基于XSIM的三維視景系統設計

陳沖 岳晉忠 董澤澤

摘 要 隨著互聯網技術的迅速發展，簡單的二維地圖和二維的仿真場景已經不能滿足人們對于高質量、高效率以及高逼真度的仿真效果要求，對于軍事仿真領域所提出的需求越來越高。XSIM作為一款可擴展的仿真平臺，其內的模型開發和配置、想定的編輯和態勢顯示，都是其在軍事推演中的亮點。但是其模型和推演過程的二維顯示方式，是其在仿真領域的弱勢，大大限制了其在其他領域的應用。這里我們提出了一種基于XSIM平臺的三維視景系統構設的方法。

關鍵詞 軍事仿真;XSIM;三維視景

1 總系統設計

三維視景系統的構設是為了迎合日益增加的市場需求而提出的。在今天這個人工智能、大數據高速發展的時代，僅僅是在二維場景的基礎上進行的推演仿真已經滿足不了市場的要求。XSIM可擴展仿真平臺是一個基于組件化建模與離散事件仿真技術的建模仿真平臺，為各領域各層級的仿真建模提供了一個可靠的平臺。平臺提供了模型管理、時間管理、數據采集等服務以及開發接口，其內遵守的HLA/DIS/TENA等多種國際標準協議，為三維場景系統的實現提供了技術基礎。

對于基于XSIM的三維視景系統構設這方面，我們要解決的核心的問題是，在現有的二維場景的基礎上，對其進行坐標和模型向三維方向的轉化。平臺所提供的時間管理、數據采集無論是二維還是三維場景都是適用的。圍繞其功能作用我們可以將三維場景系統分為：三維想定編輯、三維態勢顯示[1]。

三維想定編輯分系統是不僅僅在二維地圖狀態下進行想定編輯，在其二維的基礎上，進行三維場景的構建，并實現其在三維場景的基礎上實現想定編輯;三維態勢顯示分系統主要用于對于編輯完成的想定在三維場景中運行顯示。

2 分系統設計

2.1 三維想定編輯

三維想定編輯分系統對XSIM平臺現有的二維想定編輯模塊的升級，現有的二維想定編輯功能模塊將會到得保留，我們所提出的方案是將三維場景嵌套并替換掉現有的二維顯示想定編輯區域。在保留現有的功能區基礎上，來開發新的三維想定編輯區域。當然現有的功能模塊對應的二維想定編輯顯示區域與三維顯示區域所存在的差別就要靠我們自己來探索和實現了。當然，保留的許多功能模塊與三維想定編輯是通用的，地圖的縮放、漫游、模型的選定[2]。

2.2 三維態勢顯示

三維態勢顯示分系統也就是我們在其他仿真引擎中所用到的場景的三維顯示。與Unity 3D構建的場景可以關聯Oculus中的VR插件來使用VR眼鏡來查看場景相似，我們所構建的三維態勢顯示分系統的最終的目的是將VR、AR技術應用到XSIM平臺中。不難想象，如果該技術得到實現，XSIM平臺將不僅僅是應用于軍事推演，VR技術的加入將使其可以應用到實兵穿戴訓練中。三維場景系統的亮點就在于三維態勢顯示上面，該功能如果在技術層面上得到實現，必將會改變XSIM平臺的應用格局。難點在于二維態勢到三維場景的轉換，二維平面地形到三維立體空間的轉換。

3 坐標轉換技術

實現XSIM的三維場景系統的構設離不開坐標的轉換。現有的二維態勢顯示模塊二維平面轉換為三維立體場景顯示，就要涉及二維坐標到三維坐標的轉換。對于二維平面坐標到三維空間坐標的轉換，在實現上也即是計算機視覺中圖像坐標系到相機坐標系的轉換。

圖像處理、立體視覺等方向涉及的四個坐標系：世界坐標系、相機坐標系、圖像坐標系、像素坐標系之間的關聯和轉換關系相信大家都有所耳聞。不同于傳統意義上的世界坐標系到像素坐標系，這里我們要實現的是圖像坐標系到相機坐標系的轉換。對于相機坐標系到圖像坐標系之間關系查閱文獻資料可獲得[3]。

這里給出矩陣轉換關系：

4 結束語

在人工智能、大數據、AR、VR熱火朝天的今天，本文所提出的基于XSIM平臺的三維場景系統構設，是平臺應用到AR、VR的基礎，為XSIM仿真平臺在未來成為軍事仿真引擎主角提供了可能。系統所構設的三維想定編輯、三維態勢顯示都是軍事仿真所必不可少的模塊。系統具有通用性強、可擴展性好等特性，可廣泛應用于各種軍事仿真推演和模擬訓練系統建設中。更進一步，AR、VR技術的應用，將使得平臺在實兵穿戴模擬訓練領域大有可為之處。

參考文獻

[1] 蘇耀峰.基于XsimStudio的態勢回放系統設計[J].中國科技信息，2016（Z1）：86-88.

[2] 蘇玉婷，侯磊，李艷飛.基于可擴展仿真平臺的戰術機動模型設計與實現[J].火力與指揮控制，2019（5）：125-130.

[3] 合恩.矩陣分析[M].北京：機械工業出版社，2005：168.

[4] 阮開智，翟文華，張志強，等.基于Xsim平臺的防空導彈武器系統仿真平臺設計[J].系統仿真學報，2020（1）：142-148.