虛擬戰(zhàn)場(chǎng)理論研究與工程實(shí)踐

前言

　　隨著我國(guó)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(shí)技術(shù)作為信息時(shí)代人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界和改造世界的一種重要方法，正在廣泛地應(yīng)用于國(guó)防、電力、交通、教育、娛樂(lè)、汽車(chē)、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(guó)建設(shè)社會(huì)主義強(qiáng)國(guó)的過(guò)程中發(fā)揮越來(lái)越大的作用?！　√摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬環(huán)境，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)的軍事應(yīng)用已達(dá)到了實(shí)用化階段。虛擬戰(zhàn)場(chǎng)是20世紀(jì)90年代隨著信息技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型的軍用仿真系統(tǒng)。它是利用計(jì)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(shí)間和空間一致性的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)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(shí)的武器平臺(tái)連入到這個(gè)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(chǎng)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(lái)，以其特有的科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、對(duì)抗性、直觀(guān)性、交互性、實(shí)時(shí)性等諸多優(yōu)點(diǎn)，引起了世界主要國(guó)家軍隊(duì)的重視。事實(shí)上，利用虛擬戰(zhàn)場(chǎng)進(jìn)行戰(zhàn)前的任務(wù)預(yù)演已成為美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家軍隊(duì)訓(xùn)練的主要方式之一，其突出效果已在科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)等幾次高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)中得到檢驗(yàn)。特別是近十幾年來(lái)，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)、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(jì)算機(jī)網(wǎng)格、普適計(jì)算等新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用都有了長(zhǎng)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(wèn)題研究、武器裝備論證等軍事實(shí)踐活動(dòng)，并將成為21世紀(jì)各國(guó)軍隊(duì)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(chǎng)是一個(gè)軟件密集的系統(tǒng)，集中了計(jì)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(shí)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(guó)家軟件工業(yè)實(shí)力的綜合體現(xiàn)。雖然我國(guó)在武器裝備硬件上與先進(jìn)國(guó)家的差距一時(shí)難以趕上，但我國(guó)一直不乏優(yōu)秀的軟件人才，通過(guò)努力，在虛擬戰(zhàn)場(chǎng)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(guó)有關(guān)以虛擬戰(zhàn)場(chǎng)為牽引的虛擬技術(shù)的研究也正在蓬勃開(kāi)展，并取得了很多成果，促進(jìn)了虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的研究和推廣應(yīng)用。在此背景下，龐國(guó)峰同志的新書(shū)《虛擬戰(zhàn)場(chǎng)理論研究與工程實(shí)踐》出版了。

內(nèi)容概要

　　《虛擬戰(zhàn)場(chǎng)理論研究與工程實(shí)踐》以軍事應(yīng)用和技術(shù)開(kāi)發(fā)為主線(xiàn)，側(cè)重于虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的構(gòu)建和工程實(shí)現(xiàn)，共分為5章，除緒論外，包括了虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的硬件基礎(chǔ)、軟件實(shí)現(xiàn)、貨架產(chǎn)品、開(kāi)發(fā)案例等內(nèi)容?！　√摂M戰(zhàn)場(chǎng)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(lái)，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)等相關(guān)技術(shù)的日益成熟和網(wǎng)格、普適計(jì)算等新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，廣泛地應(yīng)用于軍事訓(xùn)練與演習(xí)、軍事問(wèn)題研究、武器裝備論證等軍事實(shí)踐活動(dòng)，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(chǎng)理論研究與工程實(shí)踐》可作為高等院校仿真專(zhuān)業(yè)學(xué)生、軍事仿真系統(tǒng)研究和開(kāi)發(fā)人員的教材或參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論1.1 虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的發(fā)展歷程1.2 虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的理論基礎(chǔ)1.3 虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的軍事需求1.3.1 戰(zhàn)場(chǎng)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(chǎng)的功能結(jié)構(gòu)1.4.1 虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的功能1.4.2 虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)1.5 虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的未來(lái)趨勢(shì)第2章 虛擬戰(zhàn)場(chǎng)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(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信設(shè)備2.1.3 數(shù)據(jù)鏈設(shè)備2.2 視覺(jué)交互設(shè)備2.2.1 場(chǎng)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(tīng)覺(jué)交互設(shè)備2.4 觸覺(jué)交互設(shè)備2.4.1 力反饋控制器2.4.2 模擬器運(yùn)動(dòng)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(chē)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(yùn)動(dòng)跟蹤設(shè)備2.6.1 電磁運(yùn)動(dòng)跟蹤設(shè)備2.6.2 聲學(xué)運(yùn)動(dòng)跟蹤設(shè)備2.6.3 慣性運(yùn)動(dòng)跟蹤設(shè)備2.6.4 光學(xué)運(yùn)動(dòng)跟蹤設(shè)備第3章 虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的軟件實(shí)現(xiàn)3.1 體系結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)3.1.1 HLA單聯(lián)邦體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法3.1.2 HLA多聯(lián)邦體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法3.1.3 XMSF體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法3.1.4 仿真網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方法3.2 視景渲染子系統(tǒng)軟件實(shí)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?qǐng)鼍颁秩?.2.4 空間場(chǎng)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(shì)表現(xiàn)子系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)3.3.1 通用態(tài)勢(shì)圖3.3.2 態(tài)勢(shì)標(biāo)繪3.3.3 電磁態(tài)勢(shì)表現(xiàn)3.3.4 實(shí)體軌跡生成3.4 兵力生成子系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)3.4.1 平臺(tái)級(jí)計(jì)算機(jī)生成兵力3.4.2 聚合級(jí)計(jì)算機(jī)生成兵力3.4.3 嵌入式兵力3.4.4 真實(shí)兵力3.5 戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境子系統(tǒng)軟件實(shí)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(chǎng)環(huán)境系統(tǒng)3.5.3 天空戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境系統(tǒng)3.5.4 海洋戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境系統(tǒng)3.5.5 電磁戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境系統(tǒng)3.6 座艙儀表子系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)3.7 仿真想定子系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)3.7.1 想定的類(lèi)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(shí)現(xiàn)3.8 管理評(píng)估子系統(tǒng)軟件實(shí)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(píng)估第4章 虛擬戰(zhàn)場(chǎng)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(chǎng)4.1.4 基于VR-Forces的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)開(kāi)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(chǎng)開(kāi)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(chǎng)開(kāi)發(fā)第5章 虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的開(kāi)發(fā)案例5.1 IWARS5.1.1 背景與開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(xiàng)技術(shù)初步解決了一定規(guī)模仿真器互連的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了從單武器平臺(tái)的操作技能訓(xùn)練到多武器平臺(tái)間協(xié)同與對(duì)抗作戰(zhàn)仿真的跨越?？偨Y(jié)SIMNET研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn)，美國(guó)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(guó)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(guó)軍方在各軍兵種開(kāi)展了各種高級(jí)概念技術(shù)演示項(xiàng)目（ACTD，Advanced Concept TechnologyDemonstration）的研究開(kāi)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(chǎng)環(huán)境，訓(xùn)練作戰(zhàn)人員的協(xié)同與對(duì)抗能力。當(dāng)仿真實(shí)體數(shù)目達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，分布式虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境就可以進(jìn)行各種戰(zhàn)術(shù)演練，用來(lái)訓(xùn)練指揮與參謀人員，或進(jìn)行作戰(zhàn)計(jì)劃預(yù)演，并根據(jù)實(shí)際的，而不是計(jì)算的演練結(jié)果來(lái)評(píng)判作戰(zhàn)計(jì)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(kāi)發(fā)，如美國(guó)海軍的“作戰(zhàn)部隊(duì)?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(shí)研究性的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)有“水下航行器（AUV）研究”、“NPSNET（Naval Postgraduate School Networked Vehicle Simulation）虛擬戰(zhàn)場(chǎng)”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(chǎng)進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)對(duì)抗演練，訓(xùn)練營(yíng)以下級(jí)別的指揮人員。它主要包括5個(gè)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(chē)等，還包括計(jì)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(guò)DIS協(xié)議進(jìn)行通信在DIS發(fā)展的同時(shí)，DARPA發(fā)起了一個(gè)聚合級(jí)分布式作戰(zhàn)仿真的實(shí)驗(yàn)，隨后委托Mitre公司對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析研究。Mitre公司對(duì)照SIMNET對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了技術(shù)分析，提出了聚合級(jí)仿真協(xié)議（ALSP，Aggregate Level Simulation Protoc01）。聚合級(jí)仿真過(guò)程中仿真時(shí)間不是均勻?qū)崟r(shí)推進(jìn)的，而是由離散事件觸發(fā)，每個(gè)聚合級(jí)實(shí)體由許多平臺(tái)級(jí)實(shí)體組成，因此，ALSP管理實(shí)體的數(shù)量大大超過(guò)了SIMNET。ALSP的目標(biāo)是使現(xiàn)有的多個(gè)聚合級(jí)作戰(zhàn)仿真應(yīng)用可以通過(guò)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)相互交互。在概念上，每個(gè)仿真控制其自身對(duì)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(méi)有中心節(jié)點(diǎn)、地理分布、自主屬性和基于信息的協(xié)議等，同時(shí)發(fā)展了一系列聚合級(jí)仿真所需的技術(shù)：時(shí)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(gè)仿真應(yīng)用，后來(lái)發(fā)展為12個(gè)，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(duì)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(guó)92”和“聚焦鏡頭92”3次主要軍事演習(xí)?！　　?/pre>








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