视景仿真技术的应用研究
时间：2021-05-23 00:02:54 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
随着科学技术的迅速发展，基于计算机的仿真技术也得到了迅速的发展，人们慢慢开始了解到仿真技术的经济、安全可重复及便捷等优点。如今，仿真技术在能源、医学、城市规划及驾驶训练等各行各业都得到了广泛的推广和应用。本文重点介绍了视景仿真系统的构造以及视景仿真的关键技术，并就其在模拟军事战争中的应用进行了研究。
【关键词】视景仿真 虚拟战场 应用
现阶段，在各种大规模军事演习中，视景仿真技术得到了广泛的应用。从开始单平台、单武器和简单图像的视觉仿真技术发展为今天的多平台、多武器和复杂图形的虚拟现实仿真技术，真正实现了大规模动态仿真。虚拟战场上仿真系统能够对面积宽广、环境复杂的作战环境进行模仿，其包含大量的实体交互和运动实体。所以，虚拟战场仿真系统一般情况下需要十几台甚至十几台计算机相互协调进行工作，来完成较为复杂的动态军事演习模拟，在建造模拟军事战争仿真器时，一定要对其中的核心技术牢固掌握。
1 视景仿真技术的应用历史及未来展望
在陆军视景仿真技术进度表中，下一阶段重点是I-Port，这是一种使一个战士进入一个虚拟的仿真环境的单独入口。不久的将来，进入该虚拟境界的站就可以在视觉上投入到与其他战士、坦克、飞机等联网仿真环境中，这一切都发生在合成战斗环境中的真实地形上。该战士将完全投入该虚拟还击功能，这是通过使用一种可提供触觉和力反馈的接口完成。
Simnet被称为近战战术训练器（CCTT），它不仅仅是各种个的战场虚拟现实仿真应应用中的一种，用于合成战场（STOW），即指挥人员与各种军用飞行器或战车的交互性模拟。分布式交互标准（DIS）支持近战战术训练器技术，它是为了通过网络将虚拟现实数据传送给各种类型的模拟器而建立的一种协议。Simnet能够提供一种协议，即相互间交换信息的一种协议，因而不同类型的模拟器可以使用相同类型的数据。模拟坦克、装甲车、直升飞机、喷气式飞机的各种都可以共用同一个虚拟空间。地形模拟数据库记录与真实环境有关的地形信息，使得模拟器可以建立实际地理位置的虚拟拷贝。那些研制和提供高级视景仿真技术技术的国防工业承包商正在转向商用市场。在虚拟现实中心，分布式标准进入商用环境，使得客户可以通过大量联网的虚拟现实座舱去经历共享的虚拟环境。
2 视景仿真系统的构造
模拟军事战争上视景仿真与任务简单的模拟器相比，有着较大的场景的范围和较多运动的实体，训练内容多，交互性相对复杂的优点。除此之外还有切换与选择视点、管理动态地形、匹配和跟踪地形以及检测碰撞效果等功能。完成上述工作需要进行复杂的计算，这就需要选用高档的视景仿真系统平台。例如某模拟战场视景仿真系统平台是一个比较高档的SGI图案工作站，其包含四个R10000 的CPU，以及4GB的内存，一个无限真实的图形发生器。还包含专业的光照、纹理映射以及抗混迭等多种仿真处理硬件子系统，再加上强大的绘制图案的系统，这样就可以满足模拟军事战争上的视景仿真所需要的效果。
2.1 场景建模
2.1.1 场景建模的内容及种类
一般情况下，模拟军事战争视觉仿真要构建的景物模型大致可以分成三类。第一类是陆地和海洋模型，其主要包括仿真地区的地形地貌以及海洋环境特点；另一类就是陆地表面实际景物模型，其包括地面上自然或者人工的景观，比如地面上的建筑物、街道、森林、河流、湖泊以及桥梁等；还有一种就是参与到模拟军事战争上运动实体模型，例如各式战斗机、运输机、装甲车、战船以及导弹等。
2.1.2 物体几何结构的建模
利用MultiGen进行场景建模，具有较好的实时性和交互性，在建模过程中就能够对模型效果进行观察，找出存在的错误，并及时改正。在构造普通实体模型的过程中，一般的就是其放样功能。例如建立一架飞机的模型，若是可以从设计飞机人员手中获取飞机外部形状每个关键地方的截面图，这样再通过MultiGen进行放样，在短时间内就能够对一架飞机的几何外形进行精确的复制。若是仅仅有该飞机的三视图，则就要自行构造飞机关键地方的截面图，通过利用数字化仪获取各项数据，能够很大程度的提升所见模型的精度。
2.1.3 物体材质纹理建模
为使模型逼真度得到提高，在建模时可以在模型上添加不同的材质，然后在通过调整光照条件，这样所建模型就会显得更加的光滑真实。为使所建的几何模型更有质感，增强几何模型的特征，可以采用在模型表面粘贴纹理图案的方法，这样几何模型看起来就会更加真实、更加生动。利用MultiGen能够自动生成地形地貌以及地面景观的纹理特征，根据模拟军事战争上的不同要求，采用不同精度的算法，这样很快就能够真实呈现出世界上任何地区地形地貌特点，若是再通过DMA数字特征对数据进行分析处理，就能使模拟的场景更加逼真，达到较好的效果。
2.2 驱动模型
建造完各个模型之后，就要按照实际视景仿真的具体要求进行编程，从而驱动模型。虽然现阶段拥有部分直接在SGI上运行的驱动模型，不需要编程，只要有配置文件或者是在计算机上设置运行的条件以及各种数据参数之后，构建的模型就能够实行仿真，但模拟军事战争的视景仿真往往有其特殊性。上述软件很难满足其特殊的压球，还要通过独立编程接口进行编程，这时就需要选用Performer来编程，进而实现模型驱动。Performer软件一共有C++以及C语言两个编程语言，以满足不同需求的用户，该软件会按照系统的配置，运行过程中自动选择合适的处理方式以及绘制方式，在核心性能数据操作时采用高效率例程，并且对图形数据与操作进行重新整理，这样仅仅需要通过Performer自带的接口函数功能就能够使模型驱动获得较好的效果。
2.3 选择视点
在模拟军事战争的视景模拟仿真中，因为有许多高速运动实体存在，加之场地较为宽广，为使信息的获取更加准确，存在视点切换和选取的问题。也就是说怎样选择合适观察点，都要对观察点的位置、角度进行综合考虑，其最终目的就是为了让观察者可以看到所有希望观察到的场景。为了能够多形式、多视点和多方位地观察模拟战场上的情况，必须要使视点能够灵活的变化。具体如下：第一种是绝对模式，也即是不对任何实体进行跟踪，手工控制观察眼点姿态与位置；第二种跟踪模式，也即是眼点位置用手工控制，眼点该时刻内所处位置与跟踪实体位置两者共同确定眼点姿态，这样不管眼点位置怎样变化，都能确保被跟踪物体都位于视场之内；第三种是束缚模式，也即是先设定好一个实体和眼点的相对位置，然后眼点姿态用手工控制。第四种是束缚跟踪模式，也即是对两个实体的运动进行重点观察。眼点的姿态与位置由所观察的两个实体时间的相对位置来确定的。除此之外还有模仿跟踪模式以及宽组模式和组模式。
