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正文內(nèi)容

ini計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)介紹(編輯修改稿)

2024-12-23 23:05 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 模擬對(duì)抗訓(xùn)練后,生存的概率可以提高到 90%。 1995 年北約部隊(duì)對(duì)波黑塞軍進(jìn)行大規(guī)??罩写驌羟?,美國(guó)就利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將高分辨率衛(wèi)星圖像與波黑戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)字地圖結(jié)合生成逼真的戰(zhàn)場(chǎng)模擬環(huán)境,讓飛行 員在這個(gè)模擬環(huán)境中實(shí)時(shí)演練,大大提高了空襲的成功率。 早在 20 世紀(jì) 80年代初,美軍就開始將計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)引入訓(xùn)練領(lǐng)域。進(jìn)入 90年代后,為了全面推廣計(jì)算機(jī)模擬訓(xùn)練,美軍成立了專門負(fù)責(zé)研制、開發(fā)、管理模擬訓(xùn)練系統(tǒng) (器材 )以及支持美軍模擬訓(xùn)練的執(zhí)行部門 ——— 美軍國(guó)家模擬中心,從而推動(dòng)了計(jì)算機(jī)模擬訓(xùn)練的廣泛開展,引發(fā)了美軍訓(xùn)練觀念、訓(xùn)練理論、訓(xùn)練手段、訓(xùn)練方式以及訓(xùn)練內(nèi)容等一系列深刻變革。美軍于 20 世紀(jì) 80年代提出了 “ 分布式模擬 ” 的模擬化訓(xùn)練新概念,其實(shí)質(zhì)就是將分散于不同地點(diǎn)、相互獨(dú)立的模擬系統(tǒng)或模擬器用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 聯(lián)接起來(lái),組成高度一體化的模擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在這個(gè)模擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,所有網(wǎng)內(nèi)受訓(xùn)單位或個(gè)人既可單獨(dú)進(jìn)行模擬訓(xùn)練,又可與其他單位或個(gè)人配合進(jìn)行一體化的協(xié)同模擬訓(xùn)練。 2020 年 7月美軍舉行的 “ 千年挑戰(zhàn) 2020” 演習(xí)中,美軍就啟用了這兩套網(wǎng)絡(luò)模擬系統(tǒng),分散在全美26個(gè)指揮中心和訓(xùn)練基地的各軍兵種指揮人員,在同一戰(zhàn)爭(zhēng)背景、同一戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、同一作戰(zhàn)想定下同時(shí)同步進(jìn)行了組織指揮大規(guī)模聯(lián)合作戰(zhàn)的模擬演練。 2020 年 1 月 18 日,在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)前,日本陸上自衛(wèi)隊(duì)北部方面隊(duì)和駐日美國(guó)陸軍在日本北海道東千歲駐地開始舉行日美陸軍聯(lián)合指揮演 習(xí)。這是日美陸軍使用電腦進(jìn)行的一次模擬演習(xí),日本自衛(wèi)隊(duì)約4500人和美國(guó)陸軍約1500人參加演習(xí)。演習(xí)持續(xù)到2月1日。這次演習(xí)是在假想日本北海道周邊發(fā)生事態(tài)的情況下舉行的,綜合演習(xí)應(yīng)用衛(wèi)星地圖和電腦進(jìn)行仿真模擬作戰(zhàn),目的是檢查日美兩軍在實(shí)施聯(lián)合作戰(zhàn)時(shí)指揮系統(tǒng)和情報(bào)傳送等效果,從而提高作戰(zhàn)指揮能力。從1981年以來(lái),日美兩國(guó)每年交互舉行兩次這種演習(xí)。 道爾導(dǎo)彈野戰(zhàn)防空訓(xùn)練器 ,模擬打擊某國(guó)四代戰(zhàn)機(jī) 10 虛擬現(xiàn)實(shí)( VR) VR是 20 世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的一種涉及眾多學(xué)科的高新實(shí)用技術(shù),又稱 “ 靈境 ” “ 幻境 ” 。它是一種全新的人機(jī)交互系統(tǒng),集成了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感與測(cè)量技術(shù)、仿真技術(shù)、微電子技術(shù)于一體,利用計(jì)算機(jī)生成虛擬環(huán)境,它能對(duì)介入者產(chǎn)生各種感官刺激,如視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等,給人以身臨其境的感覺,并且人還可以以自然的方式與環(huán)境進(jìn)行交互,強(qiáng)調(diào)了人在虛擬環(huán)境的主導(dǎo)作用。 VR的定義:虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境(如飛機(jī)駕駛艙、操作現(xiàn)場(chǎng)等),通過各種傳感設(shè)備使用戶 “ 沉浸 ” 到該環(huán)境中,實(shí)現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進(jìn)行自然交互的技術(shù)。 模擬環(huán)境 ―― 是計(jì)算機(jī)生成的具有表面色彩的立體圖形,它可以是現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)體現(xiàn)也可以是純粹構(gòu)想的世界。 傳感設(shè)備 ―― 包括立體頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣、等裝置和設(shè)置于現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的傳感裝置。 自然交互 ―― 指用日常使用方式對(duì)環(huán)境內(nèi)物體進(jìn)行操作。 VR的基本特征: 沉浸感( Immersion):不和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)接口技術(shù),使用者使用自然的方式交互,完全沉浸于計(jì)算機(jī)所營(yíng) 造的虛擬環(huán)境中。 交互性 (Interaction):與傳統(tǒng)三維動(dòng)畫特征的區(qū)別,是使用者不在是被動(dòng)地接受信息或者是旁觀,而是使用交互輸入設(shè)備操縱虛擬物體,改變虛擬世界。 構(gòu)想( Imagination):使用者利用 VR 得到感性和理性的認(rèn)識(shí),從而深化概念和萌發(fā)新意。 11 虛擬現(xiàn)實(shí)與計(jì)算機(jī)仿真、視景仿真的關(guān)系 VR雖是多學(xué)科的綜合體,但它是以仿真技術(shù)為核心的,所以也可以把它看作一種類型的仿真系統(tǒng),在仿真中 VR 可以看作三維仿真模型的高級(jí)界面。仿真的目的是決策問題,決策分為宏觀決策和微觀決策,目前的 VR系統(tǒng)的應(yīng)用屬于 微觀決策一類,雖然有些 VR 系統(tǒng)規(guī)模很大,但涉及的卻都是局部決策。 ( 1) 視景仿真是計(jì)算機(jī)仿真的重要分支,它著重于達(dá)到非常逼真的三維仿真效果; ( 2) 視景仿真是 VR 的重要表現(xiàn)形式,使用了很多的 VR技術(shù), VR在某種意義上是視景仿真的延伸,是三維視景的高級(jí)階段; ( 3) 視景仿真目前更側(cè)重于視覺和聽覺的身臨其境, VR向全方位的身臨其境發(fā)展,有觸覺、嗅覺等其它感官。 VR 是更先進(jìn)的計(jì)算機(jī)接口技術(shù)。 根據(jù)應(yīng)用范圍看計(jì)算機(jī)仿真、視景仿真與 VR的關(guān)系如圖: 在仿真與 VR之間的關(guān)系需要進(jìn)一步研究,盡管同行之間看法不完全一致,這是各學(xué)科綜合交叉的結(jié)果,但經(jīng)過深入科學(xué)研究之后就會(huì)逐步統(tǒng)一起來(lái),目前首要的任務(wù)是把先進(jìn)技術(shù)利用到實(shí)際中去。 二、三維視景實(shí)時(shí)成像理論 三維視景實(shí)時(shí)成像技術(shù)又稱真實(shí)感圖像實(shí)時(shí)生成技術(shù)是視景仿真和 VR的基礎(chǔ),它不僅決定了仿真系統(tǒng)對(duì)人的視覺感受,而且決定了客觀世界中的對(duì)象本質(zhì)及其 聯(lián)系在計(jì)算機(jī)上的體現(xiàn)。 1 三維視景的生成原理 ( 1) 視景生成過程 一個(gè)視景仿真系統(tǒng)由三部分組成:視景數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像生成器和顯示系統(tǒng)。視景的顯示是由計(jì)算機(jī)提供的。視景數(shù)據(jù)庫(kù)由 2部分組成,一是直接或間接存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù),二是以向量或參數(shù)方式存儲(chǔ)的圖形數(shù)據(jù)。由于視景是隨時(shí)間變化的三維世界的再現(xiàn),因此,除了三維投影和立體視覺等與光學(xué)有關(guān)的問題外,還有三維物體運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)計(jì)算問題。 ( 2) 視景的內(nèi)部表示 圖形學(xué)表示:圖形的最基本表示單位點(diǎn)、線,圖形的最常用單位是多邊形,其它概念還有曲線、曲面。如 點(diǎn):用直角坐標(biāo)系 P(x,y,z) 直線:用 2 個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo) P1P2表示 N 邊形:用有序的 N 個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo) P1P2?PNP1 表示 圖像表示:二維圖像表示(二維數(shù)據(jù)矩陣,即位圖表達(dá));三維圖像表示:包括三維曲線表示(如三維 B 樣條表示),三維曲面表示(如 Coons 孔斯曲面、 Bezier 曲面、 B 樣條有 理曲面等) 視景的高層內(nèi)部表示:如如何表示三維物體(結(jié)構(gòu)信息和物體間相互聯(lián)
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