國內外軍事仿真系統引擎發展概況

徐磊

摘要：隨著計算機技術特別是虛擬現實技術的飛速發展，計算機仿真被大量運用到軍事領域，運用仿真訓練系統對官兵進行模擬訓練是目前很多國家軍事訓練所采用的一種重要手段。本文介紹了國內外軍事仿真訓練系統引擎的發展現狀，對于促進仿真訓練系統在我軍軍事訓練中的應用，提供理論參考的意義。

關鍵詞：仿真系統;軍事;發展

一、國外軍事仿真系統引擎技術的發展概況

美國軍事部門一直是軍事仿真系統的主要開發者，虛擬現實技術最早由美國航空航天局（NASA）和軍事部門為實現實時仿真提出并開發出來的一項高端技術。從90年代初起，美國率先將虛擬現實技術用于軍事領域，他們先后研制出了各種各樣的仿真訓練系統供部隊訓練，這種訓練方式不僅節省了訓練費用，而且提高了訓練質量。歸納起來，主要用于以下幾個方面：

1.構建虛擬戰場環境

通過相應的三維戰場環境圖形圖像庫，包括作戰背景、戰地場景、各種武器裝備和作戰人員等，為使用者創造一種險象環生、逼近真實的立體戰場環境，以增強其臨場感覺，提高訓練質量。例如，技術研究與試驗建模體系結構（MATREX）項目是美國陸軍最重要的建模與仿真環境，該項目可以提供統一的建模仿真架構、輔助工具以及基礎設施，使得具有各種分辨率的真實、虛擬和構造的軍事應用之間的集成和使用便得非常容易;在阿富汗和伊拉克戰爭中，美軍采用綜合了航空照片、衛星影像和數字高層地形數據來生成高分辨率的作戰區域三維地形環境，以幾乎一致的三維環境來訓練執行任務的戰斗機飛行員。

2.進行單兵模擬訓練

仿真訓練系統最早就是針對單兵操作武器裝備的，因此在單兵訓練系統中的應用也最為廣泛和成熟。例如美國的“F-16”戰斗機虛擬訓練模擬器采用了三維圖形可視化生成系統、全封閉立體頭盔顯示器、三維交互式聲音合成技術、Provision高性能圖形工作站等先進的技術手段，并設計了與實物同樣大小的戰斗座艙;來自佛羅里達Raydon公司的虛擬勇士互動（VWI）訓練機幫助士兵在虛擬的戰場進行訓練并與仿真的車隊、坦克、裝甲車和直升機進行互動;2010年，美國空軍已經采購了空軍的建模與仿真訓練工具包（AFMSTT）用于開發空中戰爭仿真（AWSM）模型，該模型提供了一個大型仿真環境，并被用于更多的軍事訓練中;目前，美軍軍方宣布正式采用CryEngine 3游戲引擎，作為軍方Dismounted Soldier這一仿真模擬訓練系統的引擎，預計將在2012年1月完成整套系統的整合。

3.進行近戰戰術訓練

運用虛擬現實技術分布式交互仿真并結合現代網絡通信技術，通過作戰模擬訓練中心控制設置在不同地域的作戰單位及各級指揮官處的模擬系統終端來實現不同地域、相同環境的模擬作戰訓練。例如，美國陸軍的“近戰戰術訓練系統”（CCTT）采用先進的主干光纖系統網絡并結合分布式交互仿真，建立一個虛擬作戰環境，能夠仿真包括“艾布拉姆斯”坦克、“布雷得利”戰車、HUMVEES武器系統在內的多種武器裝備，供作戰人員在人工合成環境中完成作戰訓練任務。

4.進行諸軍兵種聯合演練

在網絡技術的支持下，通過建立一個虛擬戰場，使參戰多方同處其中，并結合高度逼真的合成虛擬環境進行對抗作戰演習和訓練。例如，美軍開發的大規模合成虛擬訓練環境（STOW）、聯合訓練仿真系統（JISMS）等。美軍最近幾年舉行的一系列大規模軍事演習，如“千年挑戰2002”的聯合軍事演習（Millennium Challenge 2002， MC02）、虛擬紅旗（Virtual Red Flag）、“統一探索2006”軍事訓練等都是在這些系統上完成的。這些演習幾乎都使用了跨全美的虛擬合成地理環境，其中包括了不同逼真度的動態地形、各種道路、武器毀傷對物體與地形的影響和各種自然現象等。

二、國內軍事仿真系統引擎技術的發展概況

我國是發展和應用模擬訓練技術較早的國家之一，先后研制成功了各種配套的飛行模擬器、防空導彈武器指揮控制模擬訓練系統。相繼掌握了計算機成像、圖形、圖像顯示技術、多媒體技術以及精確控制機體和彈體運動平臺技術等。二十世紀九十年代在分布式交互仿真（DIS）、虛擬現實（VR）技術和計算機生成兵力（CGF）技術等方面的研究和應用上獲得了跨越式發展，如成功研制空中飛行模擬試驗機，建成了基于DIS和HLA混合坐標系結構以及虛擬戰場環境的綜合防空多武器平臺仿真示范系統等。

自1996年起，北京航空航天大學虛擬現實與可視化新技術教育部重點實驗室在國家863計劃地支持下，與浙江大學、國防科技大學、海軍潛艇學院、裝甲兵工程學院等單位共同研發建立分布式虛擬環境基礎信息平臺（Distributed Virtual Environment Network，DVENET）。DVENET通過專用廣域計算機網絡將不同地理位置的虛擬仿真終端互聯，整合到虛擬戰場中，進行異地協同操作與戰術演練。DVENET主要由系統環境和一系列開發環境構成，基于DIS標準實現，解決了一些關鍵問題，為今后的研究提供了理論依據和技術指導。

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