坦克分隊戰術訓練嵌入式仿真目標顯示系統

汪 兵，宋艷生，徐朝暉，馮繼東，王青山

(中國人民解放軍78098 部隊，成都 611237)

裝甲兵訓練轉型的迫切性、深刻性和創新性，戰斗力生成模式的變革性，使傳統的訓練方式方法面臨新的挑戰。在傳統的技戰術訓練中，戰術目標一般以人工舉牌示意或LED屏顯示目標圖形的方式顯示，坦克乘員根據觀察到的示意圖作出相應的戰術反應。這種靜態的目標顯示方式逼真度較差，脫離戰場環境，顯示與轉換效率低下，與實戰要求差距大。近年來，出現了一種新型的戰術目標顯示系統，采用復制分屏顯示技術播放預先錄制的戰術場景視頻，為參訓人員提供戰術目標顯示。該顯示方式基于實景拍攝和復制分屏技術，其缺點:一是分隊中各車乘員觀察到的場景相同，體現不出由于位置差異帶來的視場差別，無法實現分隊協同訓練;二是缺乏交互性，乘員只能根據視頻的內容被動應對。本文采用虛擬現實與視景仿真技術構建三維戰場環境，將坦克分隊置入虛擬場景中進行戰術訓練，通過三維建模技術在場景中生成各類戰術目標，并使目標按照一定時序在不同地域實時加載、調整和退出。這種以視景仿真為手段的目標顯示方法使參訓人員浸入到“真實”的戰場場景中，具有目標形象逼真、訓練場景多變、訓練針對性強、安全經濟和可控性強等特點。

1 仿真目標建模

根據訓練內容需求，分別建立武器裝備及其他目標的實體模型，如坦克、飛機、指揮所、地堡、雷場等;根據裝備車輛的不同特點，建立坦克運動學模型;根據坦克操控原理，建立坦克乘員控制模型;根據坦克防護系統原理，建立坦克毀傷模型;根據連排分隊作戰原理，建立戰術協同訓練模型等。

建模軟件提供了一系列建模工具，其中包括模面(Face)、面變換(ModFace)、幾何體(Geometry)、幾何變換(ModGeom)等多個建模工具箱［1］。建模工具箱與文件格式轉換工具、編輯器、視圖管理器等組成了建模所需要的基本建模功能。這些基本建模功能主要提供交互式多邊形建模及紋理應用工具，構造高逼真度、高度優化的實時三維(Realtime 3D)模型，并提供格式轉換功能，能將常用CAD 或動畫三維模型轉換成OpenFlight 標準數據格式。

建模的步驟主要是:先根據所建模型的類型選用相應的工作模式(線、面、體等)和建模工具;再用多邊形構建三維模型的幾何體;然后添加紋理、貼圖并進行調整優化;最后創建模型的細節層次(LOD)及漸變效果。圖1 是某飛機的三維模型。

圖1 某飛機的三維模型

2 戰術訓練場景構建

2.1 地形環境建模

地形的建模步驟與三位實體模型建模基本一致。首先根據仿真環境的實際需求、硬件和仿真軟件的處理能力、多邊形面的數量來規劃該地形的創建標準。其次，收集相關的地形特征數據、紋理圖片、需要添加的其他模型文件等。然后對紋理、地形特征數據進行必要的轉換處理，整合、關聯紋理、材質等數據，形成地形工程文件并存儲為OpenFlight 格式，使之符合地形建模要求［2］。調用所需要的數字高程數據DED，創建仿真地形。對于較大面積地形，要分割出地形的精細部分和次要部分［3］。其中精細部分需要高精細的紋理貼圖、密集的多邊形面，次要部分的處理就相對簡單紋理數據，較少的多邊形面。最后，在地形上投影道路、橋梁、湖泊、城市等相關特征建筑，并測試地形模型的性能，定型該地形模型文件，完成整個地形模型的創建［4］。

為增加仿真場景的逼真度，采用的地形數據來源于某訓練場地圖，基于等高線及提取的其地物特征創建三維地形環境［5-6］。根據訓練需要，系統還可以靈活更換其他地域的地形。

2.2 坦克分隊的部署

設定坦克分隊由3 輛某型坦克組成，在位置部署上呈戰斗隊形展開，橫向和縱向依次保持一定間距，如圖2 所示。

圖2 坦克分隊部署圖

由于各坦克所處位置不同，其乘員的觀察視角必然有別，對同一個目標的觀察在時間上也會有先后差異。坦克乘員根據所觀察到的戰術目標場景采取適當的單車應對措施，并通過通信手段與友鄰坦克協同聯動。

2.3 視景驅動

視景驅動的目的，是把建立的靜態視景模型根據仿真過程中動作對象的作用規律和聯邦通信與數據處理提供的實時數據，利用視景仿真軟件編程，以實現多種實體平臺在一個共同的戰場環境中進行虛擬作戰演習、模擬戰斗過程和戰斗結果。

程序的主要工作流程構架由下列語句構成:

將地形地物模型、戰術目標模型和坦克模型等導入Vega Prime 視景引擎中，按照戰術目標的設置規范和作戰要求，將各類地面戰術目標依地形特點合理部署，地面和部分空中移動目標采用PathNavigator 定義移動路徑［7-9］，通過設置一系列WayPoint 的六維坐標(x，y，z，h，p，r)實現目標的自動飛行或自動行駛。對于飛機編隊，選中其中一架飛機定義運動模式為MotionFly，編隊中的其他成員采用MotionTetherFixed 模式伴飛。坦克分隊自身以MotionDrive 運動模式在場景中自行運動或以交互控制方式運動，坦克乘員的視點Transform定義為跟隨坦克運動。

地面移動目標碰撞檢測采用的是BUMP 碰撞檢測方法［10］。BUMP 是處理碰撞檢測查詢的類，它定義了一個Segment 類型的內部體，由6 條線段組成一個檢測范圍。這6 條線段在Isector 當前位置X、Y、Z 開始向局部坐標系3 個坐標軸的正負6 個方向延伸，檢測范圍由VGIS_BUMP_WIDTH、VGIS_BUMP_LENGTH、VGIS_BUMP_HEIGHT 這3 個屬性控制。坦克與三角錐等目標的碰撞效果采用FxDebris 特效，坦克觸碰地雷的效果采用FxExplosion 特效。爆炸、炮火襲擊、化學襲擊等煙霧效果均采用定粒子系統模擬［5，11，12］。

定義碰撞檢測后，采用GroundClamp 位移策略，地面移動目標就會緊貼地表運動。

3 系統設計

系統利用虛擬現實技術和視景仿真技術，在主機上運行虛擬仿真程序，系統的程序架構如圖3 所示。

圖3 系統程序架構

分隊中的各單車所處位置不同，對同一目標的觀察角度必然有別。采用多通道仿真技術，建立多個Transform，通過拓展分屏顯示技術為各單車實時提供對應位置上觀察到的場景。整個系統共設置四個視景窗口顯示仿真結果，分為一個導控窗口和三個坦克視景窗口，如圖4 所示。

導控視點設置為從空中俯視的視角，以方便對整個戰場環境的觀察和對坦克分隊與戰術目標的控制，如圖5 所示。

圖4 系統多通道視窗

圖5 戰術目標顯示導控視窗

在坦克潛望鏡前加裝小型LCD 顯示屏，采用全屏模式顯示來自中央主機的仿真視景。顯示屏固定裝置采用磁性表座設計，實現靈活拆裝。坦克內部加裝視景交互控制終端和聲效播放器。系統的通信模塊直接采用坦克自有電臺。整個嵌入式設計不改變坦克原有結構，不影響坦克的操控功能，且拆裝方便。

由于分隊中各坦克觀察視點與視角的差異，同一個戰術目標在三個坦克窗口載入的時間先后不同，出現與調整的方位也不一樣，需要各車乘員根據所觀察到的戰術目標以通信手段協同作出反應，體現出了貼近實戰的要求。另外，系統還可根據訓練需要模擬白天黑夜等天候和陰晴雨雪等氣象條件，增加訓練環境的可變性。

4 結束語

系統與坦克分隊戰術訓練的課目設置相結合運用，戰術目標的種類、載入時機、運動方式、訓練時長等要素按照教范要求設計。訓練中，能讓參訓者浸入到“真實”的戰場場景中，具有目標形象逼真、訓練場景多變、訓練針對性強、安全經濟和可控性強等特點。

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