（机械设计及理论专业论文）通信车系统emc分析后置图形处理技术研究.pdf

摘要 本文以通信车系统电磁兼容仿真分析软件的可视化技术为研究目的，提出了 相应的电磁数据场彩色云图的生成方法。该方法结合视频技术为电磁兼容仿真分 析提供了形象、直观的动态图形显示。在广泛查阅各种文献的基础上，本文利用 v c 、v b 语言和功能强大的a u t o c a d 图形库，开发了通信车系统电磁兼容仿真 分析软件的后置处理模块。在彩色云图的生成过程中，本文采用了质心一中点算 法与二次箍值算法分别实现了面元的离散与电磁数据场量的拯值。在视频显示中， 本文采用了h v i 播放技术，合理的实现了电磁数据场的动态播放。其主要的研究 内容有： 1 利用a u t o c a d 二次开发技术，实现了场量数据与c a d 软件间的数据传递， 并成功地将图形显示功能集成在软件中； 2 提出了场强彩色云图的生成算法，实现了场强的可视化动态显示； 3 修正了面电流显示采样中的不足之处，改进了面电流显示算法，提高了面 电流彩色云图动态显示的速度和质量； 4 研究并实现了通信车系统仿真方向图的生成。 关键词：彩色云图方向图a u t o c a d电磁兼容 a b s t r a c t a sw ea l lk n o wt h a t a l o n g 、v i mt h ee l e c t r o m a g n e t i cc o n d i t i o ni sg e t t i n gw o r s e a n dw o r s ei nv e h i c u l a l - c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，w en e e dt og e tas o l u t i o nf o re m c p r o b l e m a c t u a l l y , o u rs t u d i nh a dw o r k e do u tas o f t w a r et 0 0 1 w h i c he m p h a s i z e si to n t h ec a l c u l a t i o na n dv i s u a l i z a t i o no fe l e c t r o m a g n e t i cp a r a m e t e r s m yi o bi sr e l a t e dt o t h ev i s u a l i z a t i o nm o d d e w h i c hi sp r e t t yi m p u r t a n tf o rt h ew h o l ew o r k b e f o r et h e w o r k , s o m ea l g o r i t h m sa n dr e s e a r c hm e t h o d sa r en e e d e dt ot a l ka b o u t i nt h e m a p - m a k i n gp a r t ，a l g o r i t h mf o rs c a t t e r i n ge l e c t r i c a lc u r r e n td a t a , w h i c hi sb a s e do n b i - d i r e c t i o n a li n t e r p o l a t ei d e ai sp r e s e n t e d ，a n da l g o r i t h mf o rs c a t t e r i n gg r i d ，w h i c hi s b a s e do nc e n t r o i d m i d p o i n ti d e ai su s e d i nm o v i n gv i s u a l i z a t i o np a r t t h ev i d e o p l a y i n gm e t h o di sa p p l i e d ，a n di th a db e e np r o v e dr i g h tb yt h et i m e i nt h i sp a d e r , s o m ew o r k sa r es t u d i e da sf o l l o w s v i s u a l i z a t i o no fc o l o rm a pi sa c h i e v e do na u t o c a dp l a t f o r i na tf i r s t t h e n ， m a k i n gu s eo f a c t i v e xa u t o m a t i o nt e c h n o l o g ya n dv b 6 0 c o m b i n i n gw i t hw i n 3 2a p i t h ei n t e r c o m m u n i c a t i n gc o n n e c t i o nb e t w e e nt h es o f t w a r ea p p l i c a t i o na n da u t o c a di s e s t a b l i s h e d a na l g o r i t h mf o rm a k i n gc o l o rm a pb a s e do nb i - d i r e c t i o n a li n t e r p o l a t ei d e ai s p r e s e n t e d ，b yw h i c hc o n t o u r so f t h es u r f a e e c b r r e n ta n dt h ee l e c t r i ca n dm a g n e t i cf i e l d a r ed r a w no na u t o c a dp l a t f o r m am e t h o df o rc r e a t i n gt h eo r i e n t a t i o nf i g u r ei s p r e s e n t e d ，a n di th a ds h o w e dt h ee x c e l l e n c es of a r b u te x c e p tt h e s ea b o v e i ta l s os t i l lh a sad i f f i c u l t yw h i c hi sh a r dt of i n dt h er i g h t w a yt os o l v e t h a ti st o om u c ht i m ei su s e di n ；r i s u a l i z a t i o np a r te v e nih a dt r i e da n o t h e r m e t h o d t h em a i np r o b l e mi st h ea u t o c ：a di si n e f f i c i e n ta n di na d d i t i o nw ec a n tb e g o o dw i t h o u ti t b yf a r , t h eg o o dw a yf o rs o l v i n gi su s i n gah i g h p o w e r e dc o m p u t e r o r c h a n g i n gan e w e re d i t i o no fa u t o c a d b u tf o rm a g n e t i cf i e l dv i s u a l i z a t i o n ，y o uc a n a l s om a k i n gc o l o rm a pj u s tb yv i s u a lb a s i cl a n g u a g e ，b e c a u s ei ti sa np l a n a rf i g u r e ， y o uc a n tn e e dt h ei l l u m i n a t i o nm o d u l e so fa u t o c a d s oi tc a na v o i dt h ep r o b l e m a t i c p a r ta n dit h i n ki tw i l lb eag o o di d e a k e y w o r d s ：c o l o rm a p o r i e n t a t i o nf i g u r ea u t o c a de m c 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谤 意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：窆悼 本人签名：鏊生：答 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文 在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。 写、 、 本人签名：盗垂：查 导师签名：季绎客拯 日期竺：2 玺【自立旦 日期丝z 垒l 瞪旦 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题背景及意义 二十世纪以来，随着电子技术、通信、航空航天事业的发展，电磁干扰对系 统和设备的危害越来越引起人们的关注，有时甚至会造成严重与毁灭性的后果。 为了解决普遍存在于军工、电力、通讯、交通和工矿企业各种电子设备的电磁干 扰问题，电磁兼容( e m c ) 分析显得非常必要。以通信中的车辆为例，其周边电 磁环境对于信息交互的顺畅与准确性的影响是至关明显的。因此，有必要建立起 完善的通信车系统电磁兼容分析模型，并以此计算出外部电磁环境数据，进而提 出开发方案。 本研究室开发的通信车系统e m c 分析软件是一款专用仿真计算软件。它主要 应用在通信车信息交互过程中，外部场环境的计算分析与显示。包括面电流与线 电流的计算、场强的计算与叠加、耦合度的计算、面电流与场强的可视化动态显 示、方向图的显示等。其运行的准确性与可靠性可以使我们方便地分析通信车在 信息传递时周围的电磁环境，有利于排除不利的电磁干扰，使信息交互更为方便 与准确。目前，电磁场分析中广泛应用矩量法进行计算，并被认为是一种有效的 数值分析方法。对于通信车系统电磁环境来说，经过矩量法计算与面元划分之后， 形成的网格数目比较大，在各场量的呈现中，还需要处理大量的网格数据。枯燥 无味的数据即使是专业技术人员分析起来也费时费力，并且容易出错。因此可采 用形象直观的图形方式来辅助工程技术人员进行分析，减轻其负担，提高整个电 磁场数值计算软件包的性能。在这一背景下，可视化技术在e m c 软件后处理中的 应用显得更为重要。 目前，许多著名的电磁场计算商用软件都具有比较完善的后端可视化系统， 如f l o m e r i c s 公司提供的f l o e m c 软件，它在电磁计算软件的使用中有着突 出的用户好评度。在商用软件应用日益广泛的形势下，仍然有很多国内自主开发 的专用软件系统在一些专业技术领域发挥着不可替代的作用，但是其在后置处理 的可视化功能上往往较为薄弱，如本研究室开发的通信车系统e m c 分析软件。 如果利用商用软件的后置处理模块进行结果数据的可视化显示，就必须运用程序 语言和函数库开发输入转换器，这样势必会加大工作量，而且还会出现数据丢失 等一些不尽人意的问题。通信车在通信过程中的外部场环境对于信息交互有着重 要的作用，其结果数据庞大、不易理解。所以，对通信车系统结果数据的可视化 技术开展研究是非常必要的。为此，本文将具有强大功能的v c 语言和具有方便 2 通信车系统e m c 分析后置图形处理技术研究 快捷图形对象开发功能的v i s u a lb a s i c 语言有机地结合起来，对通信车系统面电 流、场强动态彩色云图的生成原理和实现过程迸行了分析研究，并开发了与e m c 分析软件可集成的可视化后处理模块。 1 2 国内外相关技术的研究发展与现状 1 2 1 科学计算可视化技术 随着科学技术的飞速发展，科学计算所涉及的领域越来越宽，科学计算的对 象也越来越复杂。尤其随着计算机性能的提高，人们可以进行极其复杂的数值模 拟和数值实验，在这个过程中不可避免的产生海量的数据。由于大规模数据的出 现，传统的数值分析方法与公式图表的分析方式远不足以承担这一工作。因此人 们希望能够借助一些工具与手段，以直观形象、迅速交互的方式将这些数据完整、 准确地表现出来。正是在这样的背景下，科学计算可视化技术应运而生。 科学计算可视化【l 羽( v i s u a l i z a t i o ni ns c i e n t i f i cc o m p u t i n g ，简称v i s c ) 是指 应用计算机图形学和图像处理技术将科学计算过程中产生的数据及计算结果转换 为图形或图像在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论方法和技术，是目前计算 机学科的一个重要研究方向。可视化方法作为一种分析方法在第一台数字计算机 问世以后就产生了。作为一个科学术语，它是在1 9 8 7 年美国国家科学基金会召开 的科学计算可视化研讨会上提出的。从1 9 9 0 年起，美国i e e e 计算机学会计算机图 形学技术委员会开始举办一年一度的可视化国际会议，科学计算可视化作为一门 学科开始逐渐成熟起来。科学计算可视化的概念一经提出很快就在计算机图形学 的基础上发展成为一门新兴的学科1 6 ，它融合了计算机图形技术、工作站技术、 计算机辅助设计和交互技术、网络技术、视频技术等多领域的知识，为科学家带 来了极大的方便。 一般来说，根据用户与系统之间的交互程度，科学计算可视化系统可分为3 个 层次 7 1 ，对应于3 种处理方式：后处理( p o s t p r o c e s s i n g ) 、跟踪( t r a c k i n g ) 和驾驭 ( s t e e r i n g ) 。后处理式系统把计算与计算结果的可视化分成两个阶段进行，两者之 间不能产生交互作用；跟踪式系统则要求实时地显示计算中产生的结果，允许用 户在计算的过程中观察每一个中间过程并能够决定使计算中止或重新启动；而驾 驭式系统具有充分的实时交互能力，允许用户对整个模拟计算过程和可视化过程 进行交互控制。用户在计算的过程中不仅可以实时地观察到当前计算的状态，而且 能对计算进行实时干预。如增加或减少网格点、修改某些网格中的参数等使计算 继续进行下去。目前使用最普遍的是后处理方式，但由于硬件性能的提高，其它两 种方式也逐渐得到人们的重视。科学计算可视化的研究对象主要集中在三维数据 第一章绪论 场的可视化、医学上的核磁共振和c t 扫描、地质勘察和石油勘探、气象场、温度场 有限元分析、流体力学等许多方面都有三维体数据的可视化问题闸。体数据场包 含的信息量非常丰富，数据量也非常大。经过可视化处理，借助数字图像技术， 可直观的反映出数据场内部信息的分布规律以及变化过程，使科学家们能很快地 找到问题之所在。 当前，科学计算可视化技术的发展主要有以下几个特点和趋势i 4 】： ( t ) 可视化图像的实时显示以及交互控制 虽然可以采用高档次的图形工作站来进行有限元分析结果的显示，但是，可 视化图像的复杂程度越来越高。因此当被显示的图像比较复杂时，就有可能实现 不了实时显示以及交互控制。因此，在采用高性能硬件的同时，要采用适当的算 法和软件来提高显示速度。 ( 2 ) 开展基于虚拟现实环境的科学可视化技术的研究 虚拟环境技术近年来得到了快速的发展，它为人们提供了一个由计算机生成 的虚拟环境和交互手段，使科学计算可视化的结果得到更为生动形象的感受，也 可对虚拟环境中的三维物体进行交互操作。基于虚拟环境的手术诊断规划模拟操 作和训练，将成为可视化和虚拟现实技术在医学中研究和应用的重要方向。 ( 3 ) 基于网络的科学计算可视化理论与应用研究 近年来，计算机网络技术已经有了飞速的发展，i n t e m e t 的应用日益广泛。在 计算机网络上共享科学计算或测量数据的图像，实现计算机支持下的协同工作是 一个重要的发展趋势。 可视化是一个面向应用的领域。由于不同的具体应用领域有着不同的物理背 景，因此它们所要求的可视化技术也各不相同。因为目前的可视化是针对具体数 据而言，由于数据结构的相似性，许多技术在实质上是相类似的。这种相似性为 可视化技术的分类提供了基础。 1 2 2 电磁兼容技术 电磁兼容性e m c ( e l e c 仃o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y ) ，按g b f i 4 3 6 5 1 9 9 5 定义为： 设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的 电磁骚扰的能力。主要以电气、电子科学理论为基础。其理论基础包括数学、电磁 场微波理论、天线与电波传播、电路理论、信号分析、通讯理论、材料科学、生 物医学、电子技术、通信地质工程等等，可以说电磁兼容技术是一个正在不断发 展的新型综合性学科，也是一门工程性极强的应用技术。 随着现代科学技术的发展，电子设备的数量及种类不断增加，工作频率不断 提高，电磁环境日益复杂。在这种复杂的电磁环境中，如何有效地减少相互间的 4 通信车系统e m c 分析后置图形处理技术研究 电磁影响，使各种设备正常运转，需要在产品设计开始时就考虑电磁兼容性的问 题。在设计定型、系统综合集成后，发现电磁兼容问题再重新调整系统结构，必 然会带来更多的困难，造成研发时间和成本的双重浪费。2 0 世纪6 0 年代以来，现 代电子科学技术向高频、高速、高灵敏度、高安装密度、高集成度、高可靠性方 面发展，其应用范围越来越广，渗透到社会的每个角落，因而发达国家在e m c 研 究方面投入了大量的人力、物力。近年来信息高速公路和高速计算机技术成为社 会生产和生活的主导技术，同时也由于电力、通讯行业、航空、航天、兵器和造 船工业的需要，人们越来越关注如何在复杂电磁环境中提高电子设备或系统的生 存能力，以保证达到电子系统初始的设计目的。 当前，电磁兼容技术的研究主要有以下两个特点： ( 1 ) 涉及范围较广，包括自然界中各种电气电磁干扰，以及各种电器、电子 设备的设计、安装和各系统之间的电磁干扰等。 ( 2 ) 技术难度大，因为随着自动化的发展，设备越来越复杂，干扰源日益增 多，传播的途径也是多种多样的，在电子、通信等行业普遍存在电磁干扰问题。 1 2 3 国内外发展现状 国外关于可视化技术的研究十分活跃，已经拥有一批功能强大的通用和专用 的可视化系统。最早开展科学可视化工作的当属美国的l o s a l a m o s 国家实验室。 他们的工作始于2 0 世纪5 0 年代。所用的设备从最初的打印机、打印绘图仪和笔 式绘图仪到6 0 年代的图形交互设备和动画( 电影) 胶片制作设备，都是当时最先进 的。l i v e r m o r e 实验室在可视化方面的工作开展的也比较早，他们在7 0 年代就用 上t m d s ( t e l e v i s i o nm o n i t o rd i s p l a ys y s t e m ) 电视监视显示系统。这种系统可以 以图形显示计算结果，交互地进行网格构造，并在计算过程中重新划分网格。我 们国家的科学可视化工作，在2 0 世纪6 0 年代以前以打印纸然后查数据手工描图 为主，因此，打印的纸带经常堆积如山，而真正有用的数据却少得可怜，工作效 率非常低。随着计算机软硬件技术的迅速发展，计算速度提高，存储空间增大， 到了7 0 年代，绘图手段由手工描图逐渐发展到用磁带记录计算结果，然后脱机到 x - y 绘图仪上绘制曲线图、网格图和等值线图。8 0 年代以后，绘图软件发展迅速， 出现了使用图形中断联机显示多种图形的先进方式，且制作科学计算中的动画录 像也变得比较普遍了。2 0 世纪8 0 年代，科学计算可视化的重要趋向是由科学家 独立编写程序向直接利用软件包方向发展。他们的工作方式是建立可用于实践目 的的数据库，并将此数据库与可提供各种菜单选择的软件包相结合。这一方式比 独立编写程序简便得多，但以牺牲灵活性为代价。2 0 世纪9 0 年代初，国外已陆 续推出了一些较为成熟的可视化软件系统，如后处理型的a p e ，w a v e f t o n t ， 第一章绪论 p v w a v e 。g a s 和r i p ，跟踪型的a v s ，驾驭型的j z 等。在微机上推出了一些分 析绘图软件包，如科学计算工具箱，g r a f t o o l c o r e l d r a w 等。我国的浙江 大学c a d & c g 国家重点实验室也开发出了拥有独立知识产权的通用交互式可视 化环境的软件g i v e ( g e n e r a li n t e r a c t i v ev i s u a l i z a t i o ne n v i r o n m e n t ) 。这些软件的 出现为可视化研究者提供了极大的方便。 关于可视化技术在电磁场中的应用，国外的研究也远远超过国内。日本的 h i r o s h i m a 大学的a m a s h i t ah i d c o 等人对导体中磁流密度的分布和漩涡电流的分 布进行了三维交互显示，并基于图形工作站实现了流密度和漩涡电流分布的立体 显示。特别是a n s y s 公司最近推出的电磁计算模块f e k o 、a n s o f t 公司的h f s s 软件，这些软件不但可以解决各种电磁计算问题，而且还提供了强大的后置处理 功能。f l o m e r i c s 公司提供的f l o ，e m c ，是一款强大的系统级电子设备电磁兼 容性仿真软件，它提供的功能有屏蔽效能分析、辐射性能分析、射参数分析并附 有强大的后置处理模块，不但可以实现分析结构的表面电流和系统内的电场、磁 场可视化，还可以动态显示电流以及电场和磁场随相位及空间位置的变化情况。 相比国内这方面的研究就相去甚远，虽然也有一些研究者开展了这方面的工作， 但是他们主要针对各种不同的电磁场，如中波天线、计算机外部设备等进行了辐 射场的可视化研究【1 5 6 1 一些研究所、大学也相继建立了研究室进行电磁兼容的 研究分析工作，设计出专用的电磁兼容分析软件实现电磁场数据的可视化后处理 功能，但其开发的电磁计算分析软件，其中基本上都是专用的小型软件。针对这 种情况，我们有必要对电磁兼容软件的后置处理可视化功能进行研究，加强小型 专用软件的功能化实现，同时也为电磁数据分析提供一种可视化方法。 1 3 课题研究内容 通信车系统e m c 分析软件采用模块化设计方法开发，应用矩量法实现电磁兼 容求解。矩量法求解惩题一般分为前置处理部分、e m c 核心计算部分和后置处理 部分。三大部分实现不同功能，并且相互衔接成为一个完整的体系。本文主要致 力于研究后置处理部分的可视化功能，即面电流与场强彩色云图的动态视频显示 与方向图的显示。 本文的主要研究内容有： ( 1 ) 研究科学计算可视化技术及其在电磁兼容分析中的应用，讨论可视化技术 在e m c 分析软件中不同的实现方法。 ( 2 ) 研究可视化的算法，结合a p i 与a u t o c a d 技术完成数据处理的图形绘制及 动画的实现，实现e m c 计算分析的动态可视化。 ( 3 ) 建立面电流彩色云图的生成算法，修正面电流显示存在的问题。实现场强 6 通信车系统e m c 分析后置图形处理技术研究 彩色云图的动态可视化显示。 ( 4 ) 实现方向图的图形显示。 ( 5 ) 对全文工作进行总结，为进一步的研究工作提出建议。 第二章软件结构与可视化图形平台开发 7 第二章软件结构与可视化图形平台开发 通信车系统e m c 软件在电磁兼容设计中起着重要作用，随着电磁干扰问题 的加重，对本软件的设计应用也提出了更高要求，如对图形可视化的要求。其中， 软件系统的可视化实现平台包括a u t o c a d 、a c t i v e xa u t o m a t i o n 、w m 3 2a p i 等关 键技术，本章主要介绍关于通信车系统e m c 软件的一些基本情况以及可视化图 形平台相关的技术实现。 2 1 软件的总体框架 基于n e c 2 核心技术开发出的通信车系统e m c 软件，其可视化系统不同于 传统的可视化，它利用了a u t o c a d 强大的图形处理功能。图2 1 给出了软件的 总体框架图。 图2 1 软件的总体框架 从图中可以看出，e m c 软件系统框架由用户端和数据端组成。 在用户端，用户可以通过界面平台调用数据库中的初始模型或前置处理模型 进行操作或修改，继而利用a u t o c a d 技术生成新的模型数据。用户同样可以对 通信车系统e m c 分析后置图形处理技术研究 表面电流和场强的可视化结果进行操作，比如云图显示、动态播放与保存等。 数据端主要提供e m c 软件的平台实现以及与数据库的连接。其中包括了初 始几何建模、前置处理、核心计算、后置处理技术。其中，通信车不同天线配置 方案由软件几何建模实现，用户可以直接从数据库中调用各种已建好的模型来进 行计算。对初始模型进行网格划分和优化则由前置处理完成，其结果数据由核心 计算模块进行电磁数据分析处理。其中，核心计算模块采用n e c 2 技术，运用矩 量法求解原理。后置处理主要实现电磁数据的可视化技术，是整个软件系统中比 较重要的部分。前置处理模块，核心计算模块和后置处理模块也就是软件在总体 上的三个大的功能模块。其具体功能如下： 1 前置处理模块 ( 1 ) 天线的的几何参数、电参数等的输入； ( 2 ) 对模型进行网格划分以便进行核心计算； ( 3 ) 网格划分前后的模型显示及修改。 2 核心计算模块 ( 1 ) 完成车载天线参数的计算，包括表面电流分布、近场和远场分布； ( 2 ) 计算天线问的耦合度。 3 后置处理模块 ( 1 ) 对散射体上的表面电流分布进行动态图形显示； ( 2 ) 绘制天线耦合度曲线图； ( 3 ) 车载无线设备间的谐波、互调等干扰量级的计算； ( 4 ) 对天线辐射场分布进行动态显示； ( 5 ) 绘制通信车系统仿真方向图。 对软件进行总体结构设计后，就要对整个软件的数据流进行设计，数据流的 设计对整个软件的设计来讲至关重要，它关系到软件中各个功能模块之间能否顺 利地进行数据传递和交换，起到了驱动整个软件运动的作用。图2 2 是整个软件 系统的数据流图。 2 2 软件的使用概述 通信车系统e m c 软件使用方便灵活，界面简洁大方。但由于软件的使用过 程设计略显无序，而且界面较多，因此有必要介绍一下软件的使用概况。另外， 本文中不可能对每个界面进行详细介绍，所以，只从中介绍与本课题研究设计有 关的部分界面迸行说聪。 第二章软件结构与可视化图形平台开发 9 图2 2 软件系统数据流图 1 0 通信车系统e m c 分析后置图形处理技术研究 图2 3 软件入口界面 图2 3 是软件入口界面，单击鼠标可以进e m c 软件功能的选择。如果选择 天线布局功能选项，系统会调出几何结构参数输入界面，如图2 4 。选择 导入数据选项，用户可以直接从数据库里调用已经建好的几何模型。然后选 择模型显示选项，可以在a u t o c a d 环境下查看模型正确与否，并提供用户 修改模型功能。单击下一步选项进入程序控制参数输入界面，如图2 5 ， 图2 4 几何结掏参数输入界面 提示用户输入频率与耦合参数。分别按顺序选择生成数据文件与核心计算 选项，便可保存结果数据文件。到此，用户之后便可以选择是否查看表面电流分 布与耦合度曲线显示。其中，面电流分布的界面如图2 6 所示。 图2 5 程序控制参数输入界面 第二章软件结构与可视化图形平台开发 1 1 图2 6 面电流显示界面 2 3 后置处理图形平台开发技术 本课题借助a u t o c a d2 0 0 2 图形平台，通过其提供的a c t i v e xa u t o m a t i o n 技 术，并结合w i n 3 2a p i ，利用v i s u a lb a s i c6 0 ，不仅实现了将其作为专用的图形 处理模块内嵌于通信车系统e m c 分析软件中，确保正确完成系统的电磁兼容分 析任务，而且实现了对a u t o c a d 界面的自动操控，隐去了a u t o c a d 的许多外观 特征，使工作界面重点突出，从而达到了整个e m c 软件界面风格一致。 2 3 1a u t o c a d 介绍 a u t o c a d 是美国a u t o d e s k 公司开发的一个交互式绘图软件，是用于二维及 三维设计、绘图的系统工具。a u t o c a d 是目前世界上应用最广的c a d 软件，市 场占有率位居世界第一。c a d 技术从最初的平面辅助绘图工具，迅速向智能化、 三维化、集成化和网络化方向发展。作为已有的、成熟的通用图形平台，a u t o c a d 既可以交互式绘图，也可以实现自动绘图( 编程方式) 。并且，可以通过标准的或专 用的数据格式与其他c a d c a m 系统进行数据交换。新增了多个辅助设计工具， 增强了三维绘图，实体造型和显示功能。另外，依靠其结构的充分开放性以及良 好的二次开发性，a u t o c a d 向用户提供了改进和扩充其功能的可能，从而使其更 加符合用户的需要。 选择a u t o c a d 作为e m c 分析软件的图形处理工具，不但可以避免重新开发 图形模块带来的重复性工作，而且增加图形显示模块的可靠性。另一方面，通过 其提供的不同的二次开发工具，也为向本软件集成提供了很大的方便。 a u t o c a d 使用简便、效率高。它具有以下几项功能【l 刀。 ( 1 ) 具有完善的图形绘制功能； ( 2 ) 具有强大的图形编辑功能； 通信车系统e m c 分析后置图形处理技术研究 ( 3 ) 可以采用多种方式进行二次开发或用户定制； ( 4 ) 可以迸行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力； ( 5 ) 支持多种硬件设备； ( 6 ) 支持多种操作平台； ( 7 ) 具有通用性、易用性，适用于各类用户。 此外，从a u t o c a d2 0 0 0 开始，该系统又增添了许多强大的功能，如a u t o c a d 设计中心( a d c ) 、多文档设计环境( m d e ) 、i n t e m e t 驱动、新的对象捕捉、增强的 标注功能以及局部打开和局部加载的功能，从而使a u t o c a d 系统更加完善。 2 3 2a u t o c a d 二次开发 a u t o c a d 是一种通用的软件，它很难满足各行各业的标准。然而a u t o c a d 开 放式的结构和其所提供的多种开发工具，使用户能完全摆脱a u t o c a d 的限制，根 据自己的需要对其进行二次开发，这也是a u t o c a d 广受人们青睐的主要原因之一。 a u t o c a d 的二次开发工具主要有以下几种。 1 第一代开发工具- - a u t o l i s p 培1 l i s p 是l i s tp r o c e s s o r ( 表处理程序) 的缩写，主要用于人工智能领域。a u t o l i s p 是1 9 8 6 年随a u t o c a dv 2 1 8 提供的二次开发工具，是嵌入a u t o c a d 内部的c o m m o n l i s p 的一个子集。a u t o l i s p 严格遵守其语法和惯例，但又添加了许多针对a u t o c a d 的功能。在a u t o c a d 的二次开发工具中，它是唯一的解释型语言，使用a u t o l i s p 可直接调用几乎所有的a u t o c a d 命令。 a m o u s p 具有以下优点： ( 1 ) 语言规则十分简单，易学易用； ( 2 ) 直接针x 寸a u t o c a d ，易于交互； ( 3 ) 解释执行，立竿见影。 a u t o l i s p 的缺点是： ( 1 ) 功能单一，综合处理能力差： ( 2 ) 解释执行，程序运行速度慢； ( 3 ) 缺乏很好的保护机制，源程序保密性差； ( 4 ) l i s p 用表来描述一切，不能很好地反映现实世界，跟人的思维方式不一致； ( 5 ) 不能直接访问硬件设备和进行二进制文件的读写； ( 6 ) a u t o l i s p 编写的应用程序是用记事本等字处理软件编写，调试不方便。 a u t o l i s p 的这些特点，使其仅适合于有能力的终端用户完成一些自己的开发 任务。本课题中对电磁计算数据进行预处理后，与a u t o c a d 之间的数据传递与染 色绘图，由a u t o l i s p 编写并驱动a u t o c a d 完成。 第二章软件结构与可视化图形平台开发 1 3 2 第二代开发工具一a d s 【1 9 j a d s ( a u t o c a dd e v e l o p m e n ts y s t e m ) 是a u t o c a dr 1l 开始支持的一种基于c 语 言的灵活的开发环境。a d s 可以直接利用用户熟悉的c 编译器，将应用程序编译成 可执行文件后在a u t o c a d 环境下运行，从而既利用了a u t o c a d 环境的强大功能， 又利用了c 语言的结构化编程和运行效率高的优势。 与a u t o l i s p 相比，a d s 优越之处在于： ( 1 ) 具备错综复杂的大规模处理能力； ( 2 ) 编译成机器代码后执行速度快； ( 3 ) 编译时可以检查出程序设计语言的逻辑错误； ( 4 ) 程序源代码的可读性好于a u t o l i s p 。 而其不便之处在于： ( 1 ) c 语言比l i s p 语言难于掌握和熟练应用； ( 2 ) a d s 程序的隐藏错误往往导致a u t o c a d 乃至操作系统的崩溃； ( 3 ) 需要编译才能运行，不易见到代码的效果； ( 4 ) 同样功能a d s 程序源代码l i ：a u t o l i s p 代码长得多。 3 第三代开发工具一s u a ll i s p 、a r x 、基于a e t i v e xa u t o m a t i o n 技术的v b a 等 1 ) v i s u a ll i s p ( v l i s p ) 2 0 v i s u a ll i s p 是a u t o c a d 的换代产品。它与a u t o l i s p 完全兼容，并提供它所有 的功能，是新一代的a u t o c a dl i s p 语言。v l i s p 对语言进行了扩展，也可以通过 m i c r o s o f t a e t i v e x a u t o m a t i o n 接口与对象交互。同时，通过实现反应器函数，还扩 展了a u t o l i s p 响应事件的能力。作为开发工具，v l i s p 提供了一个完整的集成开发 环境( i d e ) ，包括编译器、调试器和其它工具，可以提高二次开发的效率。另外， v l i s p 还提供了工具用于发布独立的应用程序。 2 ) a r x a r x ( a u t o c a d r u n t i m ee x t e n s i o n ) 是r 1 3 之后推出的一个以c + + 语言为基础 的面向对象的开发环境和应用程序接口。a r x 程序本质上是w i n d o w s 动态连接库 ( d l l ) 程序，与a u t o c a d 共享地址空间，直接调用a u t o c a d 的核心函数，可直接 访f 司a u t o c a d 数据库的核心数据结构和代码，以便能够在运行期间扩展a u t o c a d 固有的类及其功能，创建能够全面享受a u t o c a d 固有命令特权的新命令。a r x 程 序与a u t o c a d 、w i n d o w s 之间均采用w i n d o w s 消息传递机制直接通讯。虽然a r x 与a u t o l i s p 、a d s 都是a u t o c a d 提供的内嵌式编程语言。但a u t o l i s p 与a d s 都是 通过内部进程通信i p c 来和a u t o c a d 通信，它们和a u t o c a d 是相互分离的过程，而 a r x 以d l l 形式与a u t o c a d 共享地址空间的。因此，a r x 运行速度更快，运行更 稳定、更简单。同时a r x 还具有如下优点： ( 1 ) 可以直接实现多图档操作，而v l i s p 不能； 1 4 通信车系统e m c 分析后置图形处理技术研究 ( 2 ) 可以自定义图形或非图形对象，而v l l s p 不能； ( 3 ) 可直接访问a u t o c a d 数据库的核心数据结构和代码，能够在运行期河扩展 a u t o c a d 固有的类及其功能，创建能够全面享受a u t o c a d 固有命令特权的新命令。 但由于a r x 是在w i n d o w s 及v c h 编程环境运行，所以对开发者的编程能力要求较 高，同时开发过程也相当复杂。 a r x 缺点是： ( 1 ) 与a u t o c a d 命令交互的功能与v b a 并没有实质性的区别，同样很难借用 a u t o c a d 强大的绘图命令； ( 2 ) 对程序设计者的计算机和专业知识、软件专业知识要求较高。而且程序运 行风险较大，a r x 程序的崩溃，常常会连带a u t o c a d 甚至w m d o w s - - 起崩溃。一 般来说，a r x 着眼于应用程序的智能性，而a u t o l i s p 着眼于应用程序的交互性， a d s 、a c + + 则着眼于应用程序的综合性。 3 ) 基于a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术的v b a 等开发工具【2 1 1 a c t i v e xa u t o m a t i o n 服务器应用程序是通过自身对象的属性、方法、事件外显 其功能，对象是服务器应用程序的简单而抽象的代表。不管是用v b 、v c 、 o f f i c e 、v b a 等从外部，还是用a u t o c a dv b a 从内部对a u t o c a d 进行二次 开发，都是通过调用a u t o c a d 的对象体系结构来进行的。a u t o c a da c t i v e x a u t o m a t i o n 技术将a u t o c a d 的各种功能封装在a u t o c a da c f i v e x 对象中，供用 户编程时使用。a u t o c a d 中提供的所有对象组成一个树形结构，每个对象代表了 a u t o c a d 的一个明确的功能。a u t o c a d a c t i v e ) ( 所具备的绝大数a u t o c a d 功能， 均以方法和属性的方式被封装在a c t i v e x 对象中。a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术的完全 面向对象化编程的特点，使其开发环境具备了强大的开发能力和简单易用的优良 特点，开发工具的选择也具有很大的灵活性。a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术就是提供 了一种通过编程的方法从a u t o c a d 内部或外部来控制a u t o c a d 的一种机制，这 种机制允许客户程序( 即由开发工具开发的程序) 通过对a u t o c a d ( 称之为服务 程序) 对象的属性和方法的操作，从而实现用户对a u t o c a d 编程的要求。所以， 利用a e t i v e xa u t o m a t i o n 技术，是极具潜力的一种开发手段。a u t o c a da c t i v e x a u t o m a t i o n 技术正是为在其他软件系统中嵌入a u t o c a d 提供了前提条件。 a u t o c a da c t i v e ) ( 对象分为5 种类型：图形对象、样式设置对象、组织结构、 图形显示对象以及a u t o c a d 应用程序和文档。所有这些对象按照一定的层次和 隶属关系组成对象模型树 2 2 1 ，可以通过对最上层a p p l i c a t i o n 对象的方法和属性 逐级向下访问每个对象，从而获得每个对象代表的功能。 本课题研究的通信车系统e m c 软件后置处理可视化开发的特点是时间要求较 短，因此，用v b a 编写程序更容易。而且，用v i s u a lb a s i c 进行系统的开发编程简 单，并且界面美观。同时v i s u a lb a s i c 提供了强大的a c t i v e x 控件支持，减轻了程序 第二章软件结构与可视化图形平台开发 员的开发负担。v b a ( m i c r o s o f t v i s u a l b a s i c a p p l i c a t i o n ) 是i 刍a u t o c a d r l 4 开始嵌套 在a u t o c a d 之中的一个面向对象的编程环境，它提供了丰富的开发能力，能直接 在a u t o c a d 内部执行。它是通过a u t o c a d a c t i v e x a u t o m a t i o n 接口向a u t o c a d 发送 消息并执行