某兩柄裝甲車操作訓(xùn)練模擬器的設(shè)計與實現(xiàn)分析

張華鋒

摘 要：裝甲戰(zhàn)車是一種復(fù)雜的軍事裝備，上面裝有比較多的武器和傳感器，能夠完成越野行駛，也可以和其他裝甲戰(zhàn)車、兵種協(xié)同作戰(zhàn)。為了能夠更好的發(fā)揮出裝甲戰(zhàn)車的實際應(yīng)用作用，需要在熟悉戰(zhàn)場實際情況的基礎(chǔ)上開展有效的裝甲戰(zhàn)車訓(xùn)練模擬。

關(guān)鍵詞：裝甲車;操作訓(xùn)練;模擬器;設(shè)計;實現(xiàn)

從軍隊訓(xùn)練技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展實際情況來看，還沒有擁有成熟的輪式裝甲車駕駛訓(xùn)練模擬器，裝甲車使用培訓(xùn)工作僅僅停留在實車訓(xùn)練上，不僅浪費了資源，而且也降低了車輛的使用壽命，更沒有為裝甲車駕駛訓(xùn)練模擬配備告訴執(zhí)行的人員，最終導(dǎo)致裝甲車的使用率不高，無法充分發(fā)揮其在軍事作戰(zhàn)中的應(yīng)用作用。為了能夠解決裝甲車駕駛訓(xùn)練的技術(shù)問題，文章提出一種適用于駕駛員培訓(xùn)的輪式裝甲車駕駛訓(xùn)練模擬器，并從基本設(shè)計和技術(shù)實現(xiàn)兩個方面具體分析裝甲車操作訓(xùn)練模擬器的應(yīng)用。

1 輪式裝甲車駕駛訓(xùn)練模擬器基本設(shè)計

1.1駕駛座艙

在駕駛座艙內(nèi)部配備了駕駛員使用的各個操作器件、觀察儀表、指示燈、道路顯示燈等，和實車的基本配置一致。輪式裝甲車駕駛訓(xùn)練模擬器駕駛座艙由以下幾個部分組成：第一，駕駛操作裝置。駕駛操作裝置涉及到方向盤、油門踏板、離合器踏板、腳制動踏板、變速桿、駐車制動桿、前后驅(qū)動裝置、模擬裝置、傳感器等。第二，圖形觀察窗。圖形窗口能夠顯示出計算機啟動過程，并顯示選擇道路菜單，將駕駛?cè)藛T行駛工程中的圖像充分展現(xiàn)出來，一切觀察窗口提供的水平機械角度在三十度左右，提供的道路圖視角在六十度左右。第三，儀表板。與實車一樣可以通過儀表觀察行車中車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、腳制動壓力及各種操作顯示燈等。第四，鼠標(biāo)球。鼠標(biāo)球是用來選擇不同訓(xùn)練科目和完成一些特殊功能，為 4D 高級鼠標(biāo)球。用鼠標(biāo)球移動指針到訓(xùn)練科目按扭，單擊左側(cè)鍵該按扭變成紅色并進(jìn)入該訓(xùn)練科目。駕駛過程中，單擊鼠標(biāo)左側(cè)鍵車輛復(fù)位，即車輛回到出發(fā)線;單擊右側(cè)上鍵改變駕駛員觀察道路的視點。

1.2道路景像生成裝置

采用圖形運算的加速裝置和高速顯示裝置，依托軟硬件環(huán)境生成仿真計算機控制的三維地形、地物景像等。生成的圖像分辨率為1024x768，圖像生成速度為每秒30幀。

1.3車輛動力學(xué)仿真裝置

裝甲車訓(xùn)練實驗?zāi)M器能夠?qū)崿F(xiàn)對車輛動力特性、運動特性的仿真，在經(jīng)過一系列模擬仿真分析之后會給出精準(zhǔn)度比較高的仿真數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而為裝甲車駕駛?cè)藛T的正確駕駛提供重要支持。裝甲車訓(xùn)練模擬器能夠替代實際車輛完成基礎(chǔ)駕駛、坡道駕駛和直線以及轉(zhuǎn)彎等復(fù)雜線路的駕駛。

2 輪式裝甲車駕駛訓(xùn)練模擬器

2.1嵌入式形式和附件形式訓(xùn)練器

輪式裝甲車駕駛訓(xùn)練模擬器有多個類型，具體涉及到嵌入式形式和附件形式，這種模擬器的制作充分利用了裝甲戰(zhàn)車、桌面訓(xùn)練器，是一種精準(zhǔn)度比較高的模擬器。另外，裝甲戰(zhàn)車的平臺戰(zhàn)斗部分和駕駛部分會呈現(xiàn)出差異化的特點，戰(zhàn)斗部分涉及到車長和炮長，如果是主戰(zhàn)坦克還會涉及到裝填手。在一般情況下這兩個功能可以分開，駕駛模擬器應(yīng)用了一個單獨的設(shè)備或者操作工作站。附加模擬器或者嵌入模擬器會向平臺系統(tǒng)注入一個模擬環(huán)境和訓(xùn)練場景，嵌入式坦克的成員訓(xùn)練器會向所有的錨準(zhǔn)鏡、傳感器等系統(tǒng)注入模擬信號，從而為人們提供一個真實的模擬環(huán)境。雖然車輛是靜止的，但是在武器發(fā)射的時候成員能夠明確的感受到視覺和聽覺上的變化，在車輛密切關(guān)聯(lián)的情況下可以實現(xiàn)高級化的協(xié)同訓(xùn)練。

2.2桌面訓(xùn)練器

桌面訓(xùn)練器是一種經(jīng)濟性和靈活性比較強的裝甲站車乘員訓(xùn)練系統(tǒng)，在具體實施的時候可以完成個人訓(xùn)練以及團隊訓(xùn)練。但是從實際應(yīng)用情況來看，桌面訓(xùn)練器在使用的時候缺少真實的平臺和較高精準(zhǔn)度的模擬器。現(xiàn)階段常見的桌面訓(xùn)練器有很多種，包含洛克希德馬丁公司的炮長訓(xùn)練系統(tǒng)，這個訓(xùn)練器系統(tǒng)可以用來開展艾布拉姆斯主戰(zhàn)坦克和斯特萊克裝甲戰(zhàn)車平臺的射擊訓(xùn)練。

2.3全任務(wù)模擬器

全任務(wù)模擬器精準(zhǔn)復(fù)制了平臺內(nèi)部艙室、武器、控制系統(tǒng)、傳感器，在使用的過程中能夠為接受訓(xùn)練的乘員提供真正浸入的體驗。有時這種模擬器還能夠借助運動平臺來為炮塔內(nèi)的成員和駕駛員提供單獨的艙室，比如法國陸軍裝備的泰利斯的萊克萊爾模擬器、ZEN技術(shù)公司為印度公司生產(chǎn)的T-90模擬器。

2.4網(wǎng)絡(luò)化模擬器

高精準(zhǔn)度、逼真度的平臺模擬器能夠為單個乘員提供良好的訓(xùn)練，在使用的時候這些模擬器能夠允許乘務(wù)員反復(fù)開展訓(xùn)練，但是網(wǎng)絡(luò)化模擬在實施協(xié)同戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的時候還會引入其他兵種，即將單個模擬器和專用設(shè)施設(shè)備聯(lián)系在一起使用。

3 裝甲車操作訓(xùn)練模擬器實現(xiàn)技術(shù)

3.1系統(tǒng)功能模塊

第一，系統(tǒng)內(nèi)部鏈接的實現(xiàn)。系統(tǒng)通過VC函數(shù)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)平臺功能和各個模塊。第二，登錄信息傳遞的實現(xiàn)。系統(tǒng)平臺在調(diào)節(jié)功能模塊的過程中還可以將系統(tǒng)服務(wù)器的IP地址和端口號碼傳遞到功能模塊，避免因為手動操作帶來的繁瑣。在整個系統(tǒng)平臺打造的過程中如果功能模塊內(nèi)容被調(diào)節(jié)，程序中的套接字能直接從數(shù)據(jù)庫獲取IP地址和端口號。

3.2三維模型的構(gòu)建和優(yōu)化

3.2.1三維模型的構(gòu)建

裝填車操作訓(xùn)練涉及到多個零部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建模工作量比較大，在建模操作的時候要注重對涉及到零部件的精細(xì)化處理。整個系統(tǒng)選擇使用3ds Max構(gòu)建三維模型，之后將處理好的信息轉(zhuǎn)入到系統(tǒng)模型中完成紋理貼圖處理。

3.2.2三維模型的優(yōu)化

為了能夠提升整個系統(tǒng)的渲染速度，需要對三維場景進(jìn)行優(yōu)化，具體方法如下所示：第一，使用Creator中的命令來減少模型的多邊形數(shù)量。第二，對外觀相同、空間位置不同的模型使用對象實例化構(gòu)造管理。第三，調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)庫的層次結(jié)構(gòu)，設(shè)置DOF節(jié)點，按照部件模型運動仿真情況來設(shè)置具體的數(shù)據(jù)層次結(jié)構(gòu)。所有的節(jié)點信息按照真實的空間位置來進(jìn)行分組管理，加快場景渲染的力度。

3.3流程判斷的實現(xiàn)

裝填車的主要操作步驟同時進(jìn)行，主操作步驟飽含六個并行操作。在具體實施的時候為了能夠更好的標(biāo)識每個操作步驟，系統(tǒng)會為每個操作步驟設(shè)定四位整數(shù)操作參數(shù)，順序分別為操作手標(biāo)識位、主要操作步驟、操作標(biāo)識、并行步驟標(biāo)識，在構(gòu)造了流程判斷函數(shù)之后來獲取對應(yīng)的信息。為了能夠更好的記錄每次操作，在系統(tǒng)中定義一個靜態(tài)的二維數(shù)組關(guān)系，數(shù)組的每一個列表都會代表一個操作步驟，每個列表中的元素都會代表并行操作的步驟。在數(shù)組初始化處理的時候會將列表中的元素賦值為0，其他為1。在程序運作到正常步驟的時候會將對應(yīng)的數(shù)組元素重新賦值，通過判斷數(shù)組元素是否為1來確定當(dāng)前的操作是否執(zhí)行完成。

結(jié)束語

綜上所述，整個系統(tǒng)實現(xiàn)了單兵訓(xùn)練、協(xié)同訓(xùn)練、訓(xùn)練監(jiān)督控制等多項功能，并在實際應(yīng)用操作中驗證了整個系統(tǒng)的可行性，基本上達(dá)到了系統(tǒng)要求，提高了協(xié)同訓(xùn)練的效果。

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