支持自定義圖標(biāo)庫(kù)的態(tài)勢(shì)處理系統(tǒng)構(gòu)建方法＊

朱利超 徐君鵬

（海裝裝備采購(gòu)中心 北京 100071）

1 引言

在地理信息系統(tǒng)（GIS）的基礎(chǔ)上，對(duì)仿真環(huán)境和仿真實(shí)體信息進(jìn)行圖形化、形象化和逼真化顯示，便于用戶了解、分析、判斷仿真態(tài)勢(shì)與地理環(huán)境，配合統(tǒng)計(jì)、分析、評(píng)估系統(tǒng)，驗(yàn)證模擬仿真方案的合理性，組織指揮和實(shí)施各種技術(shù)保障。因此，態(tài)勢(shì)處理系統(tǒng)也是基于HLA的仿真系統(tǒng)的重要組成部分。

MapX是MapInfo公司提供的基于ActiveX技術(shù)的可編程GIS控件產(chǎn)品，支持絕大多數(shù)主流集成開(kāi)發(fā)環(huán)境和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，便于用戶在自己的應(yīng)用中集成地圖功能［1］。因此，本文應(yīng)用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，對(duì)二維態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化的功能設(shè)計(jì)，最后在VC＋＋平臺(tái)上基于MapX進(jìn)行了系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)，討論了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的若干關(guān)鍵技術(shù)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 態(tài)勢(shì)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文中的二維態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)分為圖標(biāo)庫(kù)、腳本處理模塊、地理信息庫(kù)、圖標(biāo)處理模塊、態(tài)勢(shì)顯示模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和記錄回放模塊七個(gè)子模塊。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本文設(shè)計(jì)的二維態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)可以作為一個(gè)聯(lián)邦成員加入到分布式仿真聯(lián)邦執(zhí)行當(dāng)中，并且可以在用戶交互之后進(jìn)行整個(gè)交互過(guò)程的重現(xiàn)。系統(tǒng)利用地理信息庫(kù)為各仿真實(shí)體提供一個(gè)一致的可視化仿真戰(zhàn)場(chǎng)空間。系統(tǒng)通過(guò)仿真腳本文件從仿真聯(lián)邦的對(duì)象模型表（FOM）中訂購(gòu)需要的態(tài)勢(shì)信息，如實(shí)體的類型，位置和姿態(tài)等，并在仿真過(guò)程中通過(guò)MAK RTI實(shí)時(shí)更新這些態(tài)勢(shì)信息，并以對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)的位置變化和圖形變化對(duì)態(tài)勢(shì)進(jìn)行可視化表現(xiàn)。系統(tǒng)還可以根據(jù)記錄下來(lái)的仿真信息，進(jìn)行仿真的全過(guò)程回放。

3 模塊功能描述

3.1 地理信息庫(kù)

地理信息庫(kù)存儲(chǔ)仿真所需的地理信息，地理信息實(shí)際上是以一定的地理空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立的空間數(shù)據(jù)模型和各空間數(shù)據(jù)之間的關(guān)系［2］。本系統(tǒng)采用MapInfo制作仿真戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)的電子地圖（電子海圖），并按照一定的規(guī)則進(jìn)行組織和存儲(chǔ)，構(gòu)成供態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)使用的仿真戰(zhàn)場(chǎng)地理信息庫(kù)。

3.2 圖標(biāo)庫(kù)

圖標(biāo)庫(kù)存放各仿真實(shí)體和事件對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)。在各種具體系統(tǒng)應(yīng)用中，自定義的圖標(biāo)設(shè)計(jì)往往是以現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)圖標(biāo)為基礎(chǔ)并進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模苤庇^形象地表現(xiàn)實(shí)體及行動(dòng)，使之既符合用戶的習(xí)慣，又易于理解。

3.3 腳本處理模塊

腳本處理模塊的功能是根據(jù)某次仿真的腳本文件，對(duì)FOM中的信息進(jìn)行裁剪，根據(jù)本次仿真所需要顯示的具體內(nèi)容，聲明具體的訂購(gòu)關(guān)系，根據(jù)所訂購(gòu)的實(shí)體和交互類型在仿真實(shí)體和事件與圖標(biāo)之間建立映射關(guān)系。此外，該模塊還需要在地理信息庫(kù)中檢索、提取仿真所需的電子地圖（海圖）供顯示用。

3.4 數(shù)據(jù)采集模塊

該模塊的功能是使二維態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)加入仿真聯(lián)邦，并且由于在腳本配置模塊中聲明了訂購(gòu)關(guān)系，所以數(shù)據(jù)采集模塊還可以通過(guò)RTI獲得所訂購(gòu)的對(duì)象類實(shí)例的屬性以及交互類實(shí)例的參數(shù)更新，為實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)顯示和仿真過(guò)程記錄提供數(shù)據(jù)源。

3.5 圖標(biāo)處理模塊

圖標(biāo)處理模塊調(diào)用腳本處理模塊獲得仿真實(shí)體和事件與圖標(biāo)之間建立映射關(guān)系，從圖標(biāo)庫(kù)中提取相應(yīng)的圖標(biāo)，進(jìn)一步設(shè)置圖標(biāo)的顏色、大小、位置、旋轉(zhuǎn)等信息，并且在仿真過(guò)程中，圖標(biāo)處理模塊通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊獲得的數(shù)據(jù)更新這些信息。

3.6 態(tài)勢(shì)顯示模塊

態(tài)勢(shì)顯示模塊的功能是顯示仿真戰(zhàn)場(chǎng)的電子地圖，將圖標(biāo)附加到電子地圖之上，隨著仿真進(jìn)程的推進(jìn)，實(shí)時(shí)顯示仿真實(shí)體的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)圖標(biāo)的增加、刪減、顏色變更等變化放映仿真實(shí)體的狀態(tài)更新和仿真事件的發(fā)生。

3.7 記錄回放模塊

記錄回放模塊記錄數(shù)據(jù)采集模塊獲得的仿真數(shù)據(jù)，以及表示各種用戶操作的代碼，存儲(chǔ)為XML格式的文件，在回放時(shí)調(diào)用該文件和圖標(biāo)處理模塊重建整個(gè)仿真過(guò)程，并通過(guò)態(tài)勢(shì)顯示模塊演示此過(guò)程。

4 自定義圖標(biāo)庫(kù)的構(gòu)建

圖標(biāo)在MapX中可以由點(diǎn)符號(hào)圖元表示，MapX支持位圖、矢量和TureType字體三種類型的點(diǎn)符號(hào)圖元，但是位圖和矢量點(diǎn)符號(hào)圖元無(wú)法實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和縮放功能［3］，因此，考慮利用TrueType字體編輯工具，參照標(biāo)圖相關(guān)資料進(jìn)行規(guī)范繪制，將同類圖標(biāo)的TrueType字體符號(hào)存放在同一字體文件中，每一個(gè)字體文件對(duì)應(yīng)一個(gè)圖標(biāo)庫(kù)。

本文采用CorelDraw軟件繪制基本圖標(biāo)圖形，將每個(gè)圖標(biāo)對(duì)應(yīng)的字體對(duì)象使用焊接或者組合工具合并為單一對(duì)象，所有對(duì)象的合并操作完成后，導(dǎo)出為字體文件（如 MilitarySymbol.ttf），完成基本的圖標(biāo)字體制作。由于CorelDraw直接輸出的字體一般比較亂，還需要使用Font Creator軟件對(duì)制作好的字體文件進(jìn)行大小和間距的調(diào)整，以及進(jìn)行統(tǒng)一編碼和發(fā)布注冊(cè)，從而構(gòu)建一個(gè)完備的圖標(biāo)庫(kù)。Font Creator編輯圖標(biāo)的界面如圖2所示。

系統(tǒng)調(diào)用圖標(biāo)庫(kù)時(shí)只需將對(duì)應(yīng)的字體文件名稱以及圖標(biāo)的字符編碼傳遞給MapX，利用MapX內(nèi)部封裝好的函數(shù)就可以將所選擇的圖標(biāo)符號(hào)在地圖圖層上以點(diǎn)圖元的形式顯示出來(lái)。

圖2 圖標(biāo)編輯界面

5 圖標(biāo)動(dòng)態(tài)顯示

利用MapX顯示仿真戰(zhàn)場(chǎng)的電子地圖，首先需要進(jìn)應(yīng)用MapInfo行電子地圖的制作，一般要經(jīng)歷四個(gè)步驟：獲取柵格圖、配準(zhǔn)柵格圖、地圖圖層化和地理編碼［4］，由于本系統(tǒng)不需要實(shí)現(xiàn)地圖查詢，所以只需要完成前三個(gè)步驟，即可生成圖層化的電子地圖。

MapInfo制作的地圖是由多個(gè)文件組成，分別表示地圖的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，兩者之間通過(guò)一定的索引機(jī)制聯(lián)系起來(lái)。如果需要用MapX編程顯示制作好的電子地圖，還要先利用其自帶的GeoManager組件針對(duì)電子地圖生成一個(gè).gst文件，.gst文件包含若干用來(lái)通知MapX顯示哪些圖層以及如何顯示的元數(shù)據(jù)鍵值。MapX的內(nèi)部函數(shù)只需調(diào)用.gst文件的名稱，即可顯示出電子地圖。此外，MapX還必須在調(diào)入的電子地圖之上創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)態(tài)圖層，才能實(shí)現(xiàn)表示圖標(biāo)的點(diǎn)符號(hào)圖元的運(yùn)動(dòng)。

6 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

由于本文所設(shè)計(jì)的態(tài)勢(shì)處理系統(tǒng)需要應(yīng)用到分布式交互仿真中，按照現(xiàn)行的分布式交互仿真標(biāo)準(zhǔn)、位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)一般采用地心坐標(biāo)（Geocentric）表示［5］，而 MapX中采用大地坐標(biāo)系（Geodetic），因此，需要如式（1）所示實(shí)現(xiàn)地心坐標(biāo)系向大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換［6］。

式（1）中，（x，y，z）為某點(diǎn)的地心坐標(biāo)，其對(duì)應(yīng)的大地坐標(biāo)為（l，b，h），N為卯酉圈的曲率半徑，e為地球參考橢球的第一偏心率。迭代求解b時(shí)，其初值b0的取值如式（2）所示

7 結(jié)語(yǔ)

本文利用MapX組件將地理信息融入到了仿真系統(tǒng)之中，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)面向分布式仿真的態(tài)勢(shì)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持自定義圖標(biāo)庫(kù)，可以直觀、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)地顯示各仿真實(shí)體的運(yùn)動(dòng)和其他狀態(tài)，系統(tǒng)界面如圖3所示。

圖3 二維態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)界面

本文所給出的態(tài)勢(shì)處理系統(tǒng)及其構(gòu)建方法，能夠提高應(yīng)用于分布式交互仿真的態(tài)勢(shì)處理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率，為實(shí)現(xiàn)仿真過(guò)程的交互性和可視化提供了一條快捷、有效的技術(shù)途徑。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)作為一個(gè)聯(lián)邦成員，應(yīng)用到某型艦船的分布式交互仿真訓(xùn)練系統(tǒng)中。

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