u m l 建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用 研究 摘要 針對教育資源相對不足的現(xiàn)狀，我國正在積極發(fā)展網(wǎng)絡(luò)教育，運用先進(jìn)的信 息技術(shù)和教育技術(shù)整合各類教育資源。實驗教學(xué)一直是網(wǎng)絡(luò)教育的一個薄弱環(huán) 符，迫切需要建立多種實用、高效的網(wǎng)上虛擬實驗室。虛擬實驗仿真系統(tǒng)研究課 題就是在這種情況下提出的。 虛擬實驗仿真系統(tǒng)分為仿真平臺和管理平臺兩個部分。仿真平臺仿真了電類 實驗( 電路分析、電路與信號和數(shù)字電路) 中大部分實驗器材，學(xué)生可以在仿真 平臺進(jìn)行實驗。仿真平臺采用a c t i v e x 技術(shù)，使用v i s u a lc 十語言在w i n d o w s 操作系統(tǒng)下開發(fā)。管理平臺增加了學(xué)籍管理、實驗管理、學(xué)生實驗等模塊，與仿 真平臺一起構(gòu)成了一個完整的系統(tǒng)，可以較好的為高校遠(yuǎn)程實驗教學(xué)服務(wù)。管理 平臺基于b s 結(jié)構(gòu)，在j a v a 平臺上進(jìn)行開發(fā)。 本論文介紹了u m l 建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用，結(jié)合軟件工 程思想討論了面向?qū)ο蟮姆治觥⒚嫦驅(qū)ο蟮脑O(shè)計、面向?qū)ο蟮臏y試的理論，以及 這些理論在虛擬實驗仿真系統(tǒng)中開發(fā)各個階段的應(yīng)用。 論文的第二章介紹了u m l 技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，以及面向?qū)ο蠹夹g(shù)和面向?qū)ο蟮?軟件工程。第三章詳細(xì)介紹了u m l 技術(shù)在系統(tǒng)開發(fā)需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、對象設(shè) 計階段的應(yīng)用，也討論了系統(tǒng)實現(xiàn)階段和測試階段的工作。 關(guān)鍵詞：u m l 面向?qū)ο笤O(shè)計軟件工程虛擬實驗 望塑塑墜墅型銎生笙苧一一一一 竺墜塞堡墊查堡宣墊塞墼墮塞墨竺莖莖塑壁里里塞 s t u d yo nu m lm o d e l i n gt e c h n o l o g y i n t h ed e v e l o p m n e tp r o c e s so fv i t 刪上 e x p e r i 妊猻ts y s t e m a b s t r a c t a c c o r d i n gt o t h es i t u a t i o no ft h e r e l a t i v el a c ko ft h ee d u c a t i o n r e s o u r c e s ，o u rc o u n t r yi s d e v e l o p i n gn e t w o r ke d u c a t i o na n du s e a d v a n c e di n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y a n de d u c a t i o n t e c h n o l o g y t o o p t i m i z e a l lk i n d so fe d u c a t i o n r e s o u r c e s e x p e r i m e n te d u c a t i o n n e e de s t a b l i s hm a n y a p p l i e da n d e f f e c t i v en e t w o r kv i r t u a ll a b o r a t o r y b e c a u s ee x p e r i m e n te d u c a t i o ni saw e a k p a r to f n e t w o r ke d u c a t i o n t h e s t u d y o ft h ev i r t u a le x p e r i m e n t s y s t e m h a sb e e nb r o u 9 1 1 tf o r w a r d b e c a u s eo ft h ea b o v em e n t i o n e d v i r t u a l e x p e r i m e n ts y s t e mh a st w op a r t s ：e m u l a t i o np l a t f o r ma n d m a n a g e m e n tp l a t f o r m t h ee m u l a t i o np l a t f o r mh a se m u l a t e dt h e m o s ta p p a r a t u so fe l e c t r i c e x p e r i m e n t s ，i n c l u d i n gc i r c u i ta n a l y s i s e x p e r i m e n t ，c i r c u i t a n d s i g n a le x p e r i m e n t a n d d i g i t a l c i r c u i t e x p e r i m e n t s t u d e n t sc a nf i n i s ht h e i re x p e r i m e n to nt h ee m u l a t i o n p l a t f o r m t h ed e v e l o p m e n t o fe m u l a t i o n s y s t e m u s e da c t i v e x t e c h n o l o g ya n d v i s u a lc + + p r o g r a m m i n g l a n g u a g eu n d e rw i n d o w s o p e r a t i o ns y s t e m t h em a n a g e m e n t p l a t f o r m a d d e d “u s e r m a n a g e m e n t ”，“e x p e r i m e n tm a n a g e m e n t ”，“s t u d e n te x p e r i m e n t m o d u l e sa n ds oo n t h ee m u l a t i o np l a t f c i r i l la n dt h em a n a g e m e n t p l a t f o r mm a k eu po f af u l ls y s t e m t h ef u l ls y s t e mc a ns e r v ed i s t a n t e x p e r i m e n t e d u c a t i o no fu n i v e r s i t i e s t h e d e v e l o p m e n t o ft h e m a n a g e m e n tp l a t f o r m i sb a s e do nb sa r c h i t e c t u r ea n du s ei a v a t e c h n o l o g y 4 生塑業(yè)型塑堡苧一些塞堡莖查壟壘墊壅竺笪塞墨竺塹莖主墮壁旦堡塞 t h e p a p e ri n t r o d u c e dt h es t u d yo nu m l i nt h ed e v e l o p m e n t p r o c e s s o fv i r t u a l e x p e r i m e n ts y s t e m ，d i s c u s s e d t h et h e o r i e s o f o b j e c t _ o r i e n t e da n a l y s i s ， o b j e c t o r i e n t e dd e s i g n a n d o b j e c t o r i e n t e dt e s ta n dt h ea p p l i c a t i o no ft h e s et h e o r i e s t h es e c o n d p a r t o ft h e p a p e r i n t r o d u c e du m l t e c h n o l o g y , o b j e c t o r i e n t e d t e c h n o l o g y a n d o b j e c t o r i e n t e d s o f t w a r e e n g i n e e r i n g t h et h i r dp a r to ft h ep a p e ri n t r o d u c e di nd e t a i lt h e a p p l i c a t i o no fu m l i n r e q u i r e m e n ta n a l y s i s ，s y s t e md e s i g na n d o b j e c t d e s i g na n d d i s c u s s e dt h ew o r ko f s y s t e mi m p l e m e n t a t i o na n d t e s t i n g k e y w o r d s ：u m l ，o b j e c t o r i e n t e dd e s i g n ，s o f t w a r ee n g i n e e r i n g ， v i r t u a le x p e r i m e n t 北京郵電大學(xué)碩士論文m 禮建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究 獨創(chuàng)性( 或創(chuàng)新性) 聲明 本人聲明所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所 知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰 寫過的研究成果，也不包含為獲得北京郵電大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材 料。與我一同_ 作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝 意。 中請學(xué)位論文與資料若有不實之處本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本人簽名日期 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 學(xué)位論文作者完全了解北京郵電大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校 攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬北京郵電大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留井向國家有關(guān)部門或 帆構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許學(xué)位論文被查閱和借閱：學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部 或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。( 保密的學(xué)位 論文在解密后遵守此規(guī)定) 保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密在一年解密后適用本授權(quán)* 。非保密論文注釋： 本學(xué)位論文不屬于保密范同，適用本授權(quán)書。 本人簽名 導(dǎo)師簽名 日期： 日期： 2 北京郵t 乜大學(xué)碩十論立 u m l 建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究 i i 論文背景 第1 章引言 1 1 1 遠(yuǎn)程教育概況 遠(yuǎn)程教育是學(xué)生與教師、學(xué)生與教育組織之間主要采取多種媒體方式進(jìn)行系 統(tǒng)教學(xué)和通信聯(lián)系的教育形式，是將課程傳送給校園外的一處或多處學(xué)生的教 育?，F(xiàn)代遠(yuǎn)程教育則是指通過音頻、視頻( 直播或錄像) 以及包括實時和非實時 在內(nèi)的計算機技術(shù)把課程傳送到校園外的教育。 世界遠(yuǎn)程教育的歷史可以追溯到本世紀(jì)3 0 年代。隨著先進(jìn)的信息技術(shù)，特別 是互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，遠(yuǎn)程教育的特征發(fā)生了深刻的變化。遠(yuǎn)程教育技術(shù)大致經(jīng)歷了 以p4 個階段的發(fā)展： 第一代遠(yuǎn)程教育技術(shù)的特征是單向傳輸。這一時期遠(yuǎn)程教育技術(shù)主要用于從 老師到學(xué)生的信息傳遞，這種傳遞模式?jīng)]能起到學(xué)生之間溝通的作用，僅實現(xiàn)了 師生之間有限的交流。當(dāng)時的傳輸技術(shù)還受到時間的限制( 例如學(xué)生們收聽收音 機和收看電視節(jié)目的時間是預(yù)先安排好的) 。 第二代技術(shù)出現(xiàn)在t 9 6 0 年，大大改進(jìn)了第一代技術(shù)對時間的依賴性。錄像 機和有線電視的出現(xiàn)，使遠(yuǎn)程教育課程傳播部分不受時間限制，將錄制好的課程 內(nèi)容的錄像帶發(fā)給學(xué)生，使他們可以隨時觀看。然而，在別的方面，這一代遠(yuǎn)程 敦育技術(shù)同上一代相比并沒有太大的不同：學(xué)生之間、師生之間的交流還是很少。 第三代遠(yuǎn)程教育技術(shù)同以前相比，教師可以傳送大量更加復(fù)雜的信息給學(xué) 生，使學(xué)生之間、師生之間可以通過電子郵件、聊天室和電子公告牌進(jìn)行交流。 計算機輔助教學(xué)、計算機模擬以及其他通過計算機磁盤、光盤和互聯(lián)網(wǎng)等途徑的 電于二資源進(jìn)一步表現(xiàn)出這一代遠(yuǎn)程教育的特征。 第四代遠(yuǎn)程教育技術(shù)更加先進(jìn)。學(xué)生之間、師生之間的交流得到了加強。進(jìn) 北京筋屯大學(xué)碩士論文u m l 建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)串的應(yīng)用研究 行交換的信息的數(shù)量和種類顯著增加，信息更新更快捷。從而減少了遠(yuǎn)程教育對 時間和空間的依賴性，使實現(xiàn)真正意義上的虛擬大學(xué)成為可能。 現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育融合了第二、三、四代技術(shù)，是隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn) 生的一種新型教育方式。計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，特別是因 特網(wǎng)( i n t e r n e t ) 的迅猛發(fā)展，使遠(yuǎn)程教育的手段有了質(zhì)的飛躍，成為高新技術(shù)條 件下的遠(yuǎn)程教育。 根據(jù)遠(yuǎn)程教育的定義，可歸納出它有如下一些特點： 學(xué)生與教師分離 采用特定的傳輸系統(tǒng)和傳播媒體進(jìn)行教學(xué) 信息的傳輸方式多種多樣 學(xué)習(xí)的場所和形式靈活多變 與傳統(tǒng)教育相比，遠(yuǎn)程教育的優(yōu)勢在于它可以突破時空的限制；提供更多的 學(xué)習(xí)機會：擴(kuò)大教學(xué)規(guī)模；提高教學(xué)質(zhì)量：降低教學(xué)的成本?；谶h(yuǎn)程教育的特 點和優(yōu)勢，許多有識之士已經(jīng)認(rèn)識到發(fā)展遠(yuǎn)程教育的重要意義和廣闊前景。 1 1 2 課題的提出 針對教育規(guī)模大、教育資源相對不足的現(xiàn)狀，我國正在積極發(fā)展網(wǎng)絡(luò)教育， 運用先進(jìn)的信息技術(shù)和教育技術(shù)整合各類教育資源。實驗教學(xué)一直是網(wǎng)絡(luò)教育的 一個薄弱環(huán)節(jié)。迫切需要建立多種實用、高效的網(wǎng)上虛擬實驗室。利用網(wǎng)上虛擬 實驗室進(jìn)行教學(xué)，可以解決傳統(tǒng)實驗教學(xué)方式在時間和空間上的限制，大大節(jié)約 實驗成本和經(jīng)費。并可更好地培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)及創(chuàng)新能力。隨著遠(yuǎn)程教育的不斷 普及，網(wǎng)上虛擬實驗室也必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。 該課題是北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院的項目，它包括三個子課題：電路分 廳 虛擬實驗、電路信號虛擬實驗、數(shù)字電路虛擬實驗。課題的提出主要為北京郵電 大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)教育服務(wù)，課題同時包括了一個虛擬實驗的管理平臺的開發(fā)。本文主 要分紹了u m l 技術(shù)在電路分析虛擬實驗系統(tǒng)的應(yīng)用。 1 1 3 課題的開發(fā)目標(biāo) 依據(jù)電路分析、電路信號、數(shù)字電路實驗課程的教學(xué)內(nèi)容，用虛擬的方法模 擬實驗中實際用到的器材設(shè)備，提供給用戶與真實環(huán)境相同的情景，用戶按照要 北京郵電大學(xué)碩 論文 u m l 建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究 求設(shè)計完成這三門課程的實驗。針對成人本科教育，開發(fā)配套的可在網(wǎng)上開展實 驗的虛擬實驗系統(tǒng)，解決相關(guān)的實驗教學(xué)問題，同時為其他課程的虛擬實驗系統(tǒng) 的開發(fā)提供可重用的技術(shù)和代碼。 通過使用本系統(tǒng)，使學(xué)生完成本科教學(xué)大綱要求的各種重要的電路實驗。系 統(tǒng)具有提示及幫助功能，以便指導(dǎo)學(xué)生完成實驗。系統(tǒng)對實驗結(jié)果進(jìn)行記錄，并 可以重現(xiàn)實驗結(jié)果。系統(tǒng)具有良好的可重用性與自由性，系統(tǒng)對實驗的過程沒有 限定，可以隨意添加或者減少使用的電路設(shè)備；在自主實驗中，用戶運用系統(tǒng)提 供的設(shè)備和功能，可以建立一個屬于自己的電路。如果用戶為教師，則還可以在 定制實驗之后，對指定的學(xué)生發(fā)布實驗。學(xué)生完成實驗提交后，教師可對其批改 評分。系統(tǒng)具有良好的界面效果。所模擬的電路器材操作界面與實際器材一致， 其他設(shè)備的操作界面與實際使用的器材接近，這將極大的方便用戶的學(xué)習(xí)與使 用：同時系統(tǒng)的實驗場景盡量仿照真實的實驗環(huán)境，增強用戶使用本系統(tǒng)的興趣 與沉浸感。 學(xué)習(xí)了電路的相關(guān)知識后，用戶將可以通過本仿真系統(tǒng)來進(jìn)行電路實驗。本 系統(tǒng)提供的仿真界面與真實的器材操作界面基本相同，用戶即使沒有操作電路的 經(jīng)驗也可以在本系統(tǒng)上做實驗，并有助于適應(yīng)真實的器材操作；同時有操作真實 器材經(jīng)驗的用戶可以很快熟悉本仿真系統(tǒng)。 電路實驗仿真系統(tǒng)提供一個虛擬實驗平臺，其核心是對電路作數(shù)值計算的程 序，也就是電路仿真程序。利用平臺，教學(xué)的模式實現(xiàn)了實驗。和理論緊密配 合，做到先在平臺上”搭”電路，看見電路能干什么”，”干的怎么樣”，再從理論 上理解”為什么會是這樣”，推論出有一般意義的結(jié)論。學(xué)生可以隨時4 設(shè)計。電路， 到平臺上仿真，檢驗設(shè)計的正確性，考查自己對知識理解和積累的程度。該系統(tǒng) 可以用在電路技術(shù)基礎(chǔ)課程的輔助教學(xué)上，諸如：電路理論，電路分析等。在廣 度和深度上可以滿足高校本科、高職乃至中等職業(yè)學(xué)校電類或非電類不同層次的 相類似課程的教學(xué)需要。操作界面的總體布局如下： 界面左右有器材欄，屬性欄，中間為實驗區(qū)。下方有信息提示區(qū)。屬性欄、 器材欄為豎直窗體，位簧可自由移動( 單擊邊框，鼠標(biāo)拖動) 。 屬性欄：提供用戶在實驗區(qū)中所選擇的器材的屬性和和對復(fù)雜器材的操作。 屬性欄將隨著器材的大小而改變大小。 北京郵電大學(xué)碩上論文 u m l 建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究 器材欄：提供當(dāng)前實驗所要使用的器材。使用器材的圖標(biāo)和相應(yīng)描述文字進(jìn) 行顯示和說明。 實驗區(qū)：在此區(qū)域中，搭建實驗電路，進(jìn)行實驗操作，儀表讀數(shù)等。 提示信息出現(xiàn)在實驗區(qū)的左上方，提示信息有不同的種類，用戶可以選擇顯 示何種信息。具體實現(xiàn)操作界面如圖i - i 所示。 圖卜l 實驗系統(tǒng)操作界面 1 1 4 課題的技術(shù)理論背景 系統(tǒng)總體設(shè)計主要采用m v c 機制，即模型，視圖、控制囂。三者之間相互聯(lián) 系并保證足夠松的耦合。其中模型主要用來記錄數(shù)據(jù)和實現(xiàn)一些與操作沒有過多 關(guān)系的功能函數(shù)，如負(fù)責(zé)提供具體的數(shù)據(jù)操作接口、算法的功能實現(xiàn)以及處理控 制器不能處理的信息；視圖負(fù)責(zé)繪制，提供給用戶繪制的接口，并用來表示器材 以及各種操作在外觀產(chǎn)生的影響：控制器主要負(fù)責(zé)響應(yīng)各種鼠標(biāo)鍵盤事件，同時 調(diào)用模型和視圖提供的接口函數(shù)來修改具體的數(shù)據(jù)和繪制信息。 系統(tǒng)基本上由三層組成：引擎層、仿真框架層、具體仿真實現(xiàn)層。引擎層負(fù) 責(zé)底層的繪制，通用界面的繪制，底層信息的采集，信息處理泵的運轉(zhuǎn)，信息處 理函數(shù)的調(diào)用，以及整體的初始化與銷毀。仿真框架層提供了一個針對各種仿真 系統(tǒng)的較通用的f r a m e w o r k ，它是在引擎層的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，負(fù)責(zé)仿真流程的運 轉(zhuǎn)，為上層的具體實現(xiàn)層提供針對引擎層的功能調(diào)用接口。具體仿真實現(xiàn)層實現(xiàn) 4 北京郵電大學(xué)碩士論文 u m l 建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究 了電路仿真這一具體仿真系統(tǒng)的各種功能，包括電路的模擬仿真算法，以及各種 器材的具體布局的模擬。 課題充分利用了已有的框架、函數(shù)庫和各種設(shè)計模式，從而提高構(gòu)建系統(tǒng)的 效率。本課題主要使用了m f c 類庫和s t d 標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫。 在整個開發(fā)中，我們在w i n d o w s 環(huán)境下，使用d i r e c t 3 d 作為繪制的底層接 口，充分利用硬件性能，達(dá)到了在消耗很少資源的情況下快速繪制，從而很好的 模擬了示波器等電路設(shè)備。本軟件作為虛擬實驗平臺，通過使用組件技術(shù)將用戶 信息管理、實驗管理、成績管理等與仿真模擬比較無關(guān)的部分放在了組件之外， 使用網(wǎng)頁語言來連接數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行仿真無關(guān)的邏輯運算，而將仿真組件的重點放 在了仿真平臺的構(gòu)建上。 1 2 論文的主要內(nèi)容和本人承擔(dān)的工作 在政虛擬實驗仿真系統(tǒng)的整個開發(fā)過程中，我們最大限度的運用統(tǒng)一建模語 言u m l 技術(shù)，使用u m l 對需求進(jìn)行建模，并結(jié)合用例驅(qū)動的開發(fā)過程，從需求分 析到數(shù)據(jù)庫設(shè)計，從詳細(xì)設(shè)計到系統(tǒng)實現(xiàn)及測試，都將以用例為指導(dǎo)。 論文重點描述了系統(tǒng)開發(fā)的分析和設(shè)計階段對u m l 技術(shù)的使用。在需求分析 階段，采用u m l 技術(shù)中的用例圖，對系統(tǒng)的需求建模，清晰的描述了系統(tǒng)的需求； 在系統(tǒng)設(shè)計階段，采用咖l 技術(shù)中的配置圖，對系統(tǒng)的b s 架構(gòu)下的分布式計算 環(huán)境建模，展示了系統(tǒng)運行時各個邏輯組成部分的分布；在對象設(shè)計階段，采用 u m l 技術(shù)中的類圖，對系統(tǒng)中的對象及對象之間的關(guān)系進(jìn)行建模，使系統(tǒng)的靜態(tài) 結(jié)構(gòu)一目了然。 在面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)開發(fā)中，u m l 技術(shù)是一個強有力的工具，可以使系統(tǒng)開更 加高效，更加符合面向?qū)ο蟮脑瓌t。虛擬實驗仿真系統(tǒng)的開發(fā)，大量的采用了 u m l 技術(shù)，取得了良好的效果。 作者在該項目中完成的主要工作如下： 1 管理平臺的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、對象設(shè)計以及數(shù)據(jù)庫設(shè)計，“學(xué)生 實驗”、“實驗管理”等模塊的編碼和測試工作。 2 仿真平臺的控制器的設(shè)計、實現(xiàn)及測試。 3 為整個系統(tǒng)( 包括管理平臺和仿真平臺) 制作安裝程序。 4 使用r o s e 為系統(tǒng)建模，繪制了系統(tǒng)分析和設(shè)計需要的用例圖和類圖。 北京麟i u 大學(xué)碩 j 論文u m l 建橫技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究 第2 章u ml 技術(shù)概述 2 1u m l 技術(shù)的發(fā)展 u m l 是在常用的一些面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)o m t ( o b j e c t o r i e n t e dm o d e l i n g t e c h n o l o g y ) 的基礎(chǔ)上，由三位面向?qū)ο蟠髱焈 一g r a d yb e e c h 、i v a rj a c o b s o n 、 j i mr u m b a u t h 在r a t i o n a l 公司的組織下，統(tǒng)一了各種方法和不同的標(biāo)準(zhǔn)，于1 9 9 7 年1 1 月1 7 日正式由對象管理組織( 叫g(shù) ) 批準(zhǔn)u m l i 1 成為世界標(biāo)準(zhǔn)建模語言。 我們稱之為統(tǒng)一建模語言u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e 。u m l 是一種編制系 統(tǒng)藍(lán)圖的標(biāo)準(zhǔn)化語言，可以對復(fù)雜的系統(tǒng)建立可視化的系統(tǒng)模型。 u m l 是一種定義良好，易于表達(dá)，功能強大且普遍實用的建模語言。它溶入 了軟件工程領(lǐng)域的新思想、新方法和新技術(shù)，不僅可以支持面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè) 計，更重要的是能夠有力地支持從需求分析開始的軟件開發(fā)的全過程。u m l 是一 種圖形語言，在軟件開發(fā)的整個過程中，從需求分析到結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)庫建模， u m l 都提供了模型化和可視化的支持。 u m l 是在多種面向?qū)ο蠼７椒ǖ幕A(chǔ)上發(fā)展起來的建模語言，它支持面向 對象的技術(shù)和方法，能夠準(zhǔn)確方便的表達(dá)面向?qū)ο蟮母拍睿w現(xiàn)面向?qū)ο蟮娘L(fēng)格。 在多種面向?qū)ο蠼７椒髋刹⒋婧拖嗷ジ偁幍木置嬷?，u m l 樹起了統(tǒng)一的旗 幟，使不同廠商開發(fā)的系統(tǒng)模型能夠基于共同的概念，使用相同的表示法，建立 彼此風(fēng)格一致的模型。u m l 的定義有兩個主要組成部分：語義和表示法。u m l 的 語義用自然語言描述，表示法定義了u m l 的可視化標(biāo)準(zhǔn)表示符號，這決定了u m l 是一種可視化的建模語言。這些圖形符號和文字用于建立應(yīng)用級的模型，在語義 上，模型是元模型的實例。此外u m l 的定義還給出了語法結(jié)構(gòu)的精確規(guī)約。 2 ，2u m l 技術(shù)的體系結(jié)構(gòu) u m l 是由圖和元模型組成的。圖是u m l 的語法，而元模型則給出圖的意思， 是e m l 的語義。也就是說u m l 是用元模型來描述的，元模型是四層元模型體系結(jié) 構(gòu)模式中的一層。此模式的其他層次分別是：元一元模型層、模型層和用戶對象 層。 北京郵電犬學(xué)碩士論文 u m l 建楱技術(shù)在虛 玨實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究 元模型的體系結(jié)構(gòu)模式已被證明可以用來定義復(fù)雜模型所要求的精確語義， 這種復(fù)雜模型通常需要被可靠地保存、共享、操作以及在工具之間進(jìn)行交換。它 的特點如下： 1 ) 它在每一層都遞歸地定義語義結(jié)構(gòu)，從兩使語義更精確、更正規(guī)。 2 ) ，它可用來定義重量級和輕量級擴(kuò)展機制，如定義新的元類和構(gòu)造型。 3 ) 它在體系結(jié)構(gòu)上將u m l 元模型與其他基于4 層元模型體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)( 比 如m o f 和用于模型交換的) ( m if a c i l i t y ) 統(tǒng)一起來。 在元模型層。u m l 元模型又被分解為三個邏輯子包：基礎(chǔ)包、行為元素包和 模型管理包。其中基礎(chǔ)包由核心、擴(kuò)展# 浠4 和數(shù)據(jù)類型三個子包構(gòu)成，它是描述 模型靜態(tài)結(jié)構(gòu)的語言底層結(jié)構(gòu)，支持類圖、對象圖、構(gòu)件圖、部署圖等結(jié)構(gòu)圖。 行為元素包是描述模型動態(tài)行為的語言上層結(jié)構(gòu)，支持不同的行為圖，包括u s e c a s e ( 用例) 圖、時序圖、協(xié)作圖、狀態(tài)圖和活動圖。模型管理包則定義了對模 型元素送行分組和管理的語義，它描述了幾種分組結(jié)構(gòu)，包括包、模型和子系統(tǒng)。 2 3u m l 技術(shù)的主要內(nèi)容 作為一種建模語言，u m l 的定義包括u m l 語義和u m l 表示法兩個部分。 ( i ) u m l 語義u m l 語義描述基于u m l 的精確元模型定義。元模型為u m l 的 所有元素在語法和語義上提供了簡單、一致、通用的定義性說明，使開發(fā)者能在 語義上取得一致，消除了因人而異的最佳表達(dá)方法所造成的影響。此外u m l 還支 持對元模型的擴(kuò)展定義。 ( 2 ) u m l 表示法定義u m l 符號的表示法，為開發(fā)者或開發(fā)工具使用這些圖 形符號和文本語法并對系統(tǒng)建模提供了標(biāo)準(zhǔn)。這些圖形符號和文字所表達(dá)的是應(yīng) 用級的模型，在語義上它是u m l 元模型的實例。 統(tǒng)一建模語言u m l 的重要內(nèi)容可以由下列五類圖( 共9 種圖形) 來定義： 第一類是用例圖，從用戶角度描述系統(tǒng)功能，并指出各功能的操作者。 第二類是靜態(tài)圖( s t a t i cd i a g r a m ) ，包括類圖、對象圖和包圖。其中類圖描 述系統(tǒng)中類的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，不僅定義系統(tǒng)中的類，表示類之間的聯(lián)系如關(guān)聯(lián)、依賴、 聚合等，也包括類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)( 類的屬性和操作) 。類圖描述的是一種靜態(tài)關(guān)系， 在系統(tǒng)的整個生命周期都是有效的。對象圖是類圖的實例，幾乎使用與類圖完全 相同的標(biāo)識。他們的不同點在于對象圖顯示類的多個對象實例，而不是實際的類。 北京郵電大學(xué)碩士論文u m l 建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究 一個對象圖是類圖的一個實例。由于對象存在生命周期，因此對象圖只能在系統(tǒng) 某一時間段存在。包由包或類組成，表示包與包之間的關(guān)系。包圖用于描述系統(tǒng) 的分層結(jié)構(gòu)。 第三類是行為圖( b e h a v i o rd i a g r a m ) ，描述系統(tǒng)的動態(tài)模型和組成對象間的 交互關(guān)系，包括狀態(tài)圖和活動圖。其中狀態(tài)圖描述類的對象所有可能的狀態(tài)以及 事件發(fā)生時狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件。通常，狀態(tài)圖是對類圖的補充。在實用上并不需要 為所有的類畫狀態(tài)圖，僅為那些有多個狀態(tài)其行為受外界環(huán)境的影響并且發(fā)生改 變的類畫狀態(tài)圖。而活動圖描述滿足用例要求所要進(jìn)行的活動以及活動間的約束 關(guān)系，有利于識別并行活動。 第四類是交互圖( i n t e r a c t i v ed i a g r a m ) ，描述對象間的交互關(guān)系，包括時 序圖和協(xié)作圖。其中時序圖顯示對象之間的動態(tài)合作關(guān)系，它強調(diào)對象之間消息 發(fā)送的順序，同時顯示對象之間的交互：協(xié)作圖描述對象間的協(xié)作關(guān)系，協(xié)作圖 跟時序圖相似，顯示對象問的動態(tài)臺作關(guān)系。除顯示信息交換外，協(xié)作圖還顯示 對象以及它們之間的關(guān)系。如果強調(diào)時間和順序，則使用時序圖；如果強調(diào)上下 級關(guān)系，則選擇協(xié)作圖。這兩種圖合稱為交互圖。 第五類是實現(xiàn)圖( i m p l e m e n t a t i o nd i a g r a m ) ，包括部件圖和配置圖。其中 部件圖描述代碼部件的物理結(jié)構(gòu)及各部件之間的依賴關(guān)系。一個部件可能是一個 資源代碼部件、一個二進(jìn)制部件或一個可執(zhí)行部件。它包含邏輯類或?qū)崿F(xiàn)類的有 關(guān)信息。部件圖有助于分析和理解部件之間的相互影響程度。配置圖定義系統(tǒng)中 軟硬件的物理體系結(jié)構(gòu)。它可以顯示實際的計算機和設(shè)備( 用節(jié)點表示) 以及它們 之間的連接關(guān)系，也可顯示連接的類型及部件之間的依賴性。在節(jié)點內(nèi)部，放黃 可執(zhí)行部件和對象以顯示節(jié)點跟可執(zhí)行軟件單元的對應(yīng)關(guān)系。 2 4u m l 技術(shù)與面向?qū)ο蟮能浖こ?2 4 1 面向?qū)ο蟾拍?面向?qū)ο蠹夹g(shù)是一種圍繞真實世界中的事物來組織軟件系統(tǒng)的技術(shù)。在這種 技術(shù)中，系統(tǒng)的基本構(gòu)成要素是對象。從軟件開發(fā)人員的角度來看，對象是一種 將數(shù)據(jù)和處理該數(shù)據(jù)的操作合并在一起的程序單元：從用戶的角度來看。對象是 一種具有屬性和行為的事物。對象可以是具體的也可以是概念性的。對象具有標(biāo) 北京郵電大學(xué)碩士論文 u m l 建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究 識唯一陛、分類性、多態(tài)性、繼承性和封裝性等基本特性。面向?qū)ο蠹夹g(shù)是通過 將存在于問題空間范圍內(nèi)的事物抽象成對象、建立對象和對象之間的通訊聯(lián)系來 進(jìn)行軟件開發(fā)的。 在面向?qū)ο蠹夹g(shù)中，除了引入對象這一最基本的概念之外，還引入了對象類 和類繼承性兩個基本概念。對象、對象類和類繼承性也就是數(shù)據(jù)抽象、抽象數(shù)據(jù) 類型和類型繼承，是面向?qū)ο蟮娜笠?。用公式表示就是?面向?qū)ο? 對象+ 對象類+ 類繼承性 在面向?qū)ο蟮姆治鲋校０丫哂邢嗤蛳嗨铺匦缘囊唤M對象抽象成類，對象 就是類的實例。系統(tǒng)中的類很少單獨存在，相反，大多數(shù)類以幾種方式相互協(xié)作。 因此，當(dāng)對系統(tǒng)建模時，不僅要識別形成系統(tǒng)詞匯的事物，而且必須對這些事物 如何相互聯(lián)系建模。 在面向?qū)ο蟮慕Ｖ?，? 種特別重要的關(guān)系：依賴( d e p e n d e n c y ) ，它表 示類之闊的使用關(guān)系i 泛化( g e n e r a l i z a t i o n ) ，它把一般類連接到它的特殊類， 也稱為超類子類關(guān)系或父類子類關(guān)系，就是通常所說的繼承關(guān)系：關(guān)聯(lián) t d s s o c l a t i o n ) ，它表示對象之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。其中的每一種關(guān)系都為組織對象 提供了不同的方法。下面深入討論這些關(guān)系的內(nèi)涵： 1 依賴 依賴( d e p e n d e n c y ) 是一種使用關(guān)系，它說明一個事物( 如類e v e n t ) 規(guī)格說 明的變化可能影響到使用它的另一個事物( 如類w i n d o w ) ，但反之未必。在圖形 上，把依賴畫成一條有向虛線，指向被依賴的事物，如圖2 一l 。當(dāng)要指明一個事 物使用另一個事物是，就使用依賴。 一一j 圖2 一l 在大多數(shù)情況下，在類的語境中用依賴指明一個類把另一個類作為它的操作 的特征標(biāo)記中的參數(shù)。這的確是一種使用關(guān)系，如果被使用的類發(fā)生變化，那么 另一個類的操作也會受到影響，因為這個被使用的類此時可能表現(xiàn)出不同的接口 或行為。 北京郵電大學(xué)碩，l ：論文u m l 建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究 2 泛化 泛化( g e n e r a l i z a t i o n ) 是一般事物( 稱為超類或父類) 和該事物的較為特 殊的種類( 稱為派生類或子類) 之間的關(guān)系。有時也稱泛化為“i s a k i n d o f ” 關(guān)系：一個事物是更一般的事物的一個種類。泛化意味著子類的對象可以被用在 父類的對象可能出現(xiàn)的任何地方，但反過來不這樣。換句話說，泛化意味著子類 可以替換父類。予類繼承父類的特性，特別是父類的屬性和操作。通常，子類除 了具有父類的屬性和操作外，還具有別的屬性和操作。若子類的操作與父類的操 作的特征標(biāo)記( 方法名、參數(shù)列表以及返回值等等) 相同，則它覆蓋( o v e r r i d e ) 父類的操作，這稱為多態(tài)一陛。在圖形上，把泛化畫為一條帶有空心大箭頭的有向 實線，指向父類，如圖2 - 2 。當(dāng)要表示繼承關(guān)系時，就使用泛化。在大多數(shù)情況 下，用類和接口間的泛化指明繼承關(guān)系。 一 圖2 - 2 3 關(guān)聯(lián) 關(guān)聯(lián)( a s s o c i a t i o n ) 是一種結(jié)構(gòu)關(guān)系，它指明一個事物的對象與另一個事 物的對象間的聯(lián)系。給定一個連接兩個類的關(guān)聯(lián)，可以從一個類的對象導(dǎo)航到另 一個類的對象，反之依然關(guān)聯(lián)的兩端都連接到同個類是合法的。這意味著， 從一個類的給定對象能連接到該類的其他對象。恰好連接兩個類的關(guān)聯(lián)叫做二元 關(guān)聯(lián)。盡管不普遍，但可以有連接多于兩個類的關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)叫做r l 元關(guān)聯(lián)a 在圖形上，把關(guān)聯(lián)畫成一條連接相同類或不同類的實線，如圖2 3 。當(dāng)要表示結(jié) 構(gòu)關(guān)系時，就使用關(guān)聯(lián)。 予 圖2 3 關(guān)聯(lián)表示了對象間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。在很多建模問題中，說明一個關(guān)聯(lián)的實例中 有多少個相互連接的對象是很重要的。這個“多少”被稱為關(guān)聯(lián)角色的多重性， 就是說明：在關(guān)聯(lián)另一端的類的每個對象要求在本端必須有多少個對象?？梢跃?確的表示多重性為1 、0 或1 ( 0 1 ) 、很多( 0 ) 、一個或很多( 1 ) 。甚至 可以精確的指定多重性為一個數(shù)值( 如3 ) 。 兩個類之間的簡單關(guān)聯(lián)表示了兩個同等地位類之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，這意味著這 北京郵f 邑大學(xué)碩十論文 u m l 建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究 兩個類在概念上是同級別的，一個類并不比另一個類更重要。有時要對一個“整 體部分”關(guān)系建模，其中一個類描述了一個較大的事物( “整體”) ，它有較小的 事物( “部分”) 組成。把這種關(guān)系稱為聚合，它描述了“h a s a ”關(guān)系，意思是 整體對象擁有部分對象。其實聚合是一種特殊的關(guān)聯(lián)，它被表示為在整體的一端 用一個空心菱形修飾的簡單關(guān)聯(lián)，如圖2 4 。 ： 圖2 4 依賴、泛化和關(guān)聯(lián)都是定義在類一級的靜態(tài)事物。在u m l 中，通常在類圖中 對這些關(guān)系進(jìn)行可視化。在解決對象的動態(tài)協(xié)作時，還會遇到其他兩種關(guān)系：鏈 【它是關(guān)聯(lián)的實例，描述可能發(fā)送消息的對象間的連接) 和轉(zhuǎn)換( 它是狀態(tài)機中 不同狀態(tài)間的連接) 。 4 實現(xiàn) 實現(xiàn)( r e a l i z a t i o n ) 是類元之間的語義關(guān)系，在該關(guān)系中一個類元描述了 另一個類元保證實現(xiàn)的契約。在圖形上把實現(xiàn)畫成一條帶有空心三角箭頭并指向 描述契約的那個類元的虛線，如圖2 5 。 一一書 圖2 - 5 實現(xiàn)與依賴、泛化和關(guān)聯(lián)很不相同，所以被看作一種獨立的關(guān)系。實現(xiàn)是依 賴和泛化在語義上的一些交叉，它的表示法是依賴和泛化的表示法的組合。在接 口的語境中和在協(xié)作的語義中都要用到實現(xiàn)關(guān)系。 在大多數(shù)情況下，要用實現(xiàn)描述接口和( 為其提供了操作或服務(wù)的) 類或構(gòu) 件之間的關(guān)系。接口是一組操作的集合，而操作用于描述類或構(gòu)件的一個服務(wù)。 因此接口描述了類或構(gòu)件必須實現(xiàn)的契約。一個接口可以由多個這樣的類或構(gòu)件 實現(xiàn)，一個類或構(gòu)件也可以實現(xiàn)多個接口?；蛟S關(guān)手接口的最有趣的事情是它允 許把契約( 接口本身) 的描述與實現(xiàn)( 由類或構(gòu)件完成) 分離開來。此外，接口 跨越了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的邏輯部分和物理部分。 2 4 2 面向?qū)ο蟮能浖こ?軟件開發(fā)的面向?qū)ο蠓椒ㄊ紫忍岢鲇? 0 世紀(jì)6 0 年代后期，然而，對象技術(shù) 北京郵電丈學(xué)碩e 論文u m l 建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究 花了幾乎2 0 年的時間才開始變得廣為使用。在2 0 世紀(jì)9 0 年代，面向?qū)ο筌浖?工程變成了很多軟件產(chǎn)品建造者以及數(shù)量不斷增長的信息系統(tǒng)和工程專業(yè)人員 的首選模型。隨著時間的流逝，對象技術(shù)正在替代傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法。 對象技術(shù)導(dǎo)致復(fù)用，而程序構(gòu)件的復(fù)用導(dǎo)致更快的軟件開發(fā)周期和高質(zhì)量的 程序。面向?qū)ο筌浖子诰S護(hù)，因為它的結(jié)構(gòu)是內(nèi)在松耦合的，這樣，當(dāng)進(jìn)行修 改時，不會產(chǎn)生太多的副作用，對軟件工程師和客戶來說也不會輕易導(dǎo)致項目的 失敗。此外，面向?qū)ο笙到y(tǒng)易于進(jìn)行適應(yīng)性修改，并易于伸縮( 即通過組裝可復(fù) 用于系統(tǒng)而可以創(chuàng)建大的系統(tǒng)) 。 2 4 2 1 面向?qū)ο蠓治?在丌始建造面向?qū)ο笙到y(tǒng)之前，我們必須定義表示待解決問題的類( 對象) 、 類之間相互關(guān)聯(lián)和交互的方式、對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)( 屬性和操作) 以及允許對象在 一起工作的通信機制( 消息) 。所有這些事情均是在面向?qū)ο蠓治? o o a ) 中完成 的。 在對系統(tǒng)或產(chǎn)品有一個合理的理解前，是不可能建造軟件的。o o a 為我們提 供了具體的方式來表示我們對需求的理解，然后根據(jù)客戶對待建造系統(tǒng)的感覺來 測試該理解。 o o a 從用例的描述開始。類的靜態(tài)和動態(tài)特征使用u m l 或其他方法建模。o o a 的成果是一個面向?qū)ο蟮姆治瞿Ｐ汀? 0 分析模型包括圖形的或文字的表示，它 們定義了類的屬性、關(guān)系和行為，并描述類之間的通信和類的行為隨時間的變化。 o o a 以一組基本原則為基礎(chǔ)。為了建立一個分析模型，o o a 使用了j 個基本 的原則：( 1 ) 信息域建模；( 2 ) 功能描述：( 3 ) 行為表示；( 4 ) 劃分?jǐn)?shù)據(jù)、功能 和行為模型以表示更多細(xì)節(jié)；( 5 ) 早期模型表示問題的本質(zhì)，后期模型提供實現(xiàn) 細(xì)節(jié)。這些原則形成了討論o o a 方法的基礎(chǔ)。 o o a 發(fā)生在很多不同的抽象層次，在業(yè)務(wù)或企業(yè)層，和o o a 關(guān)聯(lián)的技術(shù)可以 結(jié)合業(yè)務(wù)過程工程方法，該技術(shù)通常稱為領(lǐng)域分析；在應(yīng)用層次，對象模型著重 亍二特定的客戶需求，因為這些需求將影響正在建造的應(yīng)用。 o o a 過程從用例的定義開始，然后應(yīng)用u m l 建模技術(shù)為類和類的屬性與操作 建立文檔它也提供了發(fā)生在對象間的協(xié)作的初始視圖。o o a 過程的下步是對 北京郵電大學(xué)碩卜論文 u m l 建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究 象的分類和類層次的創(chuàng)建，子系統(tǒng)可用于封裝相關(guān)的對象，對象一關(guān)系模型提供 了對象i n 女1 2 何相互關(guān)聯(lián)的指示，而對象一行為模型指明了個體對象的行為和0 0 系統(tǒng)的整體行為。 2 4 2 2 面向?qū)ο笤O(shè)計 面向?qū)ο筌浖脑O(shè)計需要多層軟件體系結(jié)構(gòu)的定義、完成所需功能并提供基 礎(chǔ)設(shè)施支持的子系統(tǒng)規(guī)約、形成系統(tǒng)構(gòu)造積木塊的對象的描述以及允許數(shù)據(jù)在層 間、子系統(tǒng)間和對象間流動的通信機制的描述。面向?qū)ο笤O(shè)計( o o d ) 完成上述 任務(wù)。 面向?qū)ο笙到y(tǒng)依賴于從分析模型中導(dǎo)出的類定義來建立。有一些類定義必須 重新建造，但如果采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計模式，很多類可以被復(fù)用。面向?qū)ο笤O(shè)計( o o d ) 建立一個設(shè)計藍(lán)圖，使軟件工程師以復(fù)用最大化的方式定義o o 體系結(jié)構(gòu)，以此 柬提高開發(fā)速度和產(chǎn)品質(zhì)量。 o o d 被分為兩個主要的活動：系統(tǒng)設(shè)計和對象設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)建產(chǎn)品體系 結(jié)構(gòu)，定義一系列完成特定系統(tǒng)功能的“層次”，并標(biāo)識由駐留在各層的子系統(tǒng) 封裝的類。此外，系統(tǒng)設(shè)計考慮三個構(gòu)件的規(guī)約：用戶界面、數(shù)據(jù)管理功能和任 務(wù)管理設(shè)施。對象設(shè)計關(guān)注于個體類的內(nèi)部細(xì)節(jié)，定義屬性、操作和消息細(xì)節(jié)。 0 0 設(shè)計模型包含軟件體系結(jié)構(gòu)、用戶界面描述、數(shù)據(jù)管理構(gòu)件、任務(wù)管理實 施以及系統(tǒng)中的每個類的詳細(xì)描述。 o o d 包含如下四個層次： ( 【) 子系統(tǒng)層。包含每個子系統(tǒng)的表示，這些子系統(tǒng)使軟件能夠滿足客戶 定義的需求，并實現(xiàn)支持客戶需求的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施。 ( 2 ) 類和對象層。包含類層次，它們使系統(tǒng)將能夠用一般化及不斷逼近目 標(biāo)的特例化機制來創(chuàng)建，這一層還包含了每個對象的表示。 ( 3 ) 消息層。包含使每個對象能夠和其協(xié)作者通信的設(shè)計細(xì)節(jié)，這一層建 立了系統(tǒng)的外部和內(nèi)部接口。 l ，責(zé)任層。包含每個對象的所有屬性和操作的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的設(shè)計。 在分析建模中，用戶模型和結(jié)構(gòu)模型視圖被表示，這些為系統(tǒng)的使用場景( 用 于指導(dǎo)行為建模) 提供了洞察并通過標(biāo)識和描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)元素建立了實現(xiàn) 北京郵電大學(xué)碩b 論文u m l 建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究 和環(huán)境模型觀圖的基礎(chǔ)。 u m l 被組織進(jìn)兩個主要的設(shè)計活動；系統(tǒng)設(shè)計和對象設(shè)計。u m l 系統(tǒng)設(shè)計的 主要目標(biāo)是表示軟件體系結(jié)構(gòu)。 對面向?qū)ο箝_發(fā)而言，概念體系結(jié)構(gòu)涉及靜態(tài)類模型的結(jié)構(gòu)和該模型的構(gòu)件 間的連接。模塊體系結(jié)構(gòu)描述系統(tǒng)被劃分成子系統(tǒng)或模塊的方式以及它們?nèi)绾瓮?過移入和移出數(shù)據(jù)而通信。代碼體系結(jié)構(gòu)定義了程序代碼如何被組織為文件和目 錄以及分組為庫。執(zhí)行體系結(jié)構(gòu)關(guān)注于系統(tǒng)的動態(tài)方面及任務(wù)和操作執(zhí)行時構(gòu)件 側(cè)的通信。 u m l 對象設(shè)計著重于對象及其相互交互的描述。在對象設(shè)計期間，創(chuàng)建屬性 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和所有操作的過程設(shè)計的詳細(xì)規(guī)約：定義所有類屬性的可見性，精化對 象間的接口以定義完整的消息模型的細(xì)節(jié)。 m l 中的系統(tǒng)設(shè)計和對象設(shè)計被擴(kuò)展以考慮正在建造系統(tǒng)的用戶界面、數(shù)據(jù) 管理的設(shè)計以及已經(jīng)規(guī)約的子系統(tǒng)的任務(wù)管理的設(shè)計。用戶模型視圖驅(qū)動用戶界 面設(shè)計過程，提供一個設(shè)計場景，并迭代地為一組界面類。數(shù)據(jù)管理設(shè)計建立了 一組類和操作，它們允許系統(tǒng)去管理永久數(shù)據(jù)。任務(wù)管理設(shè)計建立將子系統(tǒng)組織 為任務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)臆，并管理并發(fā)任務(wù)。 軟件工程的觀點強調(diào)o o a 和( 3 0 0 ，而考慮c o p ( 面向?qū)ο缶幋a) 是重要的但非 主要的活動，它是分析和設(shè)計的副產(chǎn)品。這一點的理由是簡單的，當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜性 增加時，對終端產(chǎn)品的成功而言，設(shè)計體系結(jié)構(gòu)比使用的程序設(shè)計語言對其成功 有更強的影響。 2 4 2 3 面向?qū)ο鬁y試 面向?qū)ο筌浖捏w系結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了一系列分層的子系統(tǒng)，它們封裝了協(xié)作的 類。這些系統(tǒng)元素( 子系統(tǒng)和類) 每個都完成幫助達(dá)成系統(tǒng)需求的功能。有必要 在各個不同的層次去測試某o o 系統(tǒng)以努力發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生在類相互協(xié)作時子系統(tǒng) 跨體系結(jié)構(gòu)層次通信時的錯誤。 0 0 測試在策略上和傳統(tǒng)系統(tǒng)的測試類似，但是，技巧上存在不同。因為0 0 分析和設(shè)計模型在結(jié)構(gòu)上類似于最終0 0 程序的內(nèi)容，“測試”從這些模型的評審 丌始。一旦代碼生成，o o 測試_ 殲始“小規(guī)模”類測試。一系列測試被設(shè)計以檢 北京惦電大學(xué)碩士論文 u m l 建模技術(shù)在虛擬實驗仿真系統(tǒng)開技中的應(yīng)用研究 查類操作并檢查當(dāng)某類和其他類協(xié)作時是否有錯誤發(fā)生。類被集成以形成子系 統(tǒng)，基于線程的、基于使用的和集群測試結(jié)合基于故障的方法，被用于完全地測 試協(xié)作類。最后，u s e c a s e ( 作為o o 分析模型的一部分而開發(fā)) 被用于發(fā)現(xiàn)在 軟件確認(rèn)級的錯誤。 面向?qū)ο蟮臏y試將產(chǎn)生一組測試類，類的協(xié)作和行為的測試案例被設(shè)計和文 檔化，預(yù)期的結(jié)果被定義，實際的結(jié)果被記錄。在測試時，應(yīng)努力去“破壞”軟 件! 以嚴(yán)格的方式設(shè)計測試案例并評審測試案例的完全性。 簡單地說，測試的目標(biāo)是在現(xiàn)實的時間跨度內(nèi)應(yīng)用可管理的工作量去發(fā)現(xiàn)最 大可能數(shù)量的錯誤。雖然對面向?qū)ο筌浖?，這個基本目標(biāo)保持不變，但是 o o 程序的性質(zhì)改變了測試策略和測試戰(zhàn)術(shù)。 o o 系統(tǒng)的測試帶給了軟件工程師新的挑戰(zhàn)。測試的定義必須被擴(kuò)展以包括用 于o o a 和o o d 模型的錯誤發(fā)現(xiàn)技術(shù)。o o 表示的完全性和一致憔必須在其被建造 時被評信。單元測試失去