魏五洲 趙海旭

摘要：在以計算機圖形學為基礎的三維可視化基礎上，設計了作戰試驗三維可視化仿真系統。將三維空間理念引入到作戰試驗可視化顯示中，具體闡述了作戰標繪的三維模型構建、實時數據接收及解析、三維態勢顯示、雷達仿真分析，直觀具體的表達了作戰試驗三維態勢。通過大數據加載顯示策略、粒子特效關鍵技術實現了良好的可視化效果，有效地提高了作戰試驗三維信息感知能力。

關鍵詞：作戰試驗;三維可視化;仿真系統

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）31-0288-02

對戰場態勢及戰場環境的可視化仿真在作戰輔助決策支持系統中發揮著重要作用。。研制一種可測量、多維度、充分考慮領域情景的虛擬戰場環境系統，可用于武器系統性能驗證和作戰方案推演，同時可有效改進系統使用人員的臨場感覺，促進訓練水平、效益的不斷提高，指導施訓方案的科學制定，推動軍事作戰、訓練模擬在概念和方法上產生新的飛躍。

1系統功能模塊結構

根據作戰試驗需求，三維顯示系統可劃分為三維數據服務子系統、三維基礎功能模塊、實時數據接收與處理、三維態勢顯示模塊和雷達分析功能模塊，系統組成如圖1所示。

2系統設計

2.1作戰標繪

1）三維模型標繪

通過實體在三維數字地圖上的初始位置部署和實體基本信息的錄人，將作戰實體三維模型手動部署到三維場景中，以可視化界面編輯部署經緯度、高度、方位角、俯仰角、模型縮放比例信息。

2）標繪對象編輯

改變標繪對象的顏色、符號大小、空間位置、視圖范圍等信息，通過風格的變化表示不同的戰場信息。

2.2實時數據接收及解析

1）通用數據結構

為了適應不同數據源的接人和顯示，需確定一套獨立的數據結構，當其他數據源接入后，通過自動轉換模塊，按照接口規范自動將接收到的數據轉化為內部可以使用的數據結構。以動態目標位置幀為例，主要描述動態目標的實時位置和姿態。

2）實時數據接收與解析

系統通過設計獨立的接收模塊，實時仿真驅動系統發送的仿真數據報文，為仿真推演提供數據驅動。實現連續接收及斷點接收兩種模式。

2.3三維態勢顯示

1）推演控制

對于回放模式，通過播放控制面板控制播放的開始、暫停、停止、繼續。設置播放速率，實現播放進程的后退、快進。

2）目標顯示控制

根據文件數據或者實時數據，通過對離散控制點的插值平滑，生成無人機等目標飛行航線，并在地球窗口顯示飛行航線、航線立柱、飄帶。通過對目標進行分類管理，靈活對目標進行顯示控制。

3）參數曲線顯示

選定某飛行目標，在屏幕上顯示參數曲線窗口，繪制飛行目標的時間—高度曲線、攻擊角—攻擊距離曲線、飛行時間—航程曲線。

4）標牌定制與顯示

在無人機飛行仿真中，以標牌形式顯示無人機、發射導彈的基本屬性信息和實時狀態信息?？刂茦伺频娘@隱及標牌顯示位置，定制標牌顯示內容及標牌字體顏色。

5）波束顯示控制

根據無人機雷達參數及飛行數據，生成無人機雷達探測波束及范圍，在地球窗口中動態顯示。能夠設置波束的顏色、透明度、線型等顯示方式。

6）偵察過程顯示

根據預警機載荷參數及飛行數據，生成預警機偵察探測波束及范圍，在地球窗口中動態顯示。

7）導彈飛行過程可視化

根據接收的導彈飛行狀態參數，包括飛行姿態、控制信息，得到不同時刻導彈的位置、速度、姿態角等數據，系統利用其位置信息繪制當前幀場景，同時能夠顯示導彈制導導引段各個交班時刻動作，逼真的模擬導彈從發射、飛行到擊中目標的全過程。

2.4雷達仿真分析

1）雷達機動部署

實現在地球上指定位置布設不同型號的雷達，以相應的三維模型進行展示，并可以設置相關參數。。

2）雷達動態掃描

基于三維地形模型，利用三維繪圖技術對雷達包絡圖、波瓣圖進行模擬再現，利用空間分析算法，對雷達跟蹤結果在三維空間中進行可視化表現。實現雷達動態掃描，并可選擇是否顯示雷達波瓣、掃描軌跡、包絡體、網格等。

3）雷達與地形遮蔽

根據數字高程模型數據對雷達垂直威力進行修正，并在三維空間中顯示與地形遮蔽后的雷達包絡，顯示雷達掃描瞬時波束受到地形遮擋后的實時效果，顯示雷達波束瞬時覆蓋情況。

4）雷達高度層切片

設定典型高度層，水平切割雷達的探測包絡，顯示該典型高度層的探測范圍切片?？蓪Χ鄠€典型高度層切片進行融合計算，并顯示融合結果。

5）多部雷達融合

利用幾何體交并的算法實現對多部雷達的包絡的融合計算，并實時在三維地球中顯示出包絡融合后的威力效果。

3系統關鍵技術

3.1大數據加載顯示策略

由于三維對象的渲染要消耗很多的系統資源，所以對大量精細三維對象的渲染速度會比較慢，為了解決這一困難，采用了細節層次模型技術，即對三維對象進行分層管理，在遠端觀察對象時較多采用顆粒度較大的粗糙模型，在近端觀察對象時較少采用顆粒度較小的精細模型，這樣既能滿足從遠至近從模糊到清晰的視覺效果，又能極大地提高系統的效率。

為了進一步提高客戶端的性能，采用客戶端緩存技術，這樣下次再瀏覽這一區域時就可以直接使用緩存中的數據，從而節省了網絡往返的時間，從而極大地提高了效率。

3.2粒子特效技術

粒子特效的原理是將無數的單個粒子組合使其呈現出固定形態，借由控制器，腳本來控制其整體或單個的運動，模擬出現真實的效果隨著虛擬世界時間的流逝，每個粒子都要在虛擬世界經歷“產生”“活動”和“消亡”三個階段。

4應用效果

系統利用接收到的實時測量數據驅動模型運動，在三維場景中實時繪制實際彈道飛行軌跡，同時顯示實際測試數據。通過對實時測量數據的記錄和回放，實現對作戰試驗過程的事后分析。作戰試驗三維可視化仿真系統設計為試驗主持人提供了一個動態、可交互的虛擬試驗環境，方便主持人了解掌握各個點位地形特征，提高試驗指揮決策的科學化、可視化和遠程化。

5結論

本文設計了作戰試驗三維可視化仿真系統，并在三維虛擬戰場環境下，實現動態仿真目標飛行與周圍場景的變化。為系統驗證分析、仿真評估與指揮決策提供了更加形象、直觀、豐富的信息支撐，對于提高場區裝備信息化程度和指揮人員的戰場感知能力，具有重大意義。