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基于HLA 的低空虚拟战场视景仿真系统

     随着精确制导武器和无人机飞行控制技术的飞速发展,低空、超低空突防正在成为降低敌方发现概率、提高飞行器生存能力的主要手段之一。在基于低空突防 技术的低空虚拟战场仿真论证过程中,三维实时的可视化仿真正在成为低空突防仿真系统重要的组成部分。低空虚拟战场可以为低空飞行对抗提供直观、安全、有效 的仿真环境。
1 基于HLA 的分布式系统结构
    本系统将整个虚拟战场的视景仿真分为两个联邦(Federation),即双方飞行编队对抗联邦和战场环境联邦,每一联邦负责管理各自所辖的若 干相互作用的联邦成员,而运行支撑环境RTI 将各联邦成员连接在一起,管理各邦元的运行,构成一个开放的分布低空虚拟战场视景仿真系统。
   1.1 双方飞行联邦
   飞行联邦的红方成员包括:我方机群飞行邦元、飞行控制邦元和动态航路规划邦元。我方机群飞行邦元控制飞行煸队的队形,决定作战的协同规划、攻击 规划以及生存规划策略。飞行控制邦元负责选择我方编队的飞行控制方式,接收动态航路规划邦元的地理信息,或外部输入设备的状态信息,为编队在视景程序的每 一帧的飞行位置提供定位坐标。
飞行联邦的兰方成员包括:敌方机群邦元和地对空威胁目标邦元。敌方机群邦元使用人工智能(A I)技术进行自治运动,并根据红方飞行邦元的状态进行机动对抗。地对空威胁目标邦元则根据其威胁范围(火力范围),影响红方动态航路规划的运算结果。
    1.2 战场环境联邦
    动态地形地貌联邦成员包括:地形邦元,天气邦元以及静态地面特征邦元。地形邦元负责地形场景模型的管理,将当前视野内的相关地形场景模型加载入 内存,无关模型从内存中卸载;天气邦元主要用于管理各种气象云的模型,负责整个虚拟战场内的天气系统的实时生成,并演示天气变化过程;静态地面特征邦元则 根据地形邦元的位置,实时生成各种类型的静态地面特征,例如道路、桥梁以及战略目标等。
   1.3 RTI 运行支撑环境
RTI 用于说明低空虚拟战场联邦间信息的交互的问题。“RTI 犹如软总线”将各联邦成员一起构成一个开放的分布式低空虚拟战场仿真系统,使整个系统具有扩充性[1]。它的接口规范,用以实现各联邦及联邦成员之间高效 的信息交换,并为低空虚拟战场开发提供仿真管理功能,同时向下提供网络接口,屏蔽了网络通信的复杂性,本系统使用MAK 提供的免费RTI,仿真整个低空虚拟战场攻防对抗的过程。

 

2 大面积地形的生成技术和实时调度技术
    对于基于大面积地形的低空虚拟战场,减少实时系统加载的多边形数,平衡视景系统实时性与可视真实性之间的矛盾,是视景仿真需要解决的几个主要问 题。本系统将场景实时调度技术(AOI)、多层次模型构造技术( LOD)和纹理映射技术( TTM)相结合,利用Vega API 对场景进行渲染,提高了低空虚拟战场视景系统的实时性能。
    2.1 AOI
    AOI 技术即“所关心的范围”技术,通过将大面积数字地形分块,在实时程序运行时将当前视野中必须显示的地形块加载入内存,对于那些已经退出场景的地形块,则自动从场景中卸载,从而达到优化实时系统性能的目的。


 

 
      AOI 定义为以观察者为中心进行运动的球形几何区域。每个地形块作为一个网格(Cell ),并将整个大面积地形场景等分为n× n 个Cell,每个Cell 被一个球形区域(Region)所包含,设该球形区域半径为r(j)。AOI 球体通过与Regions 的碰撞实现对Cell 进行动态调度过程。
 


     2.2 LOD
     LOD(Level of Details)使用具有不同细节的描述方法得到一组模型,供绘制时选择使用,它可用在复杂3D 场景快速绘制、飞行模拟器、3D 动画、交互式可视化和虚拟现实等应用系统中,是简化模型,提高显示速度的最优方法[2 ]。本系统根据低空飞行的特点,使用三个层次模型(LOD),设定两个LOD 开关距离,分别为5000 和1000 米。在地形模型结构中的同一组节点下创建三个LOD 子节点,根据视点同目标的距离改变地形的细节描述,在远、中、近距离上自动切换多边形数少、中、多的LOD 节点。另外还可通过Creator 中的Morphing 工具对物体顶点进行路径渐近变换,从而实现距离切换的平滑过渡。
 

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