战场环境仿真
基于虚拟现实技术的战场环境仿真
摘要：战场环境是一切军事行动的空间基础，战场环境仿真是目前军事作战模拟领域研究的热点。本文讨论了战场环境的构成、战场环境仿真的主要内容，重点讨论了虚拟现实技术在战场环境感知仿真中的应用和关键技术。
关键词：战场环境，战场环境仿真，虚拟现实
战争具有很强的实践性特点，指战员的指挥艺术和作战能力，都需要在一定的战争环境中得到锻炼和提高。战争年代，这种能力可以通过真正的战争实践得以积累，但这种实践是不可重演、不可试验的，其代价也十分高昂。因此，即使在战争年代，非战时的训练也成为决胜的关键，指导训练的标准就是战争实践本身。和平时期，军事演习是一种普遍的训练方法，驾驭战争实践的能力是通过各种作战样式的试验来积累和提高。由于缺少实际战争的检验，各训练样式也就规定着未来作战的样式。
自人类历史上出现战争以来，人们对军事训练的研究都是以对战争规律的学习和探讨为目的，并在训练领域逐渐形成了“作战模拟”这一特殊的研究主题。作战模拟是对包括战争规律和战争指导规律两个方面在内的战争本质规律的模拟[1]，其首要的一点就是要创造一个贴近实战的训练环境，使得各类受训人员能够在此环境中得到恰如其分的训练[2]。
战场环境是敌对双方作战活动的空间，在现代作战模拟中，要营造一个贴近实战的训练环境，首先就要根据仿真原理来建立一个符合特定的作战训练科目需要的数字化的战场环境，这就是战场环境仿真（Battlefield Environment Simulation）。战场环境仿真在内容上包括战场感知。
虚拟现实是二十世纪90年代末出现的一种十分有效的仿真技术，本文将重点讨论如何运用虚拟现实技术来实现战场环境仿真。
1战场环境仿真概述
1.1 战场环境的构成
战场环境是指作战空间中除人员与武器装备以外的客观环境。从战争所涉及的客观因素来分析，战场环境应该包含战场地理环境、气象环境、电磁环境和核化环境。也许，随着网络信息战的形成，
战场网络环境也将成为战场环境的一个重要的组成部分。
战场环境具有多维性、互动性的特点。多维性的含义是：①战场环境是由多个具有自身变化规律的客观环境构成的，上述的四个环境分属于不同的学科领域；②这些客观环境的空间形态是随作战过程而演变的。互动性的含义是：上述环境之间互有影响，其中，地形环境是其他环境的物理依托，是可以进行空间定位和加载各种作战信息的基础。如图1所示，战场环境中，气象环境与地理环境互有影响，气象环境具有地缘特点，如不同的地理位置具有热带、亚热带等气象特征，而气象环境会影响地理环境，如流水侵蚀地貌、冰川地貌的形成，雨天和晴天对地面土质有影响，进而影响行军速度；地理环境和气象环境都对电磁环境的形成有重大影响，不仅规定了电子设施的分布，还决定着电磁波的传递范围和受气象干扰的程度；战场核化环境的形成，与核设施的地理位置及其周围的环境有关，核污染的区域的形成和发展与地理环境和气象环境密切相关。
1.2 战场环境仿真及其描述方式
战场环境仿真是指运用仿真技术来描述战场环境。仿真（Simulation）是通过系统模型的实验来研究一个存在的或设计中的系统。计算机仿真（也称数学仿真）是指借助计算机，用系统的模型对真实系统或设计中的系统进行试验，以达到分析、研究与设计该系统的目的[3]。在这里，系统是指为了达到某种目的的一组具有特定功能、彼此相互联系的若干要素的有机整体。对一个系统的仿真涉及三个要素：系统、系统模型、计算机，而联系这三个要素的基本活动是：模型建立、仿真模型建立和仿真实验[4]（如图2所示）。
如果把战场环境作为一个战场空间系统来看待，其特定功能就是构成战场的空间载体和物理条件，战场环境中各类环境的相互关系则构成这个空间载体的有机整体。运用计算机实现战场环境仿真，首先需要把战场环境数字化，即建立战场环境模型，数字地图就是一种典型的战场环境模型。这种模型具备通用性，但往往不能满足一些特殊的需求，例如现代作战模拟由于仍沿袭兵棋的推演方式，需要把地形环境数据按一定分辨率处理成按格网存储的数据，而且这些数据还随着作战过程的展开而动态变化。这种把战场环境模型处理成符合作战模拟使用的模型的过程，就是战场环境的二次建模（仿真建模）。经过二次建模处理的战场环境模型，就可以用于计算机作战模拟。为了保证作战模拟结果的准
确、可靠，要求战场环境模型具有一定的精确性，这就需要通过仿真实验对模型进行检验（验模）。
根据战场环境仿真在作战模拟中的用途，可以将其区分为数据仿真和感知仿真两种描述方式。数据仿真主要用于仿真对抗和作战评估，此时，战场环境数据是提供给电脑“认识”战场使用，不妨把由基本的战场环境数据转化成计算机能够识别的战场环境模型的过程称为“战场模型化”。感知仿真主要是针对指挥作业和训练模拟，即通过战场视景、声效等要素来展现战场环境，指挥员通过一定的操作界面来感知战场环境，达到辅助现地勘察、掌握态势和辅助决策等目
的，这种“战场感知化”的结果，是供人脑认识战场使用的。战场环境的数据仿真和感知仿真都是以数字化战场环境为基础，在实际应用中，这两种仿真描述方式互为作用，根据模型驱动而改变的数据仿真通过感知化展现给参训人员，而参训人员通过人机交互可以改变数据仿真的结果。图3表述了战场环境仿真两种描述方式之间的关系。由于篇幅所限，本文只对战场环境的感知仿真的内容与关键技术加以讨论。
1.3 战场环境感知仿真的主要内容
感知仿真的目的是通过直观地展现战场环境来充分训练参训人员的指挥决策能力。其内容包括对战场环境的视觉、听觉、触觉等多种感觉通道的仿真。视觉仿真通常也称“战场可视化”，是感知仿真中的一种主要形式，就是将战场环境中可见的（如地形、地物）和不可见的（如电磁场、潮汐流场）要素以立体的、三维的或二维的图形图像表达出来。听觉仿真是指通过对战场中各作战单元的声音（音效、音量和音位）的模拟来营造战场气氛。触觉仿真是指通过对人机交互设备的操作来实现人与环境的交流，这是使参训人员产生临场感的重要手段。这种通过多感觉通道的模拟来实现临场感觉的技术就是虚拟现实技术。与传统的通过地图、实物沙盘或影像资料等来了解战场的认知方式相比，在这样的系统中，参训人员就由旁观者转变为参与者，可以主动地在逼真的环境中进行探索，从而大大地提高战场认知的效率。
2 虚拟现实与战场环境感知仿真
2.1 虚拟战场环境在感知仿真中的应用
虚拟现实（VR）这一术语诞生于上世纪80年代末，是指由计算机生成的具有临场感觉的环境[5][6]，实现这种环境的技术称为虚拟现实技术。军事部门是这项技术的资助者和的最先用户，而且主要用于军事训练。1988年，NASA与美国国防部共同支持研制了一个虚拟界面环境工作站VIEW(Virtual Interface Environment Workstation)，该工作站由一台HP-9000计算机、一副数据手套、一个液晶头盔显示器和一套语音识别系统构成，用户可以从中看到立体图像、听到三维声、可发出口头命令、可伸手捉取由计算机生成的虚拟物体，这是世界上第一套虚拟现实系统[7]。此后虚拟现实技术及其产品得到飞速发展，并形成了产业，据简氏信息集团（Jane's Information Group）的一份特别报告统计[8]，到了2000年，从事与训练模拟相关的虚拟现实产品制作的公司已多达800多家，其市场将由2000年的400亿美元发展到2010年的650亿美元。
虚拟现实产品在作战模拟领域得到广泛的应用，且多数涉及战场环境仿真。运用虚拟现实技术实现战场环境仿真，其目的就是构成多维的、可感知的、可度量的、逼真的虚拟战场环境，借此提高参训人员对战场环境的认知效率。主要用于仿真对抗、导调监控、装备操作、参谋作业训练等。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。例如，美军从1984年开始研制的基于网络的分布式坦克训练模拟系统SIMNET，就将美国本土及欧洲的10个地区作战环境置于系统之内。到了90年，已使200辆装甲车辆可异地参加统一指挥的可交互的模拟演练。每个模拟器以美国的M1主战坦克为单位，提供作战区域内精确的地形起伏、植被、道路、建筑物、桥梁等信息。坦克手可以在模拟器中看到由计算机实时生成的战场环境以及其他战车图像。1991年，美国为海湾战役“东经73”计划的实施提供了一套供M1A1主战坦克使用的战场环境仿真系统，将伊拉克的沙漠环境用三幅大屏幕展现在参战者面前，进行身临其境的战场研究，为最终取胜打下了关键的基础。荷兰1992年完成的毒刺导弹训练器（VST）是虚拟现实技术用于单兵武器模拟设备的代表作，它在头盔内形成一个空间动态立体场景；随操作者的头部动作而相应改变场景，以训练操作者对付敌方飞行器的机动能力和瞄准能力，预先制备的VCD盘提供各种作战环境相应的音响效果[9]。1997年，洛克希德?马丁Vought公司为美国海军航空兵训练系统项目办公室开发了一套实战演习系统TOPSCENE（战术操作实况）。这是一个综合运用军事测绘成果和虚拟现实技术的装备，被广泛应用于海军、海军陆战队、陆军和空军，已配备100多套。该系统运用SGI图形工作站（最高配置为ONYX2、4个R1000CPU）来处理图像数据，在高配置下，每秒能产生30帧详细、逼真的高分辨率战场图像。系统可以模拟各种地形要素、不同的气象条件，还可仿真带有夜视仪、红外显示器或合成孔径雷达显示效果的夜间战斗过程。
2.2虚拟战场环境系统的基本构成
虚拟战场环境系统由软件系统、数据库系统和硬件系统三部分构成。其软件系统主要包括战场环境建模软件、场景纹理生成与处理软件、立体图像生成软件、观察与操作控制软件、分析应用GIS软件等；数据库系统主要包括战场地图数据库、三维环境模型数据库、武器装备数据库、环境纹理影像数据库、应用专题数据库等；硬件系统主要包括计算机、声像处理系统、感知系统（显示设备、立体观察装置、人机操纵装置）等。根据虚拟战场环境的应用需求，以上三个部分就有不同的组合方式，进而构成不同的应用系统。
就军事应用而言，虚拟战场环境主要有多人共享式和单兵沉浸式两种应用模式，相应地，虚拟战场环境系统就有多人共享式和单兵沉浸式两种构成，其主要区别在于立体图像的显示与观察方式以及对场景的控制方式上。
●多人共享式
在作战指挥以及大多数作战模拟与训练中，指挥和参谋人员往往需要围绕同一个战场环境来研讨作战方案、评估作战效果。为了满足多人共享的需求，目前大多数的虚拟战场环境系统都是以大屏幕投影显示、通过立体眼镜（液晶式或偏振光式）观察来实现视觉共享，通过操纵杆或鼠标和键盘等输入设备来控制视点。其优点是处于同一空间中的用户（几人到几十人）可以同时观察到同一场景，且系统硬件价格低廉。其不足是对场景的操作只能由一人完成，且当大屏投影的图像无法占满观察者的视野时，会削弱临境感。
● 单兵沉浸式
在单兵对技术、战术武器装备的操作训练的应用中，需要强调的是受训者个人与武器装备及其所处环境的关系。为此，多采用头盔显示器（HMD）来作为立体显示、立体观察和头部定位跟踪装置，运用数据手套或体位跟踪器来完成定位、选择等操作。运用这些装置可以使受训者产生强烈的临境感，进而达到良好的训练效果。但其设备十分昂贵，难以推广使用，并且由于传感装置还不十分精确、计算机对大数据量的场景计算能力有限，常常会造成感觉的病态反应。
3. 建构虚拟战场环境的若干关键技术
作为虚拟现实系统，一般认为需要具备三个基本特征—交互（Interaction）、沉浸（Immersion）和想象（Imagination）[10]，但根据实际用途，对这“3I”特征的体现也有所侧重。就共享式虚拟战场环境系统而言，体现可交互性是重点；而对于沉浸式虚拟战场环境系统，所强调的是其沉浸特征（可进入性）；无论哪种应用，想象力都是不可缺少的。
3.1 实现“交互”的关键技术
交互特征是指系统具有对人机交互作出响应的能力，衡量这种能力的标准是系统处理和显示环境图像的刷新率（帧/秒），刷新率越高，说明系统可以对交互作出越快的响应，当交互响应达到实时，在视觉上就表现为场景随交互过程而连续平滑地变化。当交互响应有明显延时，在视觉上就表现为场景的停滞和抖动变化。显然，影响交互能力的因素除了系统硬件对于场景数据处理和显示的性能外，还与场景的数据量以及交互控制的软件有关。因此，在建构虚拟战场环境系统时，要充分考虑设
备的性能以及用户的实际装备能力，软件系统开发的关键则在于场景数据的组织和管理。
在战场环境仿真应用中，参与可视化处理的场景数据包括三维地形模型、三维地物模型和地形地物的表面纹理（如果考虑到综合战场环境的构成，还应该包括武器装备模型及其纹理以及烟火特效、声效等数据），其数据量十分庞大。为了实现大数据量地景的实时交互显示，就必须解决场景数据的组织与管理问题，其思路就是在保证场景显示细节的前提下，使参与实时处理的场景数据降低到最少，以保证交互响应的效率。我们的实践表明，按人类视觉认知的规律来组织和调度场景数据是一种行之有效的方法。该规律是：从固定视点注视客观物体时，离视觉中心越近的部分在视网膜上的成像越清晰，越远其成像越模糊；从不同视距观察客观物体时，离物体越近，看到的物体的细节就越丰富。遵循上述规律，场景数据的组织和调度实际上就归结为场景细节层次的组织以及与视点相关的各层次数据的调度[11]。
● 场景细节层次的组织
场景的细节包括场景模型的细节和场景纹理的细节。场景模型的细节是指场景体形态所表达的细节，场景纹理的细节是指场景表面影像所表达的细节。场景模型的最高细节取决于模型建立的数据源，对于以矢量地图数据为主要数据源的战场环境仿真应用来说，数字地图的原始比例尺决定着场景模型所描述的最高细节，即比例尺越大，细节越丰富。场景纹理的最高细节取决于纹理影像的数据源，当以数据地图作为仿真地面纹理的数据源时，其纹理的最高细节同样与数字地图的比例尺有关，即比例尺越大，地物要素的分类分级越详细，则仿真影像所能描述的地表的细节越丰富；当以遥感影像作为地表纹理时，影像分辨率则决定着地表要素所能展现的细节。
为了达到视点越近细节越丰富的场景表达效果，需要把场景模型和纹理数据区分为多种细节层次，并按细节序列加以组织。
● 与视点相关的层次数据的调度
在同一个视景中，按视觉中心详细周边概略的原则来调度不同细节的模型和纹理数据，也是为保持交互与视觉效果而降低参与计算的地景数据量的有效方法。
需要说明的是，纹理细节可以在视觉上弥补模型细节的不足，即在较为概略的模型骨架上叠加细节较多的纹理，这是提高交互效率而不降低显示效果的一个有效策略。
3.2 实现“沉浸”的关键技术
沉浸特征是指系统的声像效果能够使受训者产生置身于虚拟环境中的感觉。对于大多数应用而言，营造立体视觉效果是实现“沉浸”的关键，即根据人类的双目立体视觉原理，借助于一定的设备，使观察者在生理水平上对被观察的场景产生强烈的立体感。由于在虚拟现实系统中，场景是由计算机生成的（非实地拍摄），为了达到立体效果，就需要对图像的生成、显示与观察各环节进行适人化的处理，因此该技术也被成为“人造立体视觉技术”[5][12]。
● 立体图像的生成
就是根据生理立体视觉的水平视差，对同一场景生成以左右眼为视点的
场景图像，即构成一个像对。像对的视差是引起生理立体感的唯一因素，决定着场景的纵深效果。关于视差的类型及其相应的视觉效果，可参阅参考文献[12]。
● 立体图像的显示与观察
显示方式与观察方式密切相关，选择何种方式取决于实际应用的需求，在上述内容中描述了战场环境仿真应用中的两种显示与观察方式。这两种方式也是目前市场上的主流，但由于这两种方式都要把部分观察装置加戴在观察者的头上，而且观察效果也不够理想（如液晶眼镜会增加闪烁、降低场景亮度，LCD头盔显示分辨率偏低，CRT头盔偏重等），因此使许多用户宁可选择三维观察方式，即直接在显示器或投影幕上观看由计算机生成的单目场景视像，以场景中的光影和形态为线索，通过观察者的心理加工，产生三维感觉（实际上是一种错觉）。最近，德国Dresden 3D有限公司推出了一种立体液晶显示器，观察者无须佩带任何观察装置就可以看出立体图像。在该显示器中装配有眼动跟踪摄像机，可捕获观察者双眼的位置，由此来控制安装在液晶屏前的一个光学蒙片分别向左右眼方向偏移左右眼图像。显然，该显示器不适合于多人共享。
在战场环境仿真应用中，环境声音主要是武器装备在作战过程中所发出的诸如发动机轰鸣、枪炮开火、弹药爆炸等声响。这些声响的特点是都具有确切的空间位置和声音效果，通过可描述空间声响的软件（如Direct 3D）就可以把声音的定位信息通过音响系统传递给用户。喧嚣的战场音响可以营造出生动逼真的战场氛围。
3.3 体现“想象”的几个方面
把“想象”作为虚拟现实系统的一个基本特征，表明了创造性形象思维能力对于构建虚拟现实系统的重要性。高超的创意不仅可以引发观看者心灵上的震撼，还可以引导他们达到探索的目的。对于虚拟战场环境的创建，这种想象力体现在人机界面的构想、场景表达的构想以及是否提供对战场环境的再创建手段等方面。
● 人机界面的构想
“VR最困难的地方就是让用户的感觉对信息确信无疑”，这是比尔?盖茨对虚拟环境应该达到的最高境界的理解[13]。要使用户“进入到”系统所产生的场景中并对其确信无疑，就需要有良好的人机界面。传统的人机界面是让用户隔着“窗口”来观察和操作应用软件，在虚拟环境中，这样的窗口会把用户阻隔在旁观者的位置上，无法作为参与者“进入到”环境中。因此，如何设计符合虚拟环境特点的人机交互界面就成为想象的焦点。
● 场景描述的构想
实际上就是指虚拟场景的设计。虚拟战场环境的外观是否逼真，主要取决于场景的外观设计。当运用矢量地图数据来生成场景的表面纹理时，场景描述的构想就涉及到每一个要素的表示方法的设计（运用几何符号还是仿真图像）、地表及各要素表面噪音效果的设计、不同地貌类型的色层表的设计、武器装备等作战单元在战场环境中的表示方法的设计、作战意图与态势的表示方法设计等方面。
● 提供实现构想的工具
在不同的军事应用中，用户对虚拟战场环境的表示方法有不同的要求，比如，对于飞行模拟训练，受训者希望能够以航空影像作为表面纹理，以便使场景在视觉上更接近于实际的地形环境。但对于作战指挥训练而言，受训者更希望场景中能够表达出地图上的分类分级信息（符号化的表示方法），以便分析和决策，这就需要在系统中为用户提供多种表达手段。此外，对于战法研究而言，用户有时需要拟构一个典型的战场环境，这也需要给用户提供实现构想的工具。
4 应用举例
从1995年以来，解放军信息工程大学测绘学院战场环境仿真工程实验室以虚拟战场环境为主题，做了大量的研究工作，取得了以“地形环境仿真系统”为代表的成果。该系统是运用虚拟现实技术，在军事测绘数据库的支持下，实现战场环境仿真的一个实用系统。主要模拟作战区域的地形环境，可以为作战模拟的各层次（战术、战役、战略）、各阶段（预案拟订、对抗模拟、结果评估）提供各种地幅的二维电子地图、三维地景和地理信息（如图4）。
本系统已经初步具备了虚拟现实的基本特征（“可进入”、“可交互”），在研制过程中解决了以下几个关键技术问题：
第一，解决了在微机环境下，对地形环境的快速三维建模、模型简化以及实时交互等问题。
第二，研制出与液晶立体眼镜的接口硬件，使得在微机和工作站环境下，可以用较底价位的立体眼镜实现具有“进入感”的立体效果。
第三，解决了地形模型与其它商业化三维软件的接口问题，以及技术、战术武器在三维地形环境中的置入问题（如图5）。
目前，本系统已在全军得到广泛的应用，也在国民经济建设中得到应用，如运用本系统，为三峡移民局进行了三峡库区水淹没过程的模拟（如图6）。
5 结语
战场环境仿真是应数字化战场建设的需要而产生的高新技术，其应用领域十分广泛。本文仅从作战模拟这一应用领域来论述虚拟现实技术在战场环境感知仿真中的应用，实际上，该技术在军事上还被应用于作战指挥、武器试验、外交谈判、灾害预测等多方面。随着虚拟现实技术日趋成熟、实用，我们相信在不远的将来，它将成为提高军队战斗力的重要的技术手段。
参考文献
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[13] 比尔?盖茨，《未来之路》，北京大学出版社，1996年。
(摘自https://www.wendangku.net/doc/e44654753.html, - /Geography&VR/VRShenZhen2001/Papers)
解放军信息工程大学测绘学院游雄
（河南郑州陇海中路66号四系，450052）
虚拟现实技术在飞行模拟中的应用
虚拟现实技术在模拟飞行领域的研究和应用 将VR技术应用于模拟飞行系统是未来飞行仿真技术的发展方向。VR通过计算机图形显示技术为核心的新技术，在计算机中生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境。用户可以使用必要的硬件设备（如数据衣、数据手套、数据鞋以及头盔、立体眼镜等），自然地与虚拟环境中的客体进行交互，相互影响，产生亲临现场的感受和体验。 飞行模拟器不同于飞行模拟软件，它有真实的座舱设备和飞行杆力感觉，人作为一个环节参与到飞行模拟系统中,接受仿真系统提供的各种感官信息, 经过判断和决策对系统进行操纵和控制。使用虚拟现实技术对飞机相关设备进行虚拟飞行, 即使操作失误也不会危及装备及人员的安全, 同时通过对飞机及其内部设备外观、工作原理、操作逻辑等内容的虚拟,提高了飞行训练的经济效益。 飞行视景仿真就是对眼睛所看到的景象进行仿真,是虚拟现实技术的重要的表现形式,采用计算机图形图像技术,构造仿真对象的三维模型或再现真实的环境,达到非常逼真的仿真效果。 一、模拟飞行仿真特点 根据VR技术的三个特征，模拟飞行仿真应满足： 1、沉浸:在虚拟飞行中, 通过三维飞行环境图形图像库, 包括天气背景、地形环境、飞机设备等, 可为使用者创造一个立体飞行环境, 增强临场感，虚拟系统将参与者置于一种隔离的环境中, 可以听到三维仿真的声音, 参与者在虚拟飞行中, 一切感觉都是极其的逼真。 2、交互:使用者可以进行对虚拟的飞机设备等进行操作, 这些虚拟设备能够及时做出回应。而不是像观看三维动画那样, 只能被动地接受信息或仅仅作为一个旁观者。 3、构想:用户可以对飞机设备产生感性认识和理性认识。 二、飞行模拟仿真关键技术 1、飞行模拟器关键技术 主要为接受训练的飞行员提供真实的飞行操纵力感和飞行状态变化，飞行员通过操纵力感的变化，判断飞行状态并进行相应的操纵。力感模拟逼真度是评价飞行模拟水平的一个重要标准，要求操纵负荷系统对静态和动态操纵力感具有良好的模拟逼真度。飞行模拟器的操纵负荷系统分为主操纵负荷系统和辅助操纵负荷系统两部分：主操纵负荷系统用于模拟横、纵向驾驶杆力以及脚蹬力并且产生舵偏角信号，力感逼真度要求较高；辅助操纵负荷系统用来模拟油门杆、前轮转
基于数字地球的虚拟海战场环境仿真
—269— 基于数字地球的虚拟海战场环境仿真 曾 鹏1，陈长征1，李苏军2 (1. 北京市947信箱10分箱，北京 100083；2. 国防科技大学多媒体研发中心，长沙 410073) 摘 要：分析传统海战场仿真方法的不足，提出以数字地球平台为基础来实现大规模虚拟海战场环境仿真的思路，从基于数字地球的大规模海洋表面生成、三维战场实体嵌入以及利用想定驱动虚拟海战场环境仿真3个方面展开虚拟海战场环境仿真技术的研究，通过实验给出实际的仿真效果。 关键词：仿真；数字海图；数字地球；虚拟海战场；想定驱动 Simulation of Virtual Sea Battlefield Environment Based on Digital Earth ZENG Peng 1, CHEN Chang-zheng 1, LI Su-jun 2 (1. The 10th Sub-box of 947 Letter Box in Beijing City, Beijing 100083; 2. Multimedia R&D Center, National University of Defense Technology, Changsha 410073) 【Abstract 】This paper analyzes the deficiency of traditional simulation methods in virtual sea battlefield, and proposes the idea of realizing the simulation of large-scale virtual sea battlefield based on the digital earth. It extends the research on simulation technology of the virtual sea battlefield from three facets of large-scale ocean surface rendering based on digital earth, embedment of the three-dimensional combat entity and scenario-driven simulation of the virtual sea battlefield environment. The effect of simulation is given. 【Key words 】simulation; digital chart; digital earth; virtual sea battlefield; scenario-driven 计 算 机 工 程Computer Engineering 第35卷 第8期 Vol.35 No.8 2009年4月 April 2009 ·开发研究与设计技术·文章编号：1000—3428(2009)08—0269—02 文献标识码：A 中图分类号：TP391.41 1 概述 随着海洋战略思想的深入人心，世界各国军事研究人员 一直对虚拟海战场环境的建设极为关注。从早期的SIMNET 计划到面向21世纪建立的下一代战争演练系统WARSIM ，美军已初步建成数字陆战场；并计划到2030年实现陆战场的全面数字化，同时建立虚拟海战场和空战场；拟在2050年前后建成陆海空天一体化的虚拟战场。目前，美军已经具备满足陆、海、空、特种部队等多军兵种军事训练的能力，并能实现虚拟与实际武备的对接，部分成果已用于一定规模的联合军事演习中。从目前国内发展情况来看，虚拟海战场的建设还停留在训练模拟器材等面向小区域的海上场景，而在面向大规模海战场态势的分析和理解时，指挥员仍普遍采用传统的基于数字海图的态势标绘和二维作业推演。造成这种现状的主要原因有：(1)海平面广阔，时空粒度与尺度跨度较大。 (2)海浪受力复杂，其波动受到重力、摩擦力、科氏力等各种力的综合影响。(3)时空互动。海浪是一个流体，海洋现象不但空间和时间上是动态的，更多的是时空互动，因此，很难用一个通用的方程来表示。(4)战场实体的嵌入以及实体与海战场环境间的交互较为复杂。然而，随着海战场感知手段的不断增强，海战场环境保障方式开始向数字化、可视化、多比例尺三维海图方向发展，以纸质海图、二维电子海图和沙盘为主的海战场环境保障手段已无法满足信息战的迫切需求。随着数字地球和数字海洋的提出以及虚拟现实技术、计算机技术和数据仓库技术的快速发展，展开基于数字地球的虚拟海战场环境仿真技术的研究能够为我军海上作战、训练和海上抢险救灾以及多军兵种联合作战提供良好的信息保障和技术支持。 2 基于数字地球的海洋表面生成 数字地球与数字海洋的提出为虚拟海战场与数字地球的结合提供了契机，也为虚拟海战场环境建设提供了良好的基础平台[1]。在该平台实现了三维虚拟海战场环境的生成，主要体现在海洋球面生成、LOD 球面高度网格生成和海面光照效果模拟等方面[2]。 2.1 海洋球面生成 由于地球的球体特性，要构建基于数字地球的海洋表面模型必须在三维球面上进行。这需要求解海洋表面各点(x , y , z )的值， 同时考虑时间因素t ，生成动态海洋表面 h (x , y , z , t )，转换为经纬度坐标即h (a , β, t )，该点的实际高度值为 surface surface (, )(,)(cos ,)h h f αβαβαββ=+??N 其中，cos β为修正值；surface N 为(a ,β)切平面的法向量。得到某时刻t 海洋表面各点的高度值就可以实现某时间点t i 海洋表面的生成，如图1所示。 图1 海洋表面点的高度值与对应的效果图 作者简介：曾 鹏(1978－)，男，博士，主研方向：虚拟现实，计算机仿真；陈长征，高级工程师；李苏军，博士研究生 收稿日期：2008-09-20 E-mail ：zengpeng_chsh@https://www.wendangku.net/doc/e44654753.html,
基于GIS三维可视化仿真技术的虚拟战场地形研究 (1).
基于GIS三维可视化仿真技术的虚拟战 场地形研究 (1) 论文首先讨论了GIS的概念及相关技术，重点讨论了基于GIS三维可视化仿真技术的虚拟战场地形的关键技术和实现过程。包括：基于GIS实现的原理，虚拟战场地形的建模，可视化的操作和分析。并结合实例进行了说明。实验结果表明用该方法开发的虚拟战场三维地形环境仿真系统具有良好的用户界面和形象逼真地动态地形显示效果。 关键词 GIS技术三维可视化数字模型虚拟战场地形 0 引言 近年来，随着GIS和虚拟现实（VR）技术的发展，军事演习和指挥决策在概念上有了新的飞跃，通过建立虚拟作战实验室来进行军事训练和研究。利用基于GIS三维动态可视化仿真技术，场景建模技术和图形图象处理技术，开发出关于某一特定的战场地形区域的真实全面的虚拟战场地形环境系统，使指挥人员有身临其境的体验。 1 GIS及其可视化原理 1．1 GIS简介 地理信息系统（GIS）是一门地学空间数据与计算机技术相结合的新型空间信息技术。它以空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间数据进行采集，管理，操作，分析和显示，并采用地理模型分析法，适时提供多种空间和动态地理信息的计算机系统。近几年来把GIS技术用到军事上的战场地形的研究已经取得了不少的进步。 1．2 基于GIS的图形表达 GIS中的图形以矢量表示和存储的。图形的实质就是空间点在三维平面的投影，可以分解为：点，线，面，体等几种不同的图形元素。因为矢量化图形的各个部分可以用数学的方法加以描述，可以对其进行任意的变换，放大，缩小，旋转，变形，移位，叠加等，并保持图形的空间拓扑关系不变。而且矢量图形的基本组成是点，线，面，体，可以进行单独定义，控制，操作，分析，查询图形对象的空间信息及其相关的属性信息。 1．3 基于GIS的战场地形信息的组织 GIS将空间实体对象用空间数据和属性来共同描述并分别存储。前者描述实体的数据和拓扑关系等，后者描述实体的属性和两者的关联标识，空间数据和属性数据通过内部代码和用户标识码作为公共数据项连接起来，使得空间对象的每个图元与描述图元的属性一一对应起来（如图1）。利用GIS特有的混合空间数据组织形式为反映战争中复杂的地形环境提供了条件。战场数字建模是把客观存在的战场地形环境实体在计算机中用真实的空间位置来表示，实现了地形空间实体与属性数据一一对应（如图2）。
最高效的四旋翼无人机数据采集建模
最高效的四旋翼无人机 数据采集建模 CKBOOD was revised in the early morning of December 17, 2020.
最高效的四旋翼无人机数据采集建模 一、简介 近年来，微小型四翼无人机已经成为了无人飞行器研究领域的一个热点。它结构简单、机动性强、便于维护，能够在空中悬停、垂直起飞和降落。在军用和民用方面具有较大的潜在应用价值，国内外许多研究单位纷纷致力于四旋翼无人机飞行控制的架构设计与飞行控制研究，以实现四旋翼无人机的自主飞行。机载传感器系统是四旋翼无人机飞行控制系统的重要组成部分，它为机载控制系统提供可靠的飞行状态信息，是实现四旋翼无人机自主飞行的重要设备。 现在无人机应用最广的是倾斜摄影技术优势或者说最吸引用户的，就是利用倾斜摄影技术可以全自动、高效率、高精度、高精细的构建地表全要素三维模型。 二、四旋翼无人机特点 1、机动性能灵活，低空性能出色。能在城市、森林等复杂环境下完成各种任务。可完成空中悬停监视侦查。实现对动力要地低，能在狭小空间穿行，能垂直起降，对起降环境要求低。 2、对动力要求较小，产生的噪音低，隐蔽性能高，安全性能出色。四旋翼无人机采用四个马达提供动力，可使飞行更加稳定和精确。 3、结构简单，运行、控制原理相对容易掌握。 4、成本较低，零件容易更换，维护方便。
三、飞行软件 目前无人机种类繁多，针对无人机开发的飞控软件也有很多，目前比较好用的是DJI GS Pro、DJI GO4、Litchi Vue、Pix4d等。 四、数据采集，使用DJI GS pro 1、打开DJI GS pro软件，点击新建任务 2、点击测绘航拍区域模式 3、点击地图选点（飞行定点比较耗飞机电量，无特殊情况建议不使用） 4、点击屏幕就会出现一个航测区域，手动拖拽四个定点可以改变航测的面积和形状，同时也可以手动增加拐点，让航测面积更加的灵活多样。并且在右边的菜单栏里选择好对应的云台相机；设置好任务的高度，任务的高度和拍摄的清晰度，成图的分辨率有很大的关系；大面积的时候尽量选择等时间拍照，因为能上传的航点是有限的。 5、点击进入右侧菜单的高级选项之中，重新设置一下航测的重叠了，一般航向和旁向重叠率是700%和70%（最好不要低于70%）；设置好云台俯仰角，正射影像图一般为-90°，拍摄3D立体时一般为-45°；设置好返航高度，确保返航时不会碰撞到障碍物。 6、点击右上角飞机左边更多选项，点击高级设置（地图优化限中国大陆地区使用打开）；这点也是最关键的一点，这时候一定要点开中国大陆这个选项，不然飞行器的位置是偏移的。会导致航测任务区域整体偏移，有一部分任务没有拍摄到。
虚拟仿真技术及其军事应用
虚拟仿真技术及其军事应用 作者 摘要：虚拟仿真技术是近年来系统仿真领域研究的热．氛问题，而且在军事领域有了广泛的应用。本文以庄拟现实技术为基础，具体讨论了虚拟现实技术在作战仿真中的应用，对虚拟作战仿真的研究进行了探讨。 关键词：虚拟仿真技术虚拟现实技术虚拟作战仿真 1. 引言 自从世界上出现第一台训练仿真系统（以1929 年美国空军飞机练习器-林克机为代表）以来，经过了以机电解算装置为主的仿真系统，以模拟计算机为主的仿真系统，以数字计算机为主的仿真系统等几个阶段，系统仿真技术得到逐步发展。特别是近十几年来，随着计算机技术的发展，系统仿真技术的发展也更加迅猛，而且在军事领域中的应用也越来越广泛。 虚拟现实（Virtual Reality 简记VR）技术是近年来系统仿真领域研究的热点，并且在很多行业开始有了实际应用。在军事领域，美国最早将虚拟现实技术应用于作战仿真。其研究人员在虚拟现实技术构造的数字化地形、地貌和敌情数据库上进行作战仿真和武器装备性能的评估。由于虚拟现实技术在军事领域有着广泛的应用前景，因此，美国军方始终把虚拟现实技术的研究与应用列于《国防部关键技术计划》中，并将虚拟现实技术视为建设21 世纪军队和培训21世纪人才以及发展新一代信息化战争武器装备的“革命性”手段。 目前，我军对作战仿真的研究日趋深人，但与先进的军事大国相比，仍存在不少差距。由于虚拟现实技术的出现极有可能为未来军事领域带来革命性的影响，因此我军应积极研究虚拟现实技术在作战仿真中的应用。本文以虚拟现实技术为基础，具体讨论虚拟作战仿真及其军事应用。2. 虚拟现实技术简介 2.1 虚拟现实技术的内涵 虚拟现实技术是80年代提出的一种新兴技术，它是将计算机技术、自动控制技术、系统工程方法、人工智能、仿真技术、多媒体技术、信息融合技术、立体影像技术、光电技术以及神经生物学、心理学和行为科学等诸多科学技术成果融合一体的崭新的人工合成的“虚拟环境”。 2.2虚拟现实技术的特征 虚拟现实技术创造的人机和谐仿真环境具有“沉浸-交互-构思”的基本特征。它利用并集成高性能的计算机系统和各类传感器，在多维信息空间创造一个使研究者处于具有身临其境的沉浸感，具有完善的交互作用能力，能帮助和启发构思的仿真信息环境。VR 的主要特征为： (1)多媒体感知性 在虚拟现实系统中，用户将感觉不到身体所处的外部环境而“融合”到虚拟世界中去，即指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。 (2)交互性 用户可以通过三维交互设备直接控制虚拟世界中的对象，并从虚拟环境中得到反馈信息。 (3）自主性 指虚拟现实系统中的物体可按各自的模型和规则自主运动，即指虚拟环境中物体依据客观规律动作的程度。 2.3 虚拟现实系统的分类 依据交互界面的不同，可将VR 系统分为下几种类型： （1）世界之窗（Window on World
四旋翼飞行器建模与仿真Matlab
四轴飞行器的建模与仿真 摘要 四旋翼飞行器是一种能够垂直起降的多旋翼飞行器,它非常适合近地侦察、监视的任务,具有广泛的军事和民事应用前景。本文根据对四旋翼飞行器的机架结构和动力学特性做详尽的分析和研究,在此基础上建立四旋翼飞行器的动力学模型。四旋翼飞行器有各种的运行状态,比如:爬升、下降、悬停、滚转运动、俯仰运动、偏航运动等。本文采用动力学模型来描述四旋翼飞行器的飞行姿态。在上述研究和分析的基础上,进行飞行器的建模。动力学建模是通过对飞行器的飞行原理和各种运动状态下的受力关系以及参考牛顿-欧拉模型建立的仿真模型，模型建立后在Matlab/simulink软件中进行仿真。 关键字:四旋翼飞行器,动力学模型，Matlab/simulink Modeling and Simulating for a quad-rotor aircraft ABSTRACT The quad-rotor is a VTOL multi-rotor aircraft. It is very fit for the kind of reconnaissance mission and monitoring task of near-Earth, so it can be used in a wide range of military and civilian applications. In the dissertation, the detailed analysis and research on the rack structure and dynamic characteristics of the laboratory four-rotor aircraft is showed in the dissertation. The dynamic model of the four-rotor aircraft areestablished. It also studies on the force in the four-rotor aircraft flight principles and course of the campaign to make the research and analysis. The four-rotor aircraft has many operating status, such as climbing, downing, hovering and rolling movement, pitching movement and yawing movement. The dynamic model is used to describe the four-rotor aircraft in flight in the dissertation. On the basis of the above analysis, modeling of the aircraft can be made. Dynamics modeling is to build models under the principles of flight of the aircraft and a variety of state of motion, and Newton - Euler model with reference
四旋翼无人机毕业设计
渤海大学本科毕业论文（设计）四旋翼无人机设计与制作 The Manufacture and Design of Quad Rotor Unmanned Aerial Vehicle 学院（系）： 专业： 学号： 学生姓名： 入学年度： 指导教师： 完成日期：
摘要 四旋翼无人机飞行器因为它的结构简单，而且控制起来也很方便，因此它成为了近几年来发展起来的热门产业。在这里本文详细的介绍了四旋翼飞行器的设计和制作的过程，其中包括了四旋翼无人机飞行器的飞行原理，硬件的介绍和选型，姿态参考算法的推导和实现，系统软件的具体实现。该四旋翼飞行器控制系统以STM32f103zet 单片机为核心，根据各个传感器的特点，采用不同的校正方法对各个传感器数据进行校正以及低通数字滤波处理，之后设计了互补滤波器对姿态进行最优估计，实现精确的姿态测量。最后结合GPS控制与姿态控制叠加进行PID控制四旋翼飞行器的四个电机，来达到实现各种飞行动作的目的。在制作四旋翼飞行器的过程中，进行了大量的调试并且与现有优秀算法做对比验证，最终设计出能够稳定飞行的四旋翼无人机飞行器。 关键词：姿态传感器；四元数姿态解算；STM32微型处理器；数据融合；PID
The Manufacture and Design of Quad Rotor Unmanned Aerial Vehicle Abstract Quad-rotor unmanned aerial vehicle aircraft have a simple structure, and it is very easy to control, so it has become popular in recent years. Here article describes in detail the design and the process of making the four-rotor aircraft, including Quad-rotor UAV aircraft flight principle, hardware introduction and selection, implementation and realization of derivation attitude reference algorithm, the system software . The Quad-rotor aircraft control system STM32f103zet microcontroller core, and the advantages and disadvantages based on the accelerometer sensor, a gyro sensor and electronic compass sensors using different correction methods for correcting various sensor data and low-pass digital filter processing, after design complementary filter to estimate the optimal posture, precise attitude measurement. Finally, GPS control and attitude control PID control is superimposed four-rotor aircraft four motors to achieve a variety of flight maneuvers to achieve the purpose. Four-rotor aircraft in the production process, a lot of debugging and do comparison with the existing excellent algorithm validation, the final design to stabilize the Quad-rotor UAV flying aircraft. Key Words：MEMS Sensor; Quaternion; STM32 Processor; Data Fusion; PID
当前环境工程设计现状及新发展分析
当前环境工程设计现状及新发展分析 发表时间：2018-08-29T09:47:30.657Z 来源：《建筑模拟》2018年第14期作者：方荣昌 [导读] 本文主要对当前环境工程设计现状及新发展进行了分析，以供参考。 福建华东水务有限公司福建省福州市 350000 摘要：自我国全面进入小康社会以来，人们在生活当中所关注的问题已经由衣食住行的优良变为生活环境好坏，在这一社会环境下，环境工程得到了高速发展，与此同时，所产生的矛盾是环境工程与高昂的工程造价之间的矛盾，环境工程的建设成本相对来说要比一般工程的成本要高，而环境工程又不得不去进行建造。本文主要对当前环境工程设计现状及新发展进行了分析，以供参考。 关键词：当前环境工程；设计现状；新发展 引言 随着我国城市的快速发展，环境污染问题也日益严峻，城市中的环境工程建设也表现出蓬勃的发展势头。“十三五”期间，国家明确了对治理大气污染、水污染、土壤污染的力度及要求。大批的垃圾无害化处理、污水治理以及大气治理等环保项目随之兴起。因此，在城市中环境工程建设步伐不断加快的同时，如何解决其中存在的问题，已经成为了我国城市建设中的主要探究目标。 1 环境工程的主要特点 1.1 技术水平要求高 随着我国环境污染的问题越来越严重，进而让社会和国家对于环境工程中的技术水平要求逐渐提高。对于污染物治理的深入细化，逐渐有更多的新技术、新材料、新工艺以及新设备等运用到项目中，施工的难度也相应加大。其次环境工程的技术要求高，不仅可以让环境污染问题可以很好的解决，另一方面也可以减少产生二次污染等问题。因此环境工程中的管理层要加强对于技术水平的重视，只有这样才能帮助污染问题更好更快的解决。 1.2 涉及工程范围广周期长 环境工程在进行施工的过程中所涉及的项目范围广，专业多。比如电气行业、机械行业、给排水、通风空调以及配套控制软件开发等；施工中，有土建，钢结构、管道、电气以及仪表自动化等安装工程。由于有着多种复杂的环境问题，这样就需要很多的对口专业技术来完成相应的工作。其次环境工程的项目实施周期相对较长，各种专业的交差作业多。以垃圾焚烧发电厂项目为例，从设计、施工到调试、达到设计产能，一般需要18个月到36个月。 2 当前环境工程设计现状 2.1 前期策划设计阶段中的问题 环境工程在前期策划设计阶段存在多方面的问题，一是项目选址问题，既要考虑污染物的运输方便，又要考虑周边居民的反应或移民成本。二是没有明确的目标及方向，对所选用的技术可行性，与经济可行性不能确定。三是环境工程前期设计阶段中的设计不够完善，一方面在施工中不能很好的解决，另一方面使工程中出现的问题逐渐增多，致使环境工程的项目不能顺利的实施。 2.2 环境工程中的安全问题 环境工程在项目管理的施工过程中，首要考虑的问题是安全，只有这样工程项目才能顺利的实施。环保项目，涉及专业多，高峰期，交叉作业多，安全隐患也大。其次环境工程在项目管理中，一方面大型的施工设备修理和检修不及时，进而让员工的安全得不到应有的保障，另一方面施工材料中所用的化学材料具有危险，在施工过程中容易造成二次污染。因此环境工程要建立起完善的项目监督制度，才能帮助工程项目中存在的安全问题得以解决。 3 环境工程新发展 3.1 加快环境工程技术规范建立，满足环境工程高速发展需求 随着环境污染问题越来越严重，国家政府在治理环境污染中的投资力度也越来越大，这些措施满足了我国当前治理环境污染的要求。国家相关部分也大力扶持环境工程学科的建设和发展。随着环境工程技术的不断发展，一些先进的技术逐渐开始应用到环境治理中来，并且在实践中取得了明显的效果。但是在实施过程中一些问题也随之凸显出来。在环境工程技术实施的过程中，一些技术规范没有完善，管理措施也相对滞后，这些问题导致了资源的浪费，一些工程中的投资没有得以充分利用。所以在应用环境工程技术的过程中，必须加快技术规范的完善和建立，这样才可以保障投资效益的实现。 3.2 对选用方案进行比对 对于项目选址问题，既要考虑污染物的运输成本，又要考虑项目运行后对周边的影响，如需移民，还得考虑移民成本。同时对相关的方案进行分析比对，尤其对方案的技术可行性，经济可行性以及后续对周边环境的影响进行比较，采取最佳的设计方案。环境工程中的管理层在前期设计阶段要与当地政府和相关部门进行沟通和协调，对后续项目运行中用水，电以及物料做好调研。 3.3 确保工程的长久运行 环境工程是要长久服务于社会环境的，是要给民众带来更好的生活体验才存在的，因此，如果其服务寿命短，经常需要耗费大量的资源去维护和修缮，显然不符合环境工程建设的主旨。为了让工程的实际作用体现出来，确保其长久稳定的运作十分重要。许多企业普遍认为工程建设完成便算作成功，但实际上，作为服务于社会环境的工程，其带来的环境改善效应，应当大于其资源的支出，不能够长久服务于社会的工程不具备存在的意义。因此企业应当认真看待并积极完善工程的检修维护工作，要以防患于未然为目标，在工程出现问题隐患之前便开展监测与修缮，让工程的寿命更长，才能得到群众更广泛的认可。 3.4 加强环境工程当中的价值工程管理工作 通过加强环境工程中的价值工程管理，可以从根本上解决我国环境工程建设成本较高的问题，有助于我国环境工程建设行业的发展，对提高我国人民的生活环境和促进人民的身体健康有很大的帮助#加强环境工程当中的价值工程管理工作，主要包括：1）提高价值工程工作人员整体素质水平，提高其工作能力，能够合理分析当地的地理环境和生产成本之间的联系与要求，设计出最合理的建设方案。针对项目的规模，对项目中的各部门、各专业配备合格的人员，实行岗位责任制。做到每一项工作，都能够落实到部门及个人，并实行有效的人才激励机制，鼓励人才脱颖而出。2）提高我国环境工程建设的技术水平.有助于提高工程进度，降低生产成本，对价值工程的管理工作有很
虚拟战场的实时四声道立体声合成
国防科技大学学报 第22卷第4期J OURNAL OF NATIONAL UNIVE RSITY OF DEFENSE TECHNOLOGY Vol122No142000文章编号:1001-2486(2000)04-0045-06 虚拟战场的实时四声道立体声合成* 曾亮,李思昆 (国防科技大学计算机学院,湖南长沙410073) 摘要:面向虚拟战场提出了实现实时四声道立体声合成的简化算法。针对四声道立体声的特殊性,首先探讨了四声道立体声系统中扬声器的配置方案。在四声道立体声系统扬声器配置方案的基础上,解决了单声源的表示、声强衰减及实时立体声化问题,然后提出一种评价混声效果的标准及一个评价声源对整个声音所作贡献的公式,并由此提出一个混声公式,从而解决了多声源环境的实时混声问题。该套算法用于应用系统,取得了较好的效果。 关键词:四声道立体声;虚拟战场;虚拟现实 中图分类号:TP39119文献标识码:A Realizing a Rea-l time4-C hannel Stereo Sound Environment for Virtual Battlefield ZENG Lian g,LI S-i kun (College of Computerm,National Univ.of Defense Technology,Changsha410073,China) Abstract:Rea-l time algorithms are given to generate4-channel stereo sound for vi rtual battlefield.For the special case of4-chan-nel stereo sound,first we studied the speaker layout scheme of4-channel stereo sound system.Based on the given speaker layout,we dealt wi th the attenuation of sound intensi ty and turned a mono sound into a stereo one.Then,a cri terion for evaluating the effect of sound mixing is proposed.An algorithm based on this cri terion is also given to mix sounds randomly in rea-l time.T he algorithm has been successfully applied in one of our applications to realize a rea-l ti me4-Channel Stereo Sound environ ment for virtual battlefield.The effect is quite good. Key words:4-channel s tereo sound;vi rtual battlefield;virtual reali ty 分布式虚拟战场系统是典型的多用户虚拟现实应用,它通过局域网或者广域网络由分布的各种交互设备将成员引入由计算机合成的虚拟战场环境中,对作战单位成员进行训练和执行相关课题的研究任务。虚拟战场环境下成员的沉浸感,来自于良好的人机接口界面,并为仿真的可信度和可用性提供保障。虚拟战场环境下,成员与环境之间信息的交互在很大程度上依赖于视觉通道和听觉通道。真实的合成空间声音将大大增强环境的沉浸感。听觉信息一方面为视景伴音,对视觉效果进行增强和渲染,另一方面独立提供重要信息。由于人对环境中声音信息的接收没有像接收视觉信息那样受角度和方位的限制,通过声音可以获得不可见事件或实体的行为、状态信息,无疑是对视觉信息的重要补充,这在战场环境下更有特殊重要的意义。随着计算机软硬件技术的发展以及对合成环境逼真度要求的提高,三维立体声的合成与播放技术已经成为必需和可行。 面向虚拟战场的VR环境中,由于多通道交互的相互辅助,对立体声精确性的要求适度降低,我们由此提出一个实现实时四声道立体声合成的简化算法。这套算法针对四声道立体声的特殊性,首先解决了四声道立体声系统中扬声器的配置方案。在此基础上通过对WAV格式的声音文件的处理,具体解决了单声源声强的衰减、实时立体声化和多声源环境的实时混声等几个关键问题。 1扬声器的配置方案 在利用PC机实现立体声的方案中,往往采取双声道耳机来实现立体声的输出。采用双声道耳机*收稿日期:2000-02-17 基金项目:国家863计划资助项目(863-306-ZD10-02-3) 作者简介:曾亮(1970-),男,博士后。
战场环境分析
联合作战战场环境分析 --地形地貌
地形 摘要:将军的优劣常体现于他的战术，而地形是战术中必须考虑的因素，所以地形对于战争有着不可估量的影响，但归根结底是将军如何运用地形的问题. 地形不仅是作战布阵的考虑因素，也是扎营、行军、进攻方式和时机的考虑因素。 关键词：战场环境、地形、作用影响、特点特征 众所周知，在二十一世纪的今天，科学技术已经发展到一个相当高的水平，我们可以不受舟车劳顿之苦而与大洋彼岸的人说话，不必亲临现场也能看一场NBA 比赛，甚至我们已经有能力飞上天去观察我们美丽的星球，所以，某些人就认为现代战争中，有了先进的科学技术，地形地貌就不重要了！当然，这不能说没有一点道理，但我认为，地形地貌在现代战争中依然有不可动摇的地位。
1.地形地貌对作战防守的重要影响 首先，地形地貌对防守有重要意义。如果战争一方拥有山地，丘陵等有利地形，即使对方能用先进的仪器设备探知敌人的位置，也难以摧毁敌军，现代战争无外乎卫星与导弹的较量，但山区地形复杂，容易挖洞穴藏身，故导弹虽威力无穷，却也要做无用功，即使有最先进的飞机，坦克，也不能完全摧毁敌军。本.拉登的恐怖组织之所以 迟迟未被拥有先进的卫星导弹的美国所击败，很大程度上是因为他们占据了有利的山区地形地貌，因此，有利的地形地貌易守难功。美国虽然击败了萨达姆政权，但在伊拉克仍然陆续有很多美军死亡，就是因为其不熟悉伊拉克的地形，被恐怖分子依托有利地形地貌牵着鼻子打。所以有利的地形地貌能够发起有效的反击，从而击退敌人。依托有利的地形地貌，防守一方肯定不会轻易出击，而进攻一方则想尽办法尽快干掉对手，于是几番狂轰烂炸过后，便萌生了大举进攻，近距离作战的念头，此时正是防守一方奋起反击的时候，从而有效的打击敌人。当年中国共产党之所以能让日本人望而生畏，靠的就是山区的有利地形，采取游击战，虽然武器不如对手，但还是给对手以有力打击，从而捍卫了中华民族的尊严！当然，有些人可能会说现代战争武器威力之大足可以将大山夷为平地，真实展现中国古代的愚公移山！
基于虚拟仿真平台实施通信类实训课程改革的探索与实践
基于虚拟仿真平台实施通信类实训课程改革的探索与实践 --以“光通信系统实训---4G承载网建设”为例1 谭传武刘志成 （湖南铁道职业技术学院，湖南株洲 412001） 摘要：本文基于虚拟仿真平台实施通信类实训课程“光通信系统实训”教学改革。通过深圳市艾优威科技有限公司开发的“IUV-4G全网仿真教学软件”（简称IUV平台）完成密集城区承载网设计与实现。从网络规划、设备配置、数据配置、业务调试等方面完成承载网的建设及优化。通过调试和测试检测城区连通性，最终实现全市各小区能够快速、稳定上网。利用虚拟仿真平台实施实训课教学，能确保实训任务同步完成达到实践训练的效果，特别适合通信类专业设备昂贵、网络系统庞大的专业实训课程体系。 关键词：虚拟仿真；课程改革；实训教学；承载网 【中图分类号】：G712 【文献识别码】：A 【文章编号】： 0 引言 随着“互联网+”时代的到来，虚拟仪器技术及网络功能的不断更新与完善，真实工程环境与虚拟教学环境的结合越来越紧密，基于此类技术的虚拟实训教学平台以丰富的资源共享性、互动操作性等特点，在信息化教学和实践教学上具有非常明显的优势[1]。 通信系统的认知和实训是通信专业中最为重要的实训课程[2]。通信系统设备产品多样、更新迅速、价格昂贵,以现有学校的实训经费投入，学生很难看到全网的真实设备，更难做到亲手操作体验，对所学课本知识很难消化，不利于以后的实际工作和应用[3][4]。利用虚拟仿真技术，学生可以与虚拟环境的各个仿真模拟设备接触，能够增强职业性的体验，加深学生对课堂教学和实践内容的理解[5][6]。同时学生可以针对工作任务提出自己的解决办法，增强学生解决现场实际问题的能力，对于改善学生的规范意识、安全意识具有重要的实际应用价值,推动了通信专业教育教学改革[7]。 本文基于深圳市艾优威科技有限公司开发的“IUV-4G全网仿真教学软件”（简称IUV平台）平台，实施“光通信系统实训”课程教学，以“4G承载网建设”的内容为例，对实训课教学进行尝试，从网络拓扑规划、容量规划及IP规划、设备配置、数据配置等方面完成密集城区（万绿市）的4G承载网络建设, 从而使学生达到全程全网的意识。 1、网络规划 承载网的站点之间采用光传输网OTN，站点采用PTN与路由器混合组网形式，在核心层部署路由器加强IP转发能力，结合了PTN和路由器两种组网方案的特点。本文使用网段192.168.35-38.0/24模拟网络建设。详细地址规划如表1所示。 收稿日期： 作者简介：谭传武（1984—），男，湖南茶陵人，讲师，研究方向为通信技术。 1基金项目：湖南省教育科学规划院2016年度职业院校教育教学改革研究项目（项目编号：ZJGB2016014）
虚拟现实技术在军事上的应用
你可否见过这样的场景：在一个大型室内训练场地中，数名头戴头盔显示器、身着数据服、手配数据手套的士兵，紧握自动步枪，密切地注视着周边，并以专业姿态、战术动作紧张地搜索穿行。这是在干什么？他们是在玩游戏吗？当然不是，这是在进行野战环境下的军事训练，借助的工具正是当下最火的虚拟现实技术来实现。 虚拟现实技术（又被称为灵境技术或人工环境技术）是一种数字仿真技术，它采用以计算机技术为主的多种信息技术和其他高技术手段，在特定范围内生成一种能融合人的视觉、听觉、触觉和嗅觉于一体的、逼真的三维人工虚拟环境，用户通过特殊装置可将自己“投射”到这个立体环境中，在看到虚拟的自然景象的同时，通过辅助传感设备，可以与虚拟环境产生互动，从而产生“看、听、触、闻”等这些在真实世界中才有的体会。 利用虚拟现实技术构设出来的可视化虚拟现实系统，与传统的数字仿真系统比较，具备三个重要基本特征： 一是沉浸性。在虚拟现实系统提供的虚拟环境中，体验者的确有了“看得见、听得到、摸得着、闻得出”的真实感受。二是交互性。体验者用在日常生活中的方式与虚拟场景中的人或物进行各种交流、产生真实的互动体会。三是构想性。用户能在虚拟的环境中获取新的知识和经验，形成感性或理性的认识，从而产生新的思想和行动，有效提高思考和行动能力。值得一提的是，这三者中，沉浸性是虚拟现实系统的核心，交互性是要求，而构想性则是目的。 在目前的技术现状下，用虚拟现实技术构建起的三维虚拟空间，更多注重的是用户的视觉、听觉和触觉体验，所以主要是凭借这“三觉”仿真系统来为用户营造出一种“身临其境”感受。其中，视觉仿真系统主要由具备显示和跟踪功能的头盔显示器组成；听觉仿真系统主要由传输声音的立体声受话器组成；而触觉仿真系统主要是由有着传感器作用的数据服和数据手套等组成。通过它们，把用户的眼睛、耳朵、关节和大脑，与计算机等技术创造的虚拟世界联系起来。 当用户置身于虚拟空间时，头盔显示器的显示部分能连续显示变化的三维立体图像，跟踪部分不断跟踪用户眼睛的视线和视点，受话器实时向用户耳朵发出不同环境和对象的声音，数据服和数据手套随时测定用户身体、手指的位置和移动轨迹。与此同时，所有这些都被转变成信号实时地输入计算机，由计算机“随机应变地”生成更新的立体图像，复制出各种相应的声音，给出用户触及或操作实物般的感觉，从而使用户就像在现实世界一样，穿行于虚拟世界中。 正因为能营造出那种在虚拟的环境或场景中体验真实世界、操作实物的感觉，进而获得能力的极大提升，使得虚拟现实技术日益受到人们的重视，很多国家都在大力研究和开发它。最近几年，虚拟现实技术有了较快发展，并在经济社会等很多领域都得到了进一步的应用，在国防军事领域更展现出诱人的巨大应用价值。 一方面，虚拟现实技术通过构建和选择三维实战环境，逼真地模拟实车、实兵、实人，渲染出生动的视觉、听觉和触觉效果，使士兵像在野外参加实战一样，在室内“临场”感受“刀光剑影”“险象环生”“变化莫测”的战场对抗场面，熟悉作战区域的情况，操练战术动作，从而能在危险小、耗资低、有趣生动的训练环境中，实现“在游戏中训练”，锻炼和提高实际战术水平以及临场快速反应、心理承受和战场生存等能力，增强作战技能和训练效率。 另一方面，它通过侦察情报和地理环境信息合成出立体的战场全景图，让受训指挥员立足作
基于虚拟现实技术的战场环境仿真
基于虚拟现实技术的战场环境仿真 摘要：战场环境是一切军事行动的空间基础，战场环境仿真是目前军事作战模拟领域研究的热点。本文讨论了战场环境的构成、战场环境仿真的主要内容，重点讨论了虚拟现实技术在战场环境感知仿真中的应用和关键技术。 关键词：战场环境，战场环境仿真，虚拟现实 战争具有很强的实践性特点，指战员的指挥艺术和作战能力，都需要在一定的战争环境中得到锻炼和提高。战争年代，这种能力可以通过真正的战争实践得以积累，但这种实践是不可重演、不可试验的，其代价也十分高昂。因此，即使在战争年代，非战时的训练也成为决胜的关键，指导训练的标准就是战争实践本身。和平时期，军事演习是一种普遍的训练方法，驾驭战争实践的能力是通过各种作战样式的试验来积累和提高。由于缺少实际战争的检验，各训练样式也就规定着未来作战的样式。 自人类历史上出现战争以来，人们对军事训练的研究都是以对战争规律的学习和探讨为目的，并在训练领域逐渐形成了“作战模拟”这一特殊的研究主题。作战模拟是对包括战争规律和战争指导规律两个方面在内的战争本质规律的模拟[1]，其首要的一点就是要创造一个贴近实战的训练环境，使得各类受训人员能够在此环境中得到恰如其分的训练[2]。 战场环境是敌对双方作战活动的空间，在现代作战模拟中，要营造一个贴近实战的训练环境，首先就要根据仿真原理来建立一个符合特定的作战训练科目需要的数字化的战场环境，这就是战场环境仿真（Battlefield Environment Simulation）。战场环境仿真在内容上包括战场感知虚拟现实是二十世纪90年代末出现的一种十分有效的仿真技术，本文将重点讨论如何运用虚拟现实技术来实现战场环境仿真。 1．战场环境仿真概述 1．1 战场环境的构成 战场环境是指作战空间中除人员与武器装备以外的客观环境。从战争所涉及的客观因素来分析，战场环境应该包含战场地理环境、气象环境、电磁环境和核化环境。也许，随着网络信息战的形成，战场网络环境也将成为战场环境的一个重要的组成部分。 战场环境具有多维性、互动性的特点。多维性的含义是：①战场环境是由多个具有自身变化规律的客观环境构成的，上述的四个环境分属于不同的学科领域；②这些客观环境的空间形态是随作战过程而演变的。互动性的含义是：上述环境之间互有影响，其中，地形环境是其他环境的物理依托，是可以进行空间定位和加载各种作战信息的基础。如图1所示，战场环境中，气象环境与地理环境互有影响，气象环境具有地缘特点，如不同的地理位置具有热带、亚热带等气象特征，而气象环境会影响地理环境，如流水侵蚀地貌、冰川地貌的形成，雨天和晴天对地面土质有影响，进而影响行军速度；地理环境和气象环境都对电磁环境的形成有重大影响，不仅规定了电子设施的分布，还决定着电磁波的传递范围和受气象