作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型構(gòu)建方法研究

盧穩(wěn)新 唐 銳 李官敏

（國(guó)防科技大學(xué)信息通信學(xué)院 湖北·武漢 430010）

0 引言

隨著作戰(zhàn)想定標(biāo)準(zhǔn)化的不斷推進(jìn)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的日益進(jìn)步，各種功能強(qiáng)大的仿真軟件可以在近似實(shí)際環(huán)境的仿真場(chǎng)景中構(gòu)建出數(shù)以百千計(jì)的武器裝備實(shí)體模型，不僅包括各種飛行器、車(chē)輛、艦船等武器裝備，還能構(gòu)建包括電臺(tái)、傳感器等在內(nèi)的各種獨(dú)立功能模塊。技術(shù)上的強(qiáng)大推動(dòng)力使得作戰(zhàn)想定建模與仿真在作戰(zhàn)評(píng)估中起著基礎(chǔ)性的作用，無(wú)論是演訓(xùn)方案效能評(píng)估，還是武器裝備性能論證都不再需要花費(fèi)大量的人力、物力去進(jìn)行長(zhǎng)周期的評(píng)估論證，而是在虛擬的仿真環(huán)境當(dāng)中通過(guò)幾個(gè)人幾臺(tái)電腦去完成過(guò)去需要幾十上百人才能完成的工作，并且獲得更為精確的結(jié)果。但是，隨著仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，我們也面臨著新的問(wèn)題：基于不同的仿真平臺(tái)、采用不同的建模方法所構(gòu)建的實(shí)體模型種類(lèi)繁雜、標(biāo)準(zhǔn)不一，嚴(yán)重制約了仿真技術(shù)在軍事領(lǐng)域的效能發(fā)揮。

1 面臨的挑戰(zhàn)

在計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)用中，三維實(shí)體模型是一種非常常見(jiàn)的數(shù)據(jù)，三維實(shí)體模型數(shù)據(jù)在軍事仿真、城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)等方面的應(yīng)用都十分廣泛。隨著計(jì)算機(jī)實(shí)體仿真技術(shù)在各行各業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用，軟件開(kāi)發(fā)商、企業(yè)用戶(hù)、研究機(jī)構(gòu)等不同的組織機(jī)構(gòu)紛紛投入力量根據(jù)各自的需求和理解設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了多種多樣的仿真實(shí)體模型描述方法。描述方法的多元異構(gòu)給仿真實(shí)體模型的跨系統(tǒng)重用和互操作帶來(lái)了巨大的障礙，降低作戰(zhàn)仿真建模的效率。

構(gòu)建作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型就是利用想定描述語(yǔ)言對(duì)想定中涵蓋的作戰(zhàn)力量、武器裝備、設(shè)施、自然環(huán)境等進(jìn)行形式化表達(dá)。但是，對(duì)于各種實(shí)體到底需要包含哪些要素，各要素描述粒度到底細(xì)化到何種程度，不同的開(kāi)發(fā)單位往往有著不同的理解。這種對(duì)于作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型描述的隨意性，一方面是由于工業(yè)部門(mén)與軍事部門(mén)的需求對(duì)接匹配程度低，另一方面是由于缺乏開(kāi)放、靈活的仿真實(shí)體構(gòu)建方法。因此，亟需一種標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化的仿真實(shí)體建模方法，對(duì)真實(shí)世界軍事行動(dòng)中涉及到的各種軍事實(shí)體建立具有完備性能和詳盡信息的三維模型，既能夠避免工業(yè)部門(mén)的重復(fù)勞動(dòng)并降低研發(fā)成本，又能夠充分滿(mǎn)足軍事部門(mén)對(duì)仿真要素和粒度的要求，在開(kāi)放性方面也能夠方便已構(gòu)建實(shí)體模型的跨平臺(tái)、跨系統(tǒng)共享。

2 一種開(kāi)放式模塊化建模方法

本文所研究的作戰(zhàn)仿真實(shí)體模型構(gòu)建方法是一種具有高度靈活性的模塊式建模方法，其基本思想是：將作戰(zhàn)想定中的實(shí)體（Entity）分解成一系列稱(chēng)之為組件（Component）的獨(dú)立功能模塊。想定的各種實(shí)體都可以由數(shù)量不等的組件元素通過(guò)接口（Connect）按照一定的聚合關(guān)系聚合而成，實(shí)體（組件）之間的交互、作用、通訊等動(dòng)作（Action）即可通過(guò)接口進(jìn)行。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型可以由1個(gè)主件元素和多個(gè)組件元素組成，其中，接口關(guān)系和聚合關(guān)系將這些元素進(jìn)行整合，原理如圖1所示。

按照上述方法構(gòu)建出的標(biāo)準(zhǔn)化作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型包含4個(gè)參數(shù)基類(lèi)：基本參數(shù)（General）、組件參數(shù)(Component)、接口關(guān)系（Connect）和聚合關(guān)系（SubordinateObjects）。如圖 2所示。

圖2：作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型參數(shù)集合

其中，基本參數(shù)主要描述實(shí)體主要外觀(guān)、運(yùn)動(dòng)和其他通用附加屬性。每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型必有一個(gè)基本參數(shù)集合；組件為實(shí)體內(nèi)部最小功能單元，可以由5類(lèi)數(shù)據(jù)要素組成：偵察探測(cè)系統(tǒng)參數(shù)集合、槍彈武器系統(tǒng)參數(shù)集合、通信系統(tǒng)參數(shù)集合、指揮控制系統(tǒng)參數(shù)集合以及其他設(shè)備參數(shù)集合，它們分別描述了實(shí)體內(nèi)部偵察探測(cè)系統(tǒng)、火力打擊系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)以及其他擴(kuò)展設(shè)備等內(nèi)部單元的基本功能參數(shù)和業(yè)務(wù)關(guān)系等。每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型可以有多個(gè)組件；接口關(guān)系負(fù)責(zé)定義作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型內(nèi)部各個(gè)組件的連接關(guān)系及其接口相關(guān)參數(shù)。每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型可以有多個(gè)接口；聚合關(guān)系負(fù)責(zé)定義作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型內(nèi)部各個(gè)組件之間的相對(duì)位置關(guān)系及相關(guān)參數(shù)。每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型可以有多個(gè)聚合關(guān)系。詳細(xì)的作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型數(shù)據(jù)要素組成如圖3所示。

圖1：作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型構(gòu)建原理圖

圖3：作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型數(shù)據(jù)要素

這種化整為零、通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)互操作和集成的方法使得實(shí)體模型的互操作和可重用在技術(shù)上易于實(shí)現(xiàn)，并在管理上更具應(yīng)用價(jià)值，可以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)目標(biāo)：（1）技術(shù)人員只需為構(gòu)成武器裝備的最底層組件元素預(yù)留出接口即可，組件性能參數(shù)及其與其他組件的聚合關(guān)系則由軍事人員來(lái)設(shè)置；（2）軍事人員只需對(duì)組件元素的參數(shù)組成和數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行初始化或修訂就能實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真實(shí)體模型的構(gòu)建、使用和維護(hù)；（3）各種仿真實(shí)體可以通過(guò)功能不同的組件疊加而構(gòu)建，使得模型構(gòu)建高度靈活；（4）具有通用性的組件元素在完成參數(shù)初始化后可以存儲(chǔ)進(jìn)模型庫(kù)便于重復(fù)使用；（5）組件聚合關(guān)系靈活可變，功能相同的組件可用于不同類(lèi)型的仿真實(shí)體；（6）該建模方法的高度開(kāi)放性，使用者可以根據(jù)自身需要擴(kuò)展新的組件元素。

3 小結(jié)

本文所研究的模塊化仿真實(shí)體模型構(gòu)建方法，具有開(kāi)放、靈活的特點(diǎn)。首先，將作戰(zhàn)想定仿真實(shí)體模型具有的性能指標(biāo)歸納多個(gè)功能模塊，在建模時(shí)先完成最底層組件元素的功能參數(shù)設(shè)定；然后，通過(guò)具有不同功能的組件元素的疊加來(lái)構(gòu)成具有完備戰(zhàn)技性能的武器裝備。利用這種方法建立的實(shí)體模型具有高度的開(kāi)放性，使用者可以通過(guò)改變組件功能參數(shù)或增加新組件來(lái)完成對(duì)實(shí)體性能的修訂或構(gòu)建新的實(shí)體。由于本文所研究的建模方法是一種開(kāi)放式的模塊化建模方法，因此適用于各種作戰(zhàn)想定仿真中的實(shí)體模型構(gòu)建，具有較大的實(shí)用價(jià)值。