基于圖形符號庫的顯示軟件開發(fā)研究

摘 要 設計圖形符號庫的頂層規(guī)范，結合顯示控制需求和相關標準開展圖形符號的需求分析，根據(jù)規(guī)范開展圖形符號的設計、實現(xiàn)和驗證，對圖形符號進行管理建立圖形符號庫，使用圖形符號庫中的圖形符號開發(fā)顯示控制軟件的人機交互畫面，實現(xiàn)基于圖形符號庫的顯示軟件開發(fā)，促進組織對顯示需求的管理和知識的積累，提高顯示控制軟件的研發(fā)效率。

【關鍵詞】圖形符號庫 顯示軟件 需求分析 軟件開發(fā) VAPS XT

1 引言

隨著計算機技術、顯示技術的發(fā)展，硬件功能軟件化，越來越多的信息通過顯示軟件來實現(xiàn)，隨著系統(tǒng)開放性要求的不斷提高，人機接口（HMI）的設計也越來越復雜，由此對開發(fā)交互式軟件也提出了更高的要求。如何更清晰準確地提供信息顯示、降低使用者的負擔、適應不斷變化的顯示需求、敏捷實現(xiàn)顯示軟件研發(fā)、體現(xiàn)產(chǎn)品的品牌特征，這些都是顯示軟件研發(fā)需要考慮的因素。

制定規(guī)范，統(tǒng)一規(guī)劃圖形符號庫，將需求分配到每一個圖形符號上，設計、實現(xiàn)圖形符號，對驗證后的圖形符號進行管理和重用，同時維護管理需求和各圖形符號的追蹤關系，便于結合需求開展重用，實現(xiàn)快速原型軟件開發(fā)，提高顯示軟件的研發(fā)效率。

本文結合圖形符號庫在其它領域的使用和目前顯示軟件的開發(fā)技術，闡述設計圖形符號庫的頂層規(guī)范考慮的因素，說明圖形符號的需求分析思路，描述圖形符號的設計、實現(xiàn)、驗證過程，通過圖形符號庫管理圖形符號，并應用圖形符號庫實現(xiàn)顯示軟件的研發(fā)。

2 顯示軟件研發(fā)和圖形符號庫應用現(xiàn)狀

顯示軟件研發(fā)經(jīng)歷了從OpenGL編碼實現(xiàn)到IData工具、VAPS XT工具等人機接口開發(fā)軟件的跨越，實現(xiàn)了顯示軟件所見即所得的開發(fā)。文獻[2]對比分析了利用OpenGL 圖形開發(fā)包及IData 快速原型工具開發(fā)座艙顯示界面的優(yōu)缺點，文獻[3]使用VAPS XT進行了電子飛行儀表系統(tǒng)的顯示軟件設計開發(fā)。主要通過工具提供的點、線、形狀、字符等基本元素實現(xiàn)顯示畫面開發(fā)，在復雜的多畫面顯示軟件設計中，不利于各個畫面顯示風格的統(tǒng)一，顯示需求難以直接關聯(lián)每一個基本元素上，在不同的畫面中繪制相同的信息需要重復開發(fā)。

圖形符號庫在地理信息系統(tǒng)的開發(fā)中已得到廣泛使用，提高了地理信息系統(tǒng)的開發(fā)效率。文獻[4]介紹了結合面向?qū)ο蟮乃枷耄岢隽嘶趫D元的符號繪制和結構組織方法，實現(xiàn)圖元法符號庫用于支撐地理信息系統(tǒng)的開發(fā)。文獻[5] 基于XML語言，建立一種通用的地圖符號描述模型，可用于在異構的地理信息系統(tǒng)（GIS）平臺上實現(xiàn)圖形符號庫的共享使用，進一步促進了圖形符號庫的共享和使用效率。

將圖形符號庫應用于顯示軟件研發(fā)中，建立顯示軟件圖形符號庫，制定圖形符號庫頂層規(guī)范，分析圖形符號的顯示需求，按規(guī)范設計、實現(xiàn)和驗證圖形符號，對圖形符號進行管理形成圖形符號庫，基于圖形符號庫開展顯示軟件開發(fā)，能夠提高顯示軟件開發(fā)效率。

3 基于圖形符號庫的顯示軟件開發(fā)

基于圖形符號庫的顯示軟件開發(fā)是一系列的過程，需要整體規(guī)劃和細化實現(xiàn)圖形符號庫，在圖形符號庫的基礎上服務顯示軟件開發(fā)，包括規(guī)劃制定圖形符號庫的規(guī)范，根據(jù)需求開展圖形符號分析，通過圖形符號的設計、實現(xiàn)與驗證實現(xiàn)需求，對驗證后的圖形符號進行管理支持顯示軟件的開發(fā)應用。

3.1 圖形符號庫頂層規(guī)范制定

圖形符號庫頂層規(guī)范需要面向顯示軟件頂層需求和規(guī)劃制定。首先需要考慮產(chǎn)品的家族化特點和顯示整體風格，使用戶通過顯示畫面和圖符能夠了解產(chǎn)品的品牌信息，對顯示規(guī)范的制定有指導作用；在此基礎上，進一步確定圖形符號顏色規(guī)范、字體規(guī)范、線型規(guī)范和行為規(guī)范等，如圖1所示。

顏色規(guī)范可包括定義典型的顏色使用，如綠色表示正常數(shù)據(jù)、黃色表示注意信息、紅色表示緊急信息、品紅色表示可編輯的參數(shù)等；字體可包括斜體、粗體、加斜線、加下劃線等，如粗體表示標題、斜體表示單位等；線型可包括實線、虛線，實線表示不變的顯示、虛線表示臨時出現(xiàn)的顯示等；行為規(guī)范可包括移動、旋轉(zhuǎn)、閃爍、變色等。

3.2 圖形符號需求分析

圖形符號的需求分析來源于功能需要、參考標準、以往的知識經(jīng)驗等。首先需要將顯示軟件的需求分配到相應的圖符，查詢相關的標準，使圖符設計在遵循標準的基礎上符合產(chǎn)品需要，另外圖形符號的需求分析還需要結合以往知識經(jīng)驗，繼承已有的特征信息，如圖2所示。將需求進行條目化，注明需求的來源，實現(xiàn)顯示需求的管理和知識的積累，利于后續(xù)工作的追溯和優(yōu)化完善。

圖形符號的需求描述可以采用結構化的方法實現(xiàn)。圖形符號的需求分析包括圖形符號的顯示功能，從正常顯示、異常顯示、有效顯示、無效顯示等方面分別描述顯示需求，在不同顯示狀態(tài)下的圖形顯示要求、色區(qū)顯示要求、字體顯示要求、是否需要濾波，是否需要閃爍等。

3.3 圖形符號設計、實現(xiàn)與驗證

顯示畫面由圖形符號構成，圖形符號由點、線、圖形、文字等基本圖形元素組成。圖形符號的設計以需求分析的結果為依據(jù)，將面向用戶的需求轉(zhuǎn)化為軟件編碼實現(xiàn)人員可理解的信息。圖形符號的設計需要確定圖形符號的輸入?yún)?shù)，構成圖形符號的基本圖形元素種類及其參數(shù)，設計圖形符號的控制邏輯，關聯(lián)輸入?yún)?shù)與控制參數(shù)。軟件編碼實現(xiàn)人員使用相應的工具按設計要求實現(xiàn)圖形符號。在圖形符號的驗證過程中，測試人員需要開展黑盒和白盒測試，白盒測試主要通過走查、靜態(tài)測試等方式檢查圖形符號是否按設計和規(guī)范實現(xiàn)，黑盒測試主要檢查圖形符號單元是否滿足需求中各種要求，經(jīng)過驗證的圖形符號用于顯示軟件的開發(fā)。圖形符號設計、實現(xiàn)與驗證流程如圖3所示。

3.4 圖形符號庫的管理與使用

圖形符號庫的管理是使產(chǎn)品質(zhì)量受控和使用效益最大化的需要。經(jīng)過驗證的圖形符號按要求納入圖形符號庫進行配置控制，將圖形符號的需求、設計、實現(xiàn)、驗證等信息按版本進行管理，便于追蹤、變更控制和影響性分析。同時，圖形符號存入圖形符號庫，使有權限的開發(fā)人員均能夠進行訪問和使用，實現(xiàn)基于圖形符號庫的知識共享和產(chǎn)品快速原型開發(fā)，提高產(chǎn)品研發(fā)效率，如圖4所示。隨著圖形符號庫的不斷完善和擴充，逐漸豐富圖形符號庫資產(chǎn)，擴大圖形符號庫的使用效益。

4 基于圖形符號庫的顯示軟件開發(fā)應用

本文使用VAPS XT的工具實現(xiàn)了基于圖形符號庫的顯示軟件開發(fā)。通過Graphic Object實現(xiàn)圖形符號，Graphic Object能夠定義圖形符號的輸入?yún)?shù)，每個Graphic Object圖形符號可以進行嵌套使用，最底層的圖形符號由基本圖形元素組成，由經(jīng)過測試驗證的Graphic Object圖形符號組成圖形符號庫。在顯示畫面的開發(fā)中，調(diào)用圖形符號庫中的Graphic Object，將畫面參數(shù)與圖形符號參數(shù)關聯(lián)，實現(xiàn)顯示畫面的開發(fā)，再由多個畫面共同組成完整的顯示軟件程序，完成顯示軟件，如圖5所示。

5 結論

本文將圖形符號庫應用于顯示軟件開發(fā)中，承接頂層需求制定圖形符號庫的規(guī)范，結合規(guī)范開展圖形符號的需求分析，說明了圖形符號的設計、實現(xiàn)、驗證流程，對驗證后的圖形符號進行管理形成圖形符號庫，同時將圖形符號關聯(lián)的需求、設計、實現(xiàn)、驗證同步進行管理和控制，再由圖形符號實現(xiàn)顯示畫面，實現(xiàn)了圖形符號在多個項目中的重用，通過VAPS XT工具進行了實現(xiàn)驗證，驗證了相關方法和流程的可行性，提高了顯示軟件的開發(fā)效率，利于圖形符號需求的管理和知識的積累。

參考文獻

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作者簡介

葛晨（1985-），男，黑龍江省佳木斯市人。碩士學位。現(xiàn)為中國直升機設計研究所工程師。主要研究方向為機載嵌入式軟件開發(fā)。

作者單位

中國直升機設計研究所 江西省景德鎮(zhèn)市 333001