《2022年分布式仿真中的虚拟战场态势可视化 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年分布式仿真中的虚拟战场态势可视化 .pdf（3页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、收稿日期: 2006 - 04 - 18作者简介:赵斌(1979 - ) ,男,山西汾阳人,讲师,博士研究生,主要研究方向:军事地理信息工程及应用.文章编号: 1001 - 9081(2006)12Z - 0276 - 03分布式仿真中的虚拟战场态势可视化赵 斌(信息工程大学测绘学院 ,河南 郑州450052)(zhaobin_zhaosina . com)摘 要 :基于分布式仿真对战场态势可视化的需求,本文探讨了虚拟现实技术在分布式仿真环境中的应用 。在对虚拟战场态势建模基础上,建立了虚拟战场态势可视化系统,并给出了建立高层次可重用性的态势可视化系统所需关键技术的解决方案,包括态势可视化方案
2、配置与基于事件触发的态势可视化更新。关键词 :分布式仿真;虚拟现实 ;虚拟战场 ;态势可视化;可视化方案配置;事件触发中图分类号: TP391 . 9文献标识码: A0 引言无论传统战争还是现代战争,作战的空间环境都是战争进行的平台和依托。没有战场环境,战争也无从谈起,只不过传统意义上的战场环境是客观世界的空间,而仿真出的战场环境是一个虚拟的空间,是通过计算机、 网络以及相关的软硬件模拟真实世界产生的。虚拟战场是战场,它运用虚拟现实技术实现战场环境仿真,是在数字化基础上由计算机生成的一个另一类战场,是虚拟的,但人却可以“ 进入 ”,其目的就是构成多维的 、 可感知的 、 可度量的 、 逼真的虚
3、拟战场环境,借此提高参训人员对战场环境的认知效率。虚拟战场环境可以为计算机作战推演、 半实兵演习 、 实兵演习提供与实际演习区域相同的仿真环境,也可以为特定的训练科目拟构出典型的训练环境(在现实中并不存在)。借助于虚拟战场环境,可以训练指挥员的指挥决策能力、 参谋人员的业务能力、 装备操作人员的操作能力1 。在分布式仿真中,由于参与仿真的盟员离散分布在仿真网络的各个节点上,对仿真结果的验证都是在仿真推演结束后才能够进行,在仿真过程中无法观察和验证仿真推演的正确性和一致性。将虚拟战场可视化系统的地形表达技术与分布式仿真技术结合起来,使虚拟战场可视化系统作为分布式仿真中的一员,能够将离散的仿真信息
4、集中于统一的空间技术平台,准确地观察和验证仿真进行的正确性和一致性。虚拟战场可视化系统作为分布式仿真环境中唯一的仿真态势观察窗口,对于保证仿真运行和验证仿真结果有重要意义。1 分布式仿真中的虚拟战场态势建模虚拟战场的建模是整个战场仿真系统建立的基础,要想生成逼真的、 身临其境的虚拟战场态势环境,离不开合理的建模技术。分布式仿真中的虚拟战场态势可视化需要建立的模型主要分为四类:一类是地形地貌模型,它主要包括仿真区域地理表面的形态;第二类是地面文化特征景物的模型,它包括地面上的人造或自然景观,如地面上的房屋、城市、 树木、 桥梁、 森林、 江河湖泊等;第三类是仿真实体模型,它包括各种飞机、舰船、
5、坦克、 车辆及各种武器装备;第四类是仿真交互场景特效模型,它包括攻击交互、 电子对抗交互、命令交互等。 对这些实体和场景进行建模是构建虚拟战场态势的一个重要环节。目前,在VR领域对三维地形模型的研究主要是对大比例尺范围地形环境建模,大数据集地形数据可视化,多分辨率地形模型建模,视觉相关LOD地形建模等问题的研究;对于地物的描述通常采用在三维地形模型表面贴上地物纹理的方式或对地物进行矢量建模的方式,实际应用中到底采用哪种方式主要根据比例尺的大小而选择。国内外关于这两个领域已有较多的研究,本文不进行进一步的讨论。1. 1仿真实体建模本文采用两种方法可以对仿真实体进行建模:纹理贴图映射法和三维建模法
6、。纹理贴图映射法,是将仿真实体的图像按照其位置压盖在地形和地物模型之上。这种方法虽然易于实现,但是图像自身的弱点使得视点越接近越看不清楚,这样就难以精确地表达仿真实体。这种方法用于视点较远的仿真实体。三维建模法,是以矢量数据为依据生成三维的仿真实体。依据仿真实体的几何特征,可将其分为点状实体、 线状实体和面状实体 。点状实体包括:飞机 、 舰船 、 坦克 、 车辆等;线状实体包括:轨条砦 、 三角锥带、 通路等;面状实体包括:雷场等 。由于基于矢量数据,所以创建的仿真实体不会出现视点越接近地面地表的现象越不清楚的情况。为了便于管理仿真实体建模的结果,我们建立了仿真实体模型 库 。模 型 库(M
7、B )的 结 构 可 由 三 元 组 描 述: MB=Name, Index, Data 。其中, Name:模型名; Index:模型字典(记录模型库中所有模型名称及其存储位置,它相当于一个模型索引表) ; Data:模型集 。模型的数据量一般比较大,在转换模型数据时,我们把模型的纹理数据和材质数据分别建库存储,使模型与纹理、 模型与材质间形成多对一的关系,以节省存储空间 。1. 2仿真交互场景特效建模特殊效果模型是虚拟环境中对一些非刚性物质(如气流 、 尾焰 、 爆炸等)和一些不规则物质的形状的描述。在虚拟战场中仿真交互场景特效不仅仅是点睛之笔,它将交互事件表现给观察员,是观察员把握虚拟战
8、场态势的主要手段之一。按照与仿真实体的依赖关系,我们将仿真交互场景建模划分为依赖于一个仿真实体的交互场景和依赖于两个或者多个仿真实体的交互场景。本文采用两种方法可以对仿真实体进行建模:纹理贴图映射法和子程序法。第 26卷2006年12月计算机应用Computer App licationsVol. 26Dec.2006名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 纹理贴图映射法,是将特效纹理图像按照其位置压盖在仿真实体模型之上
9、。这种方法虽然易于实现,但是图像自身的弱点使得视点越接近越看不清楚,这样就难以精确地表达仿真交互场景。这种方法用于视点较远的仿真交互场景。子程序法,是通过程序的方法来实现标准的场景绘制接口,从而实现对仿真交互场景的绘制。采用子程序法来实现仿真交互场景的绘制其最大的缺点是不便于修改。它的优点在于能将大量的绘制方法应用到仿真交互场景的绘制中,如粒子系统方法。它具有很强的连续性和真实感。为了便于管理仿真交互场景特效建模的结果,我们同样建立了场景特效库。场景特效库由特效纹理库和特效组件库组成 。2 虚拟战场态势可视化系统结构按照功能分类,虚拟战场态势可视化系统主要由仿真数据准备子系统、 实时仿真可视化
10、子系统以及仿真通信子系统,如图1所示 。图1 虚拟战场态势可视化系统结构仿真数据准备子系统分为三部分,战场环境仿真数据准备模块 、 仿真模型准备模块与可视化方案配置模块。战场环境仿真数据准备模块主要提供地理数据维护修改、 地形地物模型建模及地形环境纹理生成等功能。仿真模型准备模块主要用于三维仿真模型的建模、 编辑 、 维护以及数据格式转换,另外该模块还负责管理仿真交互场景特效可视化组件。可视化方案配置模块主要用于维护和修改态势可视化规则列表,将可视化过程描述与实现相分离。图2实时仿真子系统结构仿真通信子系统分为仿真实体信息订购模块与仿真实体信息接收模块两个部分。订购模块主要完成对仿真实体属性信
11、息的订购关系的定义及发布。接收模块用于从仿真网络接收仿真实体订购的属性信息,接收到信息后接收模块负责更新仿真实体信息库。实时仿真可视化子系统完成系统的主要功能 战场环境可视化和态势可视化,如图2所示 。态势可视化建模子模块主要完成态势可视化几何建模中的实时映射。仿真视景生成模块是图形生成的核心,分为战场环境视景仿真和态势视景仿真两部分。该子系统包含一个内部仿真实体信息更新模块,其功能与仿真通信子系统的信息接收模块一致,其主要目的是为了根据某种规律更新仿真实体信息,从而降低对主机和仿真网络通信的压力。3 虚拟战场态势可视化的关键技术三维场景的重建、 数据的简化及结构的优化、 实时显示等均为虚拟战
12、场可视化系统的关键技术,关于这些方面国内外已经有了较多的研究,技术也相对成熟。本文研究的重点是态势可视化相关的技术。态势可视化有两个难点:态势如何可视化与态势可视化时如何实时更新。3. 1态势可视化方案配置态势可视化方案配置主要用于解决态势如何可视化。方案配置完成对态势可视化过程的描述。在虚拟战场态势可视化系统运行时,根据方案中对可视化过程的描述真正实现态势的可视化 。通过描述与实现相分离,具体某次仿真的态势可视化仅依赖于该态势可视化方案,对于不同的态势方案虚拟战场态势可视化系统都可以根据其描述进行可视化实现,从而增强了虚拟战场态势可视化系统的可复用性。本文采用XML对可视化方案进行描述。该方
13、案如图3所示,主要包括可视化方案配置文件、 可视化方案管理组件和可视化方案编辑器三个组成部分。其核心思想是通过可视化方案配置文件、 方案管理组件和方案编辑工具,使软件中可视化过程的描述信息与可视化实现模块相分离,以方便用户对态势可视化的定制。图3态势可视化配置方案XML可视化方案配置文件的目的是将可视化过程描述信息持久存储于可执行文件之外。在软件启动时,先读取可视化过程描述信息,然后根据描述信息进行可视化实现。本文在设计可视化方案时,在独立的配置文件中存储可视化过程描述信息(如可视化采用模型代码、模型大小、模型绘制的视野范围等) ,不依赖于操作系统或其他软件。在存储格式上,采用77212月赵斌
14、:分布式仿真中的虚拟战场态势可视化名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - XML技术来管理数据,不仅解决了数据流存储方案所遇到的问题,还为软件的国际化、 本地化、服务化创造了条件。可视化方案管理组件包含三个层次:底层的I/O接口,中间的可视化方案管理接口,上层的可视化方案生成和可视化方案编辑等接口。通过可视化方案编辑工具,用户就能够对可视化方案进行的编辑。3. 2基于事件触发的态势可视化更新事件触发策略可让一些模块作为事
15、件源,发出可被描述环境或其他模块接收的事件。这样,不同的模块就可在某一产品内组合在一起,模块之间通过事件的传递进行通信,构成一个应用 。从概念上讲,事件是一种在“ 源对象 ” 和“ 监听者对象 ” 之间某种状态发生变化的传递机制。其基本的模型如图4所示 。图4 事件触发模型由图可知,事件源是事件处理器的集合,一个事件源可以包容任意多个事件处理器。能够发出态势可视化更新事件的事件处理器包括人机交互与仿真态势信息。事件处理器与事件监听器是多对多的关系,每一类型的事件处理器可以给多个对应类型的事件监听器发出事件,每一类型的事件监听器可以接受多个的事件处理器发出的消息。仿真实体信息更新具有增加实体模型
16、、 删除实体模型、 改变实体模型位置等事件。仿真交互具有增加交互场景模型、删除交互场景模型、 改变交互场景模型位置等事件。仿真实体信息接收模块和内部仿真实体信息更新模块都有可能进行仿真实体信息与交互信息的更新,所以这两个模块都是这两大类型事件的事件源。这种事件触发策略为事件类型和传递模型的定义和扩充提供了一个公共框架,有利于系统的扩展。在虚拟战场态势可视化系统中,当需要增加一新事件类型时,比如增加鼠标向前滚动事件,向前放大视景范围,这时只要定义一个可以接受和处理该事件的监听器和相应事件处理器并加到事件源中去就可以了,实现过程是鼠标事件处理器发出一个放大视景范围事件,实时建模模块作为监听者根据事
17、件参数自动放大视景范围然后更新视景。4 结语在基于HLA规范的分布式仿真环境下,在W indows平台的机器上,我们实现了虚拟战场态势可视化原型系统,该系统能够再现仿真全过程。图5是该系统用于作战仿真过程中的二维态势可视化结果,出于保密考虑,只绘制了方里网而关闭了地图 。此时显示的态势是数个舰艇攻击波次,其中图上仿真目标使用仿真实体模型库军标绘制;图上显示的交互场景有飞机上的圆圈代表进攻方的飞机正在被电磁干扰,右下角舰艇上的烟雾表示舰艇正在被攻击,其他冒火的舰艇表示舰艇正在攻击对方。图5虚拟战场态势可视化原型系统实验结果参考文献:1 游雄.基于虚拟现实技术的战场环境仿真J .测绘学报, 200
18、2,31 (1) : 7 - 11.2 高俊,等.虚拟现实在地形环境仿真中的应用M .北京:解放军出版社, 1999.3 黄柯棣.系统仿真技术M .北京:国防科技大学出版社,1998.4 杨宝民,朱一宁.分布式虚拟现实技术及其应用M .北京:科学出版社, 2000.5 张轶.基于分布式仿真环境的地理信息系统设计与实现D .郑州:信息工程大学, 2001.6 蔡志浩,彭晓源.基于地理信息系统的虚拟战场态势显示J .系统仿真学报, 2003, 15 (7) : 983 - 985.7 刘卫华,冯勤,王行仁.虚拟战场环境中的多维信息综合显示J .系统仿真学报,2002, 14(3): 316 - 3
19、18.(上接第259页)4 结语Pet Shop轻量级灵活 、 简便的解决方案和Duwam ish面向企业级的多层架构都是值得研究和借鉴。企业级多层架构结构清晰,具有很强的可扩展性,而轻量级的设计灵活、 效率高,如何取舍就决定于实际项目情况。本文整合了两种示例架构和模式的优势,提出基于两者的多层架构,希望能开拓思路。参考文献:1 LEAKEG. M icrosoft . NET Pet Shop 3. x: Design Patterns and A r2chitecture of the . NET Pet ShopJ . May,2003.2 卢彦. Duwamish深入剖析-结构篇 EB
20、 /OL . http: / /www. mi2cros /community/p rogram/originalarticles/TechDoc /duwamish . m s px, 2006.3 BRUEGGE B. Design PatternsM .Department of Computer Sci2ence, CarnegieMell on University.1998.4 G AMMAE, HELM R, JOHNSON R,et al.Design Patterns: Ele2ments of Reusable Object2O riented Soft wareM .Ad
21、dis on2W esleyProfessional, 1,Septe mber,2000.5 抽象工厂模式新解 EB /OL .http: / terrylee . cnblogs . com/ar2chive /2005 /12 /13 /295965. html, 2006.6 CHENG S .基于J2EE的三层B /S信息系统研究 EB /OL . ht2tp: / /www. csdn . net, 2006.7 SlashOut .深入Pet Shop与Duwamish数据访问比较 EB /OL .http: / /www. csdn . net, 2006.872计算机应用2006年名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -