基于Unity3D的破甲彈作戰視景仿真

【摘要】為了真實地展現某型破甲彈的作戰過程，首先利用Maya軟件建立了破甲彈、藥型罩、坦克以及打擊目標的模型，并將模型導入到Unity3D中，其次采用Unity3D自帶的地形系統建立了視景仿真的場景，最后根據某型破甲彈的作戰使用情況，設計了仿真動畫、特效以及坦克行駛路徑等效果，實現了某型破甲彈的作戰效果視景仿真。

【關鍵詞】破甲彈|作戰過程|Unity 3D|視景仿真

在現代戰爭中，坦克，裝甲車等裝甲兵器依然占領重要地位，影響著戰爭的走勢。破甲彈是典型的反裝甲彈藥，在反裝甲能力上具有較高的侵徹能力和瞬時殺傷力，在反裝甲目標的戰斗中有其重要的優勢。隨著計算機技術的飛速發展，仿真技術也日漸成熟，由計算機仿真系統和真實裝備數據建立仿真系統組成仿真環境，能夠再現武器裝備的作戰使用情況，因此，通過視景仿真技術，讓原本只能在現場觀察到的破甲彈毀傷效果得以在計算機上進行形象化的演示[1]，為破甲彈的使用提供較為真實的作戰效果。

本文通過分析某型坦克用破甲彈的作用原理及作用過程，利用Maya建立破甲彈和坦克等模型，將模型導入Unity3D中，建立整個仿真的框架系統，最終完成某型破甲彈作戰過程視景仿真。

一、仿真模型建立

破甲彈的侵徹過程涉及較為復雜的過程動畫，在建模方面準備采用Maya進行建模。其內嵌編程語言（Mel）使Maya中幾乎任何部分都可以被自定義設置，使得Maya更符合本文設計的工作流程[2]。

破甲彈外形由Bezier曲線創建，通過點擊確認起始點，終點，然后通過添加錨點的方式，拉伸曲率，即可完成基本的破甲彈草圖，再用擠出命令，擠出破甲彈的基本形狀。在擠出完破甲彈的基本外形后，利用Maya的多邊形工具建立破甲彈的重要部件，再結合布爾運算、擠出、橋接等代碼運算功能，可以完成破甲彈模型的建立，如圖1所示。

坦克和打擊目標模型同樣利用Maya的多邊形功能中的立方體、圓柱、多邊形管道進行建立。在建立過程中可以利用Bezier曲線或者CV曲線加以輔助，擠出部分按照坦克及打擊目標的形狀進行設計。

二、基于Unity 3D破甲彈作戰過程視景仿真

（一）場景的建立

仿真場景的建立采用Unity3D自帶的地形（Terrain）模塊。該模塊能夠在scene窗口創建一個plane然后通過地形功能中的Raise/Lower Terrain來升起或下陷地形，使一塊原本平坦的地面產生山地等地形效果，再配合Smooth Height（平滑部分尖銳的突起下凹）等筆刷功能，即可創建將要使用的地形場，建立完成的仿真場景如圖2所示。

（二）仿真模擬

首先將Maya中建立的破甲彈、坦克、目標模型皆轉為Fbx，導入到Unity 3D中，在場景中調整大小位置，為后續的仿真設計奠定基礎，其中坦克導入后的坦克模型如圖3所示。

模型導入后需要對模型進行功能添加，以實現仿真效果。對于坦克其需要的功能有移動，武器系統，音頻聲音等，因此首先在移動上，需要改變模型在三維坐標上的一個坐標變量（Transform），而改變坐標位置，對于坦克的轉動需要采用Rotation來控制旋轉，在音源方面只需要建立一個音頻庫，在需要的時候用過腳本控制播放就可以了，而對于坦克武器系統，需要通過調用實例化炮彈模型并施加一個力在剛體上，使炮彈發射出去，最終碰到目標。在這次仿真系統設計中，功能方面是通過C#來實現的[3]。

（三）破甲彈毀傷過程動畫

通過對破甲彈侵徹過程的分析，結合Maya軟件的動畫系統，破甲彈毀傷過程動畫包括下面幾個部分：

第一階段為不穩定飛行階段，此時炮彈剛剛出膛，尾翼尚未完全打開，飛行也不穩定，而在編輯動畫候只需將破甲彈的旋轉軸偏離法線30°左右，即可達到效果，如圖4所示。

第二階段為尾翼張開穩定低旋飛行，該階段由于破甲彈的在飛行時候并非靠自身旋轉達到飛行穩定，所以在經過短暫的飛行后，尾翼逐漸打開，破甲彈即可在不依靠高轉速的情況下達到穩定飛行狀態。

第三階段為戰斗部爆炸，在碰撞檢測后實現引信將觸發炸藥，戰斗部發生，金屬射流逐漸生成，爆炸效果如圖5所示。

（四）Unity3D中的動畫系統的實現

Unity3D 的 Mecanim 動畫系統可以直接復用 Maya中制作的動畫文件中的數據，將Maya的動畫文件導入到場景中后，在監測欄中，先在RIG中勾選Generic，和Animation中的Import Animation，否則在場景中動畫是無法運行的，再從Avatar Definition模型中創建骨骼。在Animation選項卡中，主要為動畫進行一個K幀分段，通過破甲彈對目標毀傷作用的了解、分析和分解，將動畫分段并為動畫建立基礎層[4]，最后通過代碼設計和測試實現了動畫觸發后的循環播放。

三、結語

本文采用視景仿真技術建立了某型破甲彈的作戰過程。視景仿真技術是計算機仿真技術發展的一個分支，隨著仿真技術的發展未來的視景仿真系統，可以通過建立模型庫、歷史實驗資料庫與武器裝備數據庫、基礎仿真場景等信息數據庫，建立全方位、多層次、多視角的視景仿真平臺，并在視景仿真的基礎上建立相應的支撐系統，實現對試驗過程進行聲、光、視景全方位模擬，從直觀上表現現實中各種軍事演習，武器試驗等全過程的模擬仿真。中國軍轉民

參考文獻

[1]吳亞峰，杜化美，張月霞等.Unity4 3D開發實戰詳解[M].北京：人民郵電出版社，2013：200-350.

[2]韓世峰.破甲彈對運動體斜侵徹的仿真研究[D].中北大學碩士論文，2013：2-11.

[3]張延，余紅英等.基于Unity3D/3DMAX的導彈視景仿真系統[J].科技視界，2013：18-28.

[4]曾宗元.帶誤差破甲彈射流特性及其對高速靶板斜侵徹的仿真研究[J].爆炸與沖擊，1988：1-2.

（作者單位：郭秋萍，駐沈陽地區第二軍事代表室；鄢芳勇，北方工程設計研究院有限公司；單誼，遼沈工業集團有限公司；王巖，沈陽億贏機械零部件科技有限公司）