基于XML的系统配置及改进技术

胡秀伟

~整理资料，仅供参考，如有纰漏请大家指正，一起研究~

FG的架构图

1引言

在FlightGear软件体系中使用了大量的XML文档作为配置文件，用于定义软件的运行环境，外界数据（云层、地形等），以及各类飞行器参数定义等。本节从XML语言的发展和规则入手，说明了解析XML文档的具体过程和利用XML文件配置FlightGear的平显系统参数的具体方法。介绍内核轻便、操作简单的miniXML解析库，并利用miniXML改进了FlightGear内的XML解析方法。

2基于XML的配置文件2.1XML语言简介

XML的全称是Extensible Markup Language，意为可扩展标记语言，与HTML一样，是标准通用标记语言(Standard Generalized Markup Language，SGML)的一个子集，是W3C为解决HTML扩展性不强、交互性差和语法定义不强等缺点而制定的。它将数据和程序分开，以开放的、自我叙述的方式定义了数据结构，在描述数据内容的同时能突出数据的结构，进而体现出数据与数据间的相互关系。

XML是一种元标记语言，其文档由XML元素组成。每个元素需要有开始标签和结束标签，开始标签和结束标签之间的信息为该元素的内容。标签表示的是数据的含义而不是数据的显示形式，并且可以由用户自由定义元素的名称，使其具有特定的含义，方便人们理解作者的意图。

每个XML文档都是由XML声明开始，一般情况下XML文档的第一行便是XML声明，例如：<?xml version ="1.0"encoding="UTF-8"?>，声明指定了文档中使用的XML版本和字符集。XML最常用的标签由包围在小于号（<）和大于号（>）之间的文本组成，例如<tag>。起始标签(start tag)表示一个特定区域的开始，例如<start>；结束标签(end tag)标志着该区域的结束，除了在小于号后面紧跟着一个斜线（/）外，其余和起始标签基本一样，例如</end>。XML还定义了标签的属性(attribute)，他们是定义在小于号和大于号之间的值，例如<rotor type="bool">true</rotor>中type的属性。

XML语言的优缺点如下表所示。

表XML语言的优缺点

胡秀伟

2.2 XML 标准配置文件
在 FlightGear 系统中使用的 XML 文件以声明<?xml version=" 1.0"?>开头，此行之前不能有空行或字符，根元素为 PropertyList，其数据形成一个树形层次的结构。标准配置格式如下：
<?xml version="1.0"?>
<PropertyList>
<orientation>
<heading-deg type="double">0.0</ heading-deg >
<pitch-deg type="double">0.0</ pitch-deg >
<roll-deg type="double">0.0</ roll-deg >
</ orientation >
</PropertyList>
其中，PropertyList 是根元其中，PropertyList 是根元素，它存在一个子元素 orientation，即方向属性，方向属性自身有三个子元素 heading-deg，pitch-deg 和 roll-deg，表示直升机的航向角、俯仰角和滚转角，
type="double"表示值为“双精度”型实数，三个方向的值都设置为 0.0。
3 XML 配置文件的解析
对 XML 文档的解析以及参数的管理，需要建立树状的数据结构，各元素的属性值作为属性树的一个节点，节点之间形成父子、兄弟关系。在解析文档时，根元素对应属性树的根节点，每读取一个元素，就生成一个节点，遇到子元素，就生成逻辑上的子节点与之对应。对节点操作，首先需要遍历 XML 属性树，查找到相应的节点，然后进行读取属性、修改、删除、保存等操作。如下例。
< PropertyList >
<startup>
<width type="int">100</ width >
<height type="int">50</ height >
</startup>
<hud>
<path> Huds/default.xml</path>
<y-offset>190</y-offset>
</ hud>
< /PropertyList >
XML 示例说明如下：
(1) 读取起始标签< PropertyList >，生成根节点 PropertyList。
(2) 读取标签< startup >，生成节点 startup，作为根节点的第一个子节点。
(3) 读取标签< width >，生成节点 width，作为 startup 节点的子节点。读取该节点标签属性 type，记录其属性为 int。读取 width 节点的值为 100，数据类型为 int 型。
(4) 遇到结束标签< /width >，返回到节点 startup 处，读取标签< height >，生成 height 节点，作为 startup 节点的子节点。
(5) 遇到结束标签< /startup >，返回根节点 PropertyList 处。
(6) 读取标签< hud >，生成 hud 节点，作为 PropertyList 根节点的第二个子节点。
(7) 分别读取标签< path >和< y-offset >，生成 path 节点和 y-offset 节点作为 hud 节点的两
个子节点。遇到结束标签时，返回 hud 节点处。
(8) 遇到结束标签< /PropertyList >，完成整个文档的解析。经过以上步骤的解析，最终将
生成如下图所示的属性树。

胡秀伟

胡秀伟 发表于 2012-4-13 21:51
2.2 XML 标准配置文件
在 FlightGear 系统中使用的 XML 文件以声明开头，此行之前不能有空行或字符，根元素 ...

根据上例，可以总结出 FlightGear 软件体系中解析 XML 文档的主要流程，如图下所示。

胡秀伟

在解析开始时，首先检查 XML 文档的文件头，对于不符合标准规范的 XML 文档，是无法解析的。在解析 XML 节点时，首先读取文本标签，记录下文本标签的属性，然后判断是否需要记录该标签的属性，如果不需要记录属性值，则跳过该步骤。保存标签的属性值后，将属性值写入程序参数中。接着开始对下一节点的解析，重复以上步骤，直至 XML 文档解析结束。
了解xml脚本文件的简单结构，估计大家就知道建立简单模型的方法了。xml文件标记了一些程序运行需要的信息，它本身不会去执行，它的执行方式是被调用。xml为程序增添了扩展性，比如我们有时会在xml文件里调节游戏手柄的按键，这样就使程序更加灵活。以f18为例，首先说f18-set.xml.

胡秀伟

3.1解析实例（f18-set.xml）
     FlightGear在导入模型的时候会首先找这个文件，因为该脚本里定义了模型文件的位置及其它相关信息，打开脚本文件：
     首先是：
    <description>F-18 Hornet Royal Canadian Air Force</description>
          <author>Fabrice Kauffmann</author>
          <status>Early production</status>
          <flight-model>jsb</flight-model>
          <aero>f18</aero>
     从英文标记描述可看出这部分定义了一些基本信息，其中最重要的是<flight-model>jsb</flight-model>，因为此句定义了气动模型为“jsb”。
    接下来：<splash-texture>Aircraft/f18/f18-splash.rgb</splash-texture>      
                 飞机贴图文件位置
                 <path>Aircraft/f18/f18-sound.xml</path>
                  声音控制脚本位置，f18-sound.xml里面定义了声音文件位置，格式为“.wav”
                 <path>Aircraft/f18/Models/f18.xml</path>
                  模型控制脚本位置，待会儿会具体说f18.xml文件
                 <path>Aircraft/f18/Panels/f18-2d-panel.xml</path>
                  面板（即机舱视角）控制脚本，里面主要定义了贴图文件位置，这些贴图文件是在建模时贴上去的
                 <path n="1">Aircraft/f18/f18-hud.xml</path>
                 飞机HUD文件
     这些只是最简单的配置，主要是了解xml的作用，还有很多实现其它功能复杂的配置，包括与Nasal的配合等。因本人才疏学浅也不是很了解编写方法和作用，实际上只是FG为这些标记预留了处理接口而已。
     下面说位于Models文件夹下的f18.xml，（这里要声明一下：与Models同级目录下也有一个f18.xml脚本，里面定义的内容很复杂，所以还请牛人指教小弟一下，该文件不可缺）首先看里面的内容，以这样一部分结构为例：
      -<animation>
          <type>rotate</type>
          <object-name>RudderLeft</object-name>
          <property>surface-positions/rudder-pos-norm</property>
          <factor>30</factor>
        -<axis>
          <x1-m>4.46901</x1-m>
          <y1-m>-1.03207</y1-m>
          <z1-m>0.670875</z1-m>
          <x2-m>4.84972</x2-m>
          <y2-m>-1.39064</y2-m>
          <z2-m>1.71914</z2-m>
          </axis>
      </animation>

     对象名为：RudderLeft（<object-name>RudderLeft</object-name> ，该句定义），还记得我说过建模时飞机模型的各个对象名不可以随便取吧，就是因为在这个脚本里需要引用，脚本里定义的名称为RudderLeft，则模型里面的“左舵角”名称也应为RudderLeft，否则初始化的时候将因找不到该对象而报错。<property>surface-positions/rudder-pos-norm</property> 定义了属性的节点；后面的参数因机型的不同而不同，具体值大家需要查资料了。
     该脚本的其它内容在结构功能上与此相似，各对象名称需要与模型相对应。
     当然，脚本里不仅仅只定义了这些功能，要想了解还需深入研究啊。
     不过，了解了以上这些，构建一个不精准的模型还是可以的，FG模型文件的构建步骤也差不多是这样。
     以上是本人研究过的东西，还希望这方面的前辈帮助指正，交流。

胡秀伟

f18截图....................

胡秀伟

胡秀伟 发表于 2012-4-13 21:58
f18截图....................

现在正在学这块，顺便说下楼主提到的关于<animation>标签的作用：
这个标签的作用是驱动.ac文件也就是FG中标准的ac3d模型文件，也就是说让.ac文件中飞机的各个部件“动”起来，比如说着落过程中需要放下飞机的起落架，这个动作在模型中实际上是移动起落架从一个位置到另一个位置，这个动作就需要<animation>标签来完成。
说下楼主贴出来的程序中子标签的作用<type>标签是指具体的动作方式，如这里指定了rotate，就是指围绕某坐标轴旋转到一个特定的位置，FG还提供了其他几个动作，none:无改变，spin:绕某坐标轴以一定速度自转,translate：沿某轴移动。
<object-name>标签就是楼主说的飞机某部件的名称，定义在相应的.ac文件中。
<property>是为FG指定路径，FG通过该路径启动该动作。
<factor>改变状态的参数，FG会通过该参数进行比例转换。
<axis>坐标系参数。

胡秀伟

3.2解析实例（HUD平显配置）
本节对FlightGear 的平显(HUD)系统配置和直升机参数配置做详细的描述。HUD(Head Up Display)是目前普遍运用在航空器上的飞行辅助仪器。平视的意思是指飞行员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯。平视显示器最早出现在军用飞机上，降低飞行员需要低头查看仪表的频率，避免注意力中断以及丧失对状态意识(Situation Awareness)的掌握。因为 HUD 可以显著提高飞行的安全性，民航机也纷纷跟进安装。
HUD 利用光学反射的原理，将重要的飞行姿态信息投射在一片玻璃上面，它位于座舱前端，
与飞行员视平线的高度大致与成水平，投射的文字和影像调整在焦距无限远的距离上面，飞行员透过 HUD 向前方看的时候，能够将前方的景象与 HUD 显示的信息融合在一起。HUD 投射的信息主要与飞行安全有关，例如飞行速度，飞行高度，航向，高度变化速率，滚转角度等。
FlightGear 飞行模拟器中的 HUD 平显系统配置文件在$FG_ROOT \data\Huds 目录下。其中$FG_ROOT 表示为 FlightGear 的安装路径。该目录下的文件列表如图所示

胡秀伟

胡秀伟 发表于 2012-4-13 22:01
3.2解析实例（HUD平显配置）
本节对FlightGear 的平显(HUD)系统配置和直升机参数配置做详细的描述。HUD(He ...

图.....................

胡秀伟

其中 Instruments 文件夹下的配置文件为目前 FlightGear 飞行模拟器默认使用的 HUD 系统配置文件。其余的配置文件为 FlightGear 软件 0.7 版本之前的平显配置文件，现在已经不再使用。Instruments 目录下文件列表如图所示