虛擬戰(zhàn)場理論研究與工程實踐

前言

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科技水平的不斷提高，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為信息時代人類認(rèn)識世界和改造世界的一種重要方法，正在廣泛地應(yīng)用于國防、電力、交通、教育、娛樂、汽車、建筑、航空航天、工業(yè)制造、生物醫(yī)療、石油化工、體育等領(lǐng)域，并迅速向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，將在我國建設(shè)社會主義強(qiáng)國的過程中發(fā)揮越來越大的作用?！　√摂M現(xiàn)實技術(shù)與虛擬環(huán)境，尤其是虛擬現(xiàn)實的軍事應(yīng)用已達(dá)到了實用化階段。虛擬戰(zhàn)場是20世紀(jì)90年代隨著信息技術(shù)發(fā)展起來的一種新型的軍用仿真系統(tǒng)。它是利用計算機(jī)仿真技術(shù)生成作戰(zhàn)區(qū)域的虛擬自然環(huán)境，并在保證時間和空間一致性的基礎(chǔ)上，通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，將分布在不同地域的軍事仿真系統(tǒng)、武器裝備模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，以及真實的武器平臺連入到這個虛擬的自然環(huán)境中，進(jìn)行戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)演練的仿真應(yīng)用環(huán)境。虛擬戰(zhàn)場是虛擬技術(shù)在軍事領(lǐng)域應(yīng)用的標(biāo)志，自其出現(xiàn)以來，以其特有的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、對抗性、直觀性、交互性、實時性等諸多優(yōu)點，引起了世界主要國家軍隊的重視。事實上，利用虛擬戰(zhàn)場進(jìn)行戰(zhàn)前的任務(wù)預(yù)演已成為美國等發(fā)達(dá)國家軍隊訓(xùn)練的主要方式之一，其突出效果已在科索沃戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭等幾次高技術(shù)局部戰(zhàn)爭中得到檢驗。特別是近十幾年來，隨著虛擬現(xiàn)實、遠(yuǎn)程通信、傳感器技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的日益成熟和計算機(jī)網(wǎng)格、普適計算等新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，虛擬戰(zhàn)場的開發(fā)和應(yīng)用都有了長足的發(fā)展，正廣泛地應(yīng)用于軍事訓(xùn)練與演習(xí)、軍事問題研究、武器裝備論證等軍事實踐活動，并將成為21世紀(jì)各國軍隊的主要訓(xùn)練方式和不可缺少的軍事基礎(chǔ)設(shè)施?！　√摂M戰(zhàn)場是一個軟件密集的系統(tǒng)，集中了計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人工智能技術(shù)等一大批信息領(lǐng)域的尖端技術(shù)，是國家軟件工業(yè)實力的綜合體現(xiàn)。雖然我國在武器裝備硬件上與先進(jìn)國家的差距一時難以趕上，但我國一直不乏優(yōu)秀的軟件人才，通過努力，在虛擬戰(zhàn)場研究領(lǐng)域完全可以達(dá)到世界先進(jìn)水平。我們高興地看到，目前我國有關(guān)以虛擬戰(zhàn)場為牽引的虛擬技術(shù)的研究也正在蓬勃開展，并取得了很多成果，促進(jìn)了虛擬戰(zhàn)場的研究和推廣應(yīng)用。在此背景下，龐國峰同志的新書《虛擬戰(zhàn)場理論研究與工程實踐》出版了。

內(nèi)容概要

　　《虛擬戰(zhàn)場理論研究與工程實踐》以軍事應(yīng)用和技術(shù)開發(fā)為主線，側(cè)重于虛擬戰(zhàn)場的構(gòu)建和工程實現(xiàn)，共分為5章，除緒論外，包括了虛擬戰(zhàn)場的硬件基礎(chǔ)、軟件實現(xiàn)、貨架產(chǎn)品、開發(fā)案例等內(nèi)容?！　√摂M戰(zhàn)場是20世紀(jì)90年代隨著信息技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的新型的軍事仿真系統(tǒng)。近年來，隨著虛擬現(xiàn)實等相關(guān)技術(shù)的日益成熟和網(wǎng)格、普適計算等新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，虛擬戰(zhàn)場的開發(fā)和應(yīng)用都有了長足的發(fā)展，廣泛地應(yīng)用于軍事訓(xùn)練與演習(xí)、軍事問題研究、武器裝備論證等軍事實踐活動，正在成為21世紀(jì)不可缺少的軍事基礎(chǔ)設(shè)施?！　　短摂M戰(zhàn)場理論研究與工程實踐》可作為高等院校仿真專業(yè)學(xué)生、軍事仿真系統(tǒng)研究和開發(fā)人員的教材或參考書。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 虛擬戰(zhàn)場的發(fā)展歷程1.2 虛擬戰(zhàn)場的理論基礎(chǔ)1.3 虛擬戰(zhàn)場的軍事需求1.3.1 戰(zhàn)場要素需求分析1.3.2 任務(wù)模型需求分析1.3.3 作戰(zhàn)信息需求分析1.3.4 作戰(zhàn)性能需求分析1.4 虛擬戰(zhàn)場的功能結(jié)構(gòu)1.4.1 虛擬戰(zhàn)場的功能1.4.2 虛擬戰(zhàn)場的結(jié)構(gòu)1.5 虛擬戰(zhàn)場的未來趨勢第2章 虛擬戰(zhàn)場的硬件設(shè)施2.1 網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備2.1.1 網(wǎng)格及網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施2.1.2 無線移動通信設(shè)備2.1.3 數(shù)據(jù)鏈設(shè)備2.2 視覺交互設(shè)備2.2.1 場景生成設(shè)備2.2.2 多通道投影設(shè)備2.2.3 立體顯示設(shè)備2.3 聽覺交互設(shè)備2.4 觸覺交互設(shè)備2.4.1 力反饋控制器2.4.2 模擬器運動系統(tǒng)2.5 數(shù)據(jù)獲取設(shè)備2.5.1 機(jī)載三維激光掃描設(shè)備2.5.2 車載三維激光掃描設(shè)備2.5.3 手持三維激光掃描設(shè)備2.6 運動跟蹤設(shè)備2.6.1 電磁運動跟蹤設(shè)備2.6.2 聲學(xué)運動跟蹤設(shè)備2.6.3 慣性運動跟蹤設(shè)備2.6.4 光學(xué)運動跟蹤設(shè)備第3章 虛擬戰(zhàn)場的軟件實現(xiàn)3.1 體系結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)軟件實現(xiàn)3.1.1 HLA單聯(lián)邦體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法3.1.2 HLA多聯(lián)邦體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法3.1.3 XMSF體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法3.1.4 仿真網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法3.2 視景渲染子系統(tǒng)軟件實現(xiàn)3.2.1 地面視景渲染3.2.2 海洋視景渲染3.2.3 天空場景渲染3.2.4 空間場景渲染3.2.5 特殊效果渲染3.2.6 傳感器視景渲染3.3 態(tài)勢表現(xiàn)子系統(tǒng)軟件實現(xiàn)3.3.1 通用態(tài)勢圖3.3.2 態(tài)勢標(biāo)繪3.3.3 電磁態(tài)勢表現(xiàn)3.3.4 實體軌跡生成3.4 兵力生成子系統(tǒng)軟件實現(xiàn)3.4.1 平臺級計算機(jī)生成兵力3.4.2 聚合級計算機(jī)生成兵力3.4.3 嵌入式兵力3.4.4 真實兵力3.5 戰(zhàn)場環(huán)境子系統(tǒng)軟件實現(xiàn)3.5.1 綜合自然環(huán)境建模與仿真3.5.2 陸地戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)3.5.3 天空戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)3.5.4 海洋戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)3.5.5 電磁戰(zhàn)場環(huán)境系統(tǒng)3.6 座艙儀表子系統(tǒng)軟件實現(xiàn)3.7 仿真想定子系統(tǒng)軟件實現(xiàn)3.7.1 想定的類型和相關(guān)概念3.7.2 仿真想定的組成3.7.3 仿真想定的描述方法3.7.4 仿真想定的具體實現(xiàn)3.8 管理評估子系統(tǒng)軟件實現(xiàn)3.8.1 演練前管理3.8.2 演練中管理3.8.3 演練后管理3.8.4 作戰(zhàn)方案評估第4章 虛擬戰(zhàn)場貨架產(chǎn)品4.1 MAKVR-Forces4.1.1 概述4.1.2 系統(tǒng)分析4.1.3 利用MAK工具構(gòu)造虛擬戰(zhàn)場4.1.4 基于VR-Forces的虛擬戰(zhàn)場開發(fā)4.2 STAGE4.2.1 概述4.2.2 系統(tǒng)分析4.2.3 基于STAGE的虛擬戰(zhàn)場開發(fā)4.3 STK4.3.1 概述4.3.2 系統(tǒng)分析4.3.3 基于STK的虛擬戰(zhàn)場開發(fā)第5章 虛擬戰(zhàn)場的開發(fā)案例5.1 IWARS5.1.1 背景與開發(fā)目標(biāo)5.1.2 系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)5.1.3 關(guān)鍵技術(shù)5.1.4 局限與不足5.2 JSIMS5.2.1 背景與開發(fā)目標(biāo)5.2.2 系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)5.2.3 關(guān)鍵技術(shù)5.3 IMASS5.3.1 背景與開發(fā)目標(biāo)5.3.2 系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)5.3.3 關(guān)鍵技術(shù)5.4 OneSAF系統(tǒng)5.4.1 背景與開發(fā)目標(biāo)5.4.2 系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)5.4.3 關(guān)鍵技術(shù)5.5 NETWARS系統(tǒng)5.5.1 背景與開發(fā)目標(biāo)5.5.2 系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)5.5.3 關(guān)鍵技術(shù)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　上述兩項技術(shù)初步解決了一定規(guī)模仿真器互連的問題，實現(xiàn)了從單武器平臺的操作技能訓(xùn)練到多武器平臺間協(xié)同與對抗作戰(zhàn)仿真的跨越。總結(jié)SIMNET研究、開發(fā)和應(yīng)用過程中積累的經(jīng)驗，美國政府和工業(yè)界在SIMNET基礎(chǔ)上，共同倡導(dǎo)并建立異構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)互連的分布交互仿真系統(tǒng)（DIS，DistiibuteInteractive Simulation），把它作為美國面向2l世紀(jì)的一種信息基礎(chǔ)設(shè)施，并于1989年制定了IEEE DIS的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)?；贒IS標(biāo)準(zhǔn)，美國軍方在各軍兵種開展了各種高級概念技術(shù)演示項目（ACTD，Advanced Concept TechnologyDemonstration）的研究開發(fā)，建立了一批用于軍事仿真訓(xùn)練的分布式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，訓(xùn)練作戰(zhàn)人員的協(xié)同與對抗能力。當(dāng)仿真實體數(shù)目達(dá)到一定規(guī)模時，分布式虛擬戰(zhàn)場環(huán)境就可以進(jìn)行各種戰(zhàn)術(shù)演練，用來訓(xùn)練指揮與參謀人員，或進(jìn)行作戰(zhàn)計劃預(yù)演，并根據(jù)實際的，而不是計算的演練結(jié)果來評判作戰(zhàn)計劃的合理性與效果。DIS技術(shù)推出后很快應(yīng)用于美軍各兵種的仿真系統(tǒng)研究和開發(fā)，如美國海軍的“作戰(zhàn)部隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)（BFTTs，BattleForce Tactical Training System）”、空軍的“聯(lián)合建模與仿真系統(tǒng)（JMASS，JointModeling And Simulation System）”，以及STRICOM的“多兵種戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)（CATT，Combined Army Tactical Trainer）”等。同時研究性的虛擬戰(zhàn)場有“水下航行器（AUV）研究”、“NPSNET（Naval Postgraduate School Networked Vehicle Simulation）虛擬戰(zhàn)場”等。典型的DIS系統(tǒng)如多兵種戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)CA'TT，其目的是應(yīng)用逼真的虛擬戰(zhàn)場進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)對抗演練，訓(xùn)練營以下級別的指揮人員。它主要包括5個子系統(tǒng)：小型戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)（CCTT），飛行綜合戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，防空綜合戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)，火力支持綜合戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)和工程綜合戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)。其中CC：TT是CATT的基礎(chǔ)，CCTT中坦克模擬器有M1Al／M2A2、布雷德利戰(zhàn)車等，還包括計算機(jī)生成的兵力，戰(zhàn)術(shù)空域管制單元，迫擊炮火力引導(dǎo)中心、戰(zhàn)區(qū)炮兵指揮中心等單元，仿真的環(huán)境包括晝夜、霧、普通地形、沙漠地形、地雷區(qū)等。這些子系統(tǒng)都通過DIS協(xié)議進(jìn)行通信在DIS發(fā)展的同時，DARPA發(fā)起了一個聚合級分布式作戰(zhàn)仿真的實驗，隨后委托Mitre公司對實驗進(jìn)行分析研究。Mitre公司對照SIMNET對實驗進(jìn)行了技術(shù)分析，提出了聚合級仿真協(xié)議（ALSP，Aggregate Level Simulation Protoc01）。聚合級仿真過程中仿真時間不是均勻?qū)崟r推進(jìn)的，而是由離散事件觸發(fā)，每個聚合級實體由許多平臺級實體組成，因此，ALSP管理實體的數(shù)量大大超過了SIMNET。ALSP的目標(biāo)是使現(xiàn)有的多個聚合級作戰(zhàn)仿真應(yīng)用可以通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)相互交互。在概念上，每個仿真控制其自身對象，并且共享有關(guān)其自身與其他仿真的信息。ALSP吸取了SIMNET技術(shù)中的一些原則，如沒有中心節(jié)點、地理分布、自主屬性和基于信息的協(xié)議等，同時發(fā)展了一系列聚合級仿真所需的技術(shù)：時間管理、數(shù)據(jù)管理和體系結(jié)構(gòu)等。采用ALSP構(gòu)造的軍事仿真系統(tǒng)如聯(lián)合訓(xùn)練聯(lián)邦（Jrc，Joint Fraining Confederation），它是由一組基于AISP的應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成。在建成初期僅包括兩個仿真應(yīng)用，后來發(fā)展為12個，包括陸軍戰(zhàn)役仿真系統(tǒng)、空中作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)、聯(lián)合指揮電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)、聯(lián)合指揮戰(zhàn)役仿真系統(tǒng)、海軍航空與地面兵力戰(zhàn)術(shù)對抗仿真系統(tǒng)、戰(zhàn)術(shù)仿真系統(tǒng)等。1992年，ALSP應(yīng)用于美軍的“中心堡壘92”、“回師德國92”和“聚焦鏡頭92”3次主要軍事演習(xí)。　　……

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