武警學院模擬訓練公共平臺的設計與實現

●張景仁

(武警學院訓練部，河北廊坊 065000)

隨著計算機網絡技術和模擬仿真技術的不斷發展，模擬訓練系統在人才培養方面發揮了重要作用，也成為院校教學的必要手段之一，各專業、各領域的模擬訓練系統研發需求日益旺盛。但是，總體上，不同功用的模擬訓練系統不成體系，以操作訓練為基礎，維修訓練為主體的模擬訓練系統更少;技術上，同類設備通用性差、規范化低，水平參差不齊;開發方式上，基本上停留在針對單一型號、單一任務的狀態［1］。研究和采用最先進的仿真技術和方法，研制多功能和全任務的模擬訓練系統成為當前軍事模擬訓練的急需［2］。由于模擬訓練系統集仿真、計算機控制、通訊、數據處理等眾多知識領域，具有規模大、開發周期長等特點，但不同系統之間又存在很多一致性和不變性，奠定了它們的可抽象性和可復用性的基礎［3］。參考軟件復用技術和產品線軟件工程(Product Line Software Engineering-PLSE)理論，針對模擬訓練系統設計及運行的共性，設計開發了模擬訓練公共平臺，為院校模擬訓練應用開發及教學奠定基礎。

1 模擬訓練公共平臺的系統設計

模擬訓練公共平臺是武警學院為各專業領域提供基于桌面的軟件仿真訓練技術支撐平臺，包括前臺虛擬環境構建、后臺仿真計算，前后臺交互接口和自然的人機交互接口。為建立武警學院模擬訓練體系的共性技術體制，降低各專業模擬訓練系統開發的復雜度，提高系統建設的復用性，保證系統建設質量，縮短系統建設周期，優化系統之間的集成與交互，減少系統運維工作量，并滿足未來技術升級與功能擴展需求提供統一的技術支撐。

1．1 主要功能設計

模擬訓練公共平臺由開發平臺和運行平臺兩部分功能組成。其中，開發平臺包括三維視景、人物仿真、人機界面、可視化腳本編輯、訓練任務控制、記錄回放、考核評估、推理機、二維應用組件、通訊組件等系統功能，為設計人員和開發人員提供統一的模擬訓練系統基礎技術支撐環境，采用“主板+插件”的模式來構建和擴展模擬訓練業務系統，各類業務系統以其為基礎和樞紐，形成一個有機的、緊密聯系的整體。運行平臺包括導調臺、指揮臺、訓練臺、評估臺、通訊服務、二維應用服務等系統功能，提供集成化、虛擬化與網絡化的平臺運行環境。

1．2 系統的總體結構

如圖1所示，從總體結構上看模擬訓練系統自下向上共分為基礎設施層、數據資源層、模擬訓練公共平臺層和業務應用層。(1)基礎設施層:為系統提供基礎環境支撐，主要包括主機存儲系統、操作系統、數據庫、應用中間件等。(2)數據資源層:為系統提供數據支撐，主要包括三維模型文件、模型紋理文件、二維應用數據文件、演練仿真記錄文件、想定文件、業務數據庫等。(3)業務應用層:是基于模擬訓練公共平臺開發或集成的各專業領域的各模擬訓練系統。

圖1 總體結構圖

1．3 系統運用流程

如圖2所示，使用模擬訓練公共平臺搭建模擬訓練系統時應遵循的基本流程，系統功能實現完成后，通過應用部署工具對整個工程進行打包，并把打包后的系統發布到運行平臺。

2 模擬訓練公共平臺的系統實現

由于模擬訓練公共平臺系統功能較多，限于篇幅，本文僅描述典型功能實現。

2．1 三維視景

三維視景模塊為平臺提供顯示逼真三維虛擬場景的支持，基于平臺的可擴展性和延續性考慮，該模塊選擇了成熟的、高效的、靈活的三維圖形渲染技術，基于OpenGL圖形語言和標準C++語言開發，滿足功能擴展和功能優化的要求。實現了行走、駕駛、飛行、UFO漫游方式;支持視錐體裁剪、隱藏面剔除、LOD渲染優化技術;主動交互設計，可開關、轉動場景中的設備;支持粒子系統和特效仿真;三維場景O-verlay功能能夠顯示文字、圖片。

三維視景采用靜態和動態地圖概念。靜態地圖是固定不變的三維場景，如建筑物、道路等，但具有碰撞檢測功能，如圖3所示。動態地圖是在場景中可以移動、變化的三維物體，如粒子效果等。無論是靜態還是動態地圖均可在第三方三維制作工具中制作完成，平臺可以直接加載。

圖2 模擬訓練公共平臺總體運用流程圖

圖3 工程場景-新建地圖

2．2 可視化腳本編輯

腳本是三維場景實現動作、互動、操作邏輯的主要工具，模擬訓練公共平臺內嵌腳本引擎，支持變量和邏輯判斷，可對三維場景進行控制和交互。

為了提高腳本編輯的便捷性，降低腳本編輯的復雜性，平臺提供了一個可視化的腳本編輯器，可以通過拖拽腳本節點，設計節點、事件屬性實現腳本編輯，同時平臺還提供了宏瀏覽器、線程瀏覽器、腳本調試器、插件管理器、庫管理器等功能，實現對腳本編輯的完整支持。

2．3 導調臺

要保障模擬訓練系統的正常運行，導調起著十分重要且關鍵性的作用，它對訓練系統進行導演、運行管理和控制，從而使訓練系統能按照設計好的模式正常運轉，保證訓練任務的順利完成。導調系統具有基本一致的用途和作用，按照通用性的原則設計出一個通用框架，滿足大部分模擬訓練系統的需求，不必針對每一個模擬訓練系統而設計相應的導調系統，則可以大大節約開發費用，降低開發難度，加快開發進度［2］。

在訓練導航頁，點擊導調臺的【進入】按鈕，可進入導調臺，導調臺列表中顯示了已創建的協同訓練，管理人員可在導調臺中對訓練過程和參訓人員進行管理控制，如圖4所示。

圖4 訓練導航頁-導調臺

3 應用實例

根據武警學院教學特點，參照已完成的水罐消防車仿真訓練系統，利用模擬訓練公共平臺基本還原了原有系統的模擬訓練功能。

3．1 應用系統實現的主要功能

該應用系統實現的主要功能有:(1)模擬訓練操作功能，如駐車操作訓練、鋪設供水線路操作訓練、取水操作訓練等。(2)班組協同訓練功能，如班組協同訓練設置、供水方案確定、一車兩槍撲救建筑火災訓練等。(3)訓練檢驗和評價功能，如考核計劃安排、考核結果人工評定、自動評定等。(4)過程控制和回放功能，如訓練過程控制、考核過程同步查看、考核過程記錄回放等。

3．2 應用系統主要文件實現

系統中的車輛運動、駐停，人員行走、操控設備及各種事件都是通過可視化腳本編輯器實現的，系統會自動保存為．dtdir文件。考核中的考核定義、考核點設置和考核變量定義可以使用可視化視圖，但考核規則文件需要在文本編輯環境下編寫，其格式如下:

//package是必須的，值同考核對象名稱小寫。

//導入語句，在規則中使用的對象指定完全合格路徑和類型名字。

//要聲明一個新類型。

//關鍵字為GenericFact，字段同各個考核變量。

//推理規則名隨便命名，但考核點對象是“LQZHG”時執行checkResult方法內的考核規則。

//考核規則明細編寫，各種判斷和判斷結果依照業務條件編寫。

編輯好后保存擴展名為．drl文件，發布到運行平臺并進行相應的配置即可實現考核功能。

3．3 應用系統主要配置

平臺參數配置主要包括:二維GIS配置、協同通訊配置、多人在線配置、數據庫配置和記錄回放配置。這些配置方法簡單、統一，均是在“資源→高級資源→配置→參數配置”中進行，只需要填寫一些相應參數即可。配置多人在線如圖5所示。

4 結論

圖5 多人在線參數配置

借助模擬訓練公共平臺實現軟件復用技術，在今后進行模擬應用系統開發的過程中，可以充分利用現有的開發成果，減少了包括分析、設計、編碼和測試等在內的許多重復勞動，從而提高了軟件開發的效率。同時，通過復用高質量的開發成果，可以避免重新開發可能引入的錯誤，從而提高軟件開發的質量［3］。但由于模擬訓練的復雜性，在Agent的使用［4］，系統間的互操作［5］，尤其是與實裝系統的對接等方面還要深入研究，以進一步完善模擬訓練公共平臺。

［1］朱元昌，邸彥強，全厚德，等．通用雷達裝備模擬訓練系統及其關鍵技術研究［J］．系統仿真學報，2005，17(11):2633-2674．

［2］朱宇峰，晉華義，劉健．作戰模擬訓練系統中導調框架的設計［J］．艦船電子工程，2008，28(10):139-143．

［3］顧榮軍，郭福成，曾勇虎，等．軟件復用技術在雷達模擬訓練系統開發中的應用［J］．電子科技，2010，23(11):8-10．

［4］韓振飛，郝威，張青春．基于多Agent的模擬訓練系統開發研究［J］．艦船電子工程，2009，29(10):138-140．

［5］馬衛兵，朱一凡．模擬訓練系統中的互操作性研究［J］．計算機工程與科學，2013，35(4):173-180．