解释另一种机器（目标机）指令系统的方法。这种方法速度快，但微程序机器结构依赖于传统机器级结构，开发人员需要了解微程序机器的逻辑结构，当两种机器结构差别较大时很难仿真。

1.2 软件移植步骤

在实际应用中，为了解决异构计算机之间软件移植问题，可以根据设计人员的需要开发指令仿真系统。指令仿真系统开发的一般步骤为

(1) 分析仿真计算机和被仿真计算机的系统结构、指令系统、指令功能和指令结构；

(2) 需求分析，编写程序模块和各模块流程图；

(3) 选择合适的编程语言并编写程序；

(4) 程序调试和优化；

2 数据结构描述

数据结构描述关系到程序运行效率。在实际应用中，我们设计的仿真系统主要解决在IBM-PC机上执行由MCS51系列单片机指令系统所编写的汇编源程序，在分析MCS51单片机内部结构[2]的基础上，根据C语言的特点，同时兼顾程序运行的效率，合理地描述了系统设计所需的数据结构。

2.1 程序存储器结构

MCS51内部虽然只有4kB的程序存储器，但在实际应用中可以在外部扩展至64kB，其内部有一个16位的程序计数器PC可寻址64kB以访问程序存储器。根据单片机指令结构[2]及C语言的数据类型关系，并考虑到程序仿真时并不会用到所有的存储单元，因此采用链式存储结构。程序存储器的数据结构描述如下：

typedef struct progMEM

{ char opCode;

unsigned label;

//该条指令如果有标号，则存放其地址

char opNum1;

char opNum2;

char opNum3;

pMEM recAddr;

//存放当前指令的地址

pMEM nextIs;

//指向下一条指令的地址

}MemData， *pMEM;

pMEM PC;

在结构体中，几个字符型变量分别用于存放指令的操作码和操作数，并用结构体指针变量存放当前指令及下一条指令的地址。仿真系统将单片机源程序翻译成目标代码放在程序存储器（结构体）中，通过结构体类型的指针变量可以访问程序存储器中的指令。

2.2 数据存储器结构

MCS51将工作寄存器、端口和数据存储器统一编址，存储空间为256B。堆栈区设在30H~7FH，由堆栈指针SP指向栈顶。内部RAM，除了工作寄存器、位标志、堆栈以外的单元，其余都可以当一般数据寄存器使用。如果内部数据存储器不够用，可以外接数据存储器，扩展至64kB。内部数据存储器在程序调试时需经常查看单元内容，且数量不大，因此将内部数据存储器定义为数组，堆栈指针定义为整型，并初始化为30H。

char dataRAM[256];

int ramSP=0x30;

数据存储器单元的地址和数组的下标对应，这样在程序调试时，如果要查看内部数据存储器的内容，只要查看数据相应元素的值即可。另外定义一个结构体类型，模拟外部扩展的数据存储器，结构体定义如下：

typedef exDataRAM

{ char data;

unsigned addrRAM;

//存放存储单元的地址，用于查询

exRAMpt exDataP;

}RAMdata， *exRAMpt;

如果用到外部数据存储器，则将数据存在动态链式存储结构中，由于仿真程序运行时使用本机的存储器，因此其地址与仿真的单片机的地址不同，用一个变量addrRAM存放数据存储器的地址，以便于地址单元内的数据查询。

3 软件移植的可视化仿真

软件移植可视化仿真系统，不仅要完成汇编指令的功能，而且应该根据要求查询程序执行后各寄存器的内容、端口的状态和运行结果。在系统开发过程中，我们详细分析了单片机指令格式[2]和计算机执行指令的过程[3]，并根据仿真的速度要求，通过比较各语言的特点，选用Visual C++语言和80x86汇编语言，采用C语言环境下的在线汇编技术，用解释法实现可视化指令仿真系统。

3.1 软件移植过程

解释法完成异构机指令仿真，需要对源程序中的每一条指令执行如下操作：

step1 对指令从右向左扫描，如果有注释，则去掉注释；

setp2 对指令从左向右扫描，如果有标号，则去掉标号，并记录标号所在位置；

step3 将无标号和注释的指令从左向右逐步分离出操作码和操作数；

step4 保存操作码和操作数；

step5 分析操作码的功能并执行该指令。重复执行以上步骤直到程序结束，对分离出的操作码和操作数存入结构体progMEM定义的变量中。实现这一过程的函数结构如下：

pMEM StringSplit(char *IstructionString)

{ IsCode_Num=new MemData;

⋯

if(scan_char==’;’)

{ 去除分号后的内容; }

if(scan_char==’:’)

{ 保存该指令所在单元地址; }

if(scan_char==’ ’)

{ 保存空格前的字符串; }

//得到的第一个字符串为操作码

⋯

return(IsCode)

}

该函数入口参数为指令字符串，返回指向保存该指令的结构体变量的指针。生成目标代码和执行指令的过程可以用switch语句或事先设计函数跳转表实现[4]，本文采用switch语句实现，实现函数结构如下：

void GetCode(pMEM inCode)

{ ⋯

switch(opCode)

{ case code1: excuCode1()；break;

case code2: excuCode2(); break;

⋯

case codeN: excuCodeN();break;

}

⋯

}

以上代码中excuCodeN的入口参数为指令的操作码和相应的操作数。

3.2 可视化仿真的实现

可视化仿真系统应该提供一个集成开发环境，在此环境下可以编辑新的汇编程序和打开已经存在的源程序，并能将用被仿真计算机语言所编写的源程序汇编（编译或解释）成IBM-PC所能识别的代码及执行所需的操作，根据需要查询相应存储器单元的内容和端口的状态并显示查询结果。本系统在实现集成开发环境时，设计一个文本窗口，在窗口内输入的每条指令占用一行，程序输入后，选择工具菜单中的“执行”命令，则对窗口内的指令逐行扫描，完成对程序的解释执行。程序执行分单步执行和连续执行，如果是单步执行，则执行一条指令后显示相应存储单元或寄存器的内容。连续执行，则在执行完所有的指令后，弹出一个对话窗口，根据实际，可以查看所有数据存储器和特殊功能寄存器的内容，或者输入要查看的寄存器或内存单元的地址，显示相应单元内容，结果显示采用十进制或二进制。对于端口状态，显示数据为二进制形式。结果的可视化查询对于存储器和寄存器采用不同的技术，为每一个寄存器设置一个文本框，用以显示对应寄存器的内容，而所有程序中涉及到的存储单元的内容显示在同一个文本窗口中。

4 结束语

本文介绍的可视化仿真系统的开发技术，使用图形用户界面（GUI），实验结果表明，该方法显示直观、结果查询方便，而且应用VC环境下在线汇编技术，编写的程序代码占用系统资源少，又能保证系统运行效率。虽然本文以IBM-PC和单片机作为应用实例，但是详细分析其它异构计算机的体系结构和指令功能，使用本文提出的软件移植的可视化仿真技术，不仅可以解决各种系统开发中的难题，而且可以解决各种异构计算机之间的软件兼容性和移植性问题。

参考文献

1 张吉锋， 徐炜民， 严允中. 计算机系统结构.北京：电子工业出版社，1997

2 徐君毅，张友德，余宝洪等.单片微型计算机原理与应用.上海：上海科学技术出版社，1990

3 Kai Hwang. Advanced Computer Architecture. Beijing: China Mach-ine Press，1999

可视化技术研究篇8

关键词：计算机应用；网络维护；数据可视化；拓扑图

0 前言

随着信息时代的发展，网络的普及，固定宽带网络作为一种高效、低价和稳定的互联网接入方案仍然是目前用户的首选。随着用户数量的与日剧增，相应的通信基础设备也在不停的增多。目前，基础通信设备的数量已经很难用常规的方法进行管理和维护，在可预见的将来，大量的网络设备的管理和用户信息监控将成为网管部门工作的难点。如何在大量数据的状态下准确定位设备，维护设备，保证工作质量，提高工作效率成了急需解决的问题。

目前，在工作实践中原管理方式存在几个突出问题：

（1）维护人员使用传统的手工输入命令的方式进行网络设备的信息检索与维护。这种原始的方法一方面人工输入的方式增加了错误发生几率，另一方面人工输入方式效率极低，无法应对未来发展。

（2）没有严格的权限管理。权限的开放使得所有维护人员都可以对设备进行管理，甚至越权管理。在出现问题的时候没有办法追溯问题原因，追究责任，造成过程不可知、结果不可控的问题。

（3）设备数量的增长导致维护任务的增多，在保持原有维护人员和管理方法的情况下，会造成管理跟不上数据的增长的现象。没有一套实用又简单的管理程序代替工作人员完成繁琐的数据整理工作将会使管理任务堆积，设备可靠性降低。

针对以上问题和矛盾，设计并研发了网络设备管理系统。该系统能够对现有城域网中设备的管理，通过数据可视化技术对设备进行图形化检索和展示，降低了底层维护工作人员的操作难度，简化了操作流程。同时，系统能够实时采集用户上网信息，分析并进行过滤处理，能够提高错误定位效率，极大提高了障碍处理的速度。

2 网络设备管理系统

网络设备管理主要针对接入网络内的以下几种设备：

（1）OLT（Optical Line Terminal）

OLT是光线路终端，用于连接光纤干线的终端设备，可以与前端（汇聚层）交换机用网线相连，转化成光信号，用单根光纤与用户端的分光器互联。

（2）ONT（Optical Network Terminal）

ONT是光网络终端，是xPON网络接入方案中的产品，是一种用于用户端的光网络设备，主要应用于最终用户。

（3）ONU（Optical Network Unit）

ONU是光网络单元，也是一种用户端的光网络设备，他与用户之间通常还有其他的网络设备，比如交换机、路由器、网桥等。

针对网络结构的特点和具体的业务需求，系统主要分为用户账户管理、上网信息管理和设备信息管理三大模块。网络设备管理系统的主要特点如下：

①系统采用B/S架构，以HTML5通过浏览器呈现数据，无需安装客户端，能够适应几乎所有的操作系统平台。②系统基于开源数据库存储数据，自主加密数据储存，数据的安全性、可靠性得到充分保证。③系统具有一定的自我维护能力，能够辅助管理人员，将管理人员从繁琐、重复性的工作中解放出来，提高维护效率，真正实现软件适应用户。④系统数据展示方式多样，除了传统的表单方式，还有更加直观的图形方式，使管理人员操作难度降低，提高用户体现。⑤系统实现了从网管中心到分局的数据全面共享，使不同部门的操作人员管理、协作更加方便。⑥规范化的操作日志记录功能将所有账户的操作情况记录在案，做到所有操作可追溯，方便责任认定。⑦系统可根据管理员提供的关键字查询OLT设备、ONT设备和ONU设备的信息，可以对ONT设备进行注册、删除操作，替代传统的拆装机工作。

在开通PITP（Policy Information Transmission Protocol，策略信息传送协议）或PPPoE（Point-to-Point Protocol over Ethernet，以太网上的点对点协议）功能的服务器上，可追踪话单信息，查询用户所使用端口、VLAN、MAC地址、登陆账号、登陆时间和离线时间等信息。当出现障碍时，维护人员可以通过系统查询用户登陆账号或MAC地址等关键信息快速定位到用户设备所在地，做到故障及时排查。

3 数据可视化

传统系统采用列表式展示数据结果，在设备数量过多时，具有相同关键字的数据将会特别多。比如以区域进行检索，结果常常达到数百条，维护人员很难在长达4-5页的检索结果内定位故障设备。分局信息以拓扑图形式直观的展示出来，通过点击分局可查看分局下挂接设备的拓扑结构。点击OLT设备可查看板卡端口使用状态。选择板卡端口可查看下挂接设备信息及结构。通过拓扑图方式，网络设备的层次结构，状态信息得到了直观的展示，维护人员可以不依靠关键字，甚至不依靠键盘的情况下依靠鼠标或触摸设备准确查询设备信息。这种方式还适用于移动便携式客户端使用，为现场处理故障提供了可行、可靠的判断依据。

总之，本文的网络设备管理系统，采用了跨平台的HTML5技术，设计并开发了基于数据可视化的拓扑图的展示功能，维护人员行为追溯功能，权限管理功能等，新系统上线以来受到维护人员好评，生产中采样测试结果以及实践运行证明，本文系统能够显著提高工作效率。

参考文献：

[1]盛秀杰，金之钧，王义刚.一种新的面向多元统计分析的信息可视化技术[J]. 石油地球物理勘探，2013（03）.