作戰(zhàn)想定仿真實體模型構(gòu)建方法研究

盧穩(wěn)新 唐 銳 李官敏

（國防科技大學(xué)信息通信學(xué)院 湖北·武漢 430010）

0 引言

隨著作戰(zhàn)想定標準化的不斷推進和計算機仿真技術(shù)的日益進步，各種功能強大的仿真軟件可以在近似實際環(huán)境的仿真場景中構(gòu)建出數(shù)以百千計的武器裝備實體模型，不僅包括各種飛行器、車輛、艦船等武器裝備，還能構(gòu)建包括電臺、傳感器等在內(nèi)的各種獨立功能模塊。技術(shù)上的強大推動力使得作戰(zhàn)想定建模與仿真在作戰(zhàn)評估中起著基礎(chǔ)性的作用，無論是演訓(xùn)方案效能評估，還是武器裝備性能論證都不再需要花費大量的人力、物力去進行長周期的評估論證，而是在虛擬的仿真環(huán)境當(dāng)中通過幾個人幾臺電腦去完成過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題：基于不同的仿真平臺、采用不同的建模方法所構(gòu)建的實體模型種類繁雜、標準不一，嚴重制約了仿真技術(shù)在軍事領(lǐng)域的效能發(fā)揮。

1 面臨的挑戰(zhàn)

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

構(gòu)建作戰(zhàn)想定仿真實體模型就是利用想定描述語言對想定中涵蓋的作戰(zhàn)力量、武器裝備、設(shè)施、自然環(huán)境等進行形式化表達。但是，對于各種實體到底需要包含哪些要素，各要素描述粒度到底細化到何種程度，不同的開發(fā)單位往往有著不同的理解。這種對于作戰(zhàn)想定仿真實體模型描述的隨意性，一方面是由于工業(yè)部門與軍事部門的需求對接匹配程度低，另一方面是由于缺乏開放、靈活的仿真實體構(gòu)建方法。因此，亟需一種標準化、結(jié)構(gòu)化的仿真實體建模方法，對真實世界軍事行動中涉及到的各種軍事實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)部門的重復(fù)勞動并降低研發(fā)成本，又能夠充分滿足軍事部門對仿真要素和粒度的要求，在開放性方面也能夠方便已構(gòu)建實體模型的跨平臺、跨系統(tǒng)共享。

2 一種開放式模塊化建模方法

本文所研究的作戰(zhàn)仿真實體模型構(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)想定中的實體（Entity）分解成一系列稱之為組件（Component）的獨立功能模塊。想定的各種實體都可以由數(shù)量不等的組件元素通過接口（Connect）按照一定的聚合關(guān)系聚合而成，實體（組件）之間的交互、作用、通訊等動作（Action）即可通過接口進行。一個標準化的作戰(zhàn)想定仿真實體模型可以由1個主件元素和多個組件元素組成，其中，接口關(guān)系和聚合關(guān)系將這些元素進行整合，原理如圖1所示。

按照上述方法構(gòu)建出的標準化作戰(zhàn)想定仿真實體模型包含4個參數(shù)基類：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)想定仿真實體模型參數(shù)集合

其中，基本參數(shù)主要描述實體主要外觀、運動和其他通用附加屬性。每一個標準化作戰(zhàn)想定仿真實體模型必有一個基本參數(shù)集合；組件為實體內(nèi)部最小功能單元，可以由5類數(shù)據(jù)要素組成：偵察探測系統(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，它們分別描述了實體內(nèi)部偵察探測系統(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。每一個標準化作戰(zhàn)想定仿真實體模型可以有多個組件；接口關(guān)系負責(zé)定義作戰(zhàn)想定仿真實體模型內(nèi)部各個組件的連接關(guān)系及其接口相關(guān)參數(shù)。每一個標準化作戰(zhàn)想定仿真實體模型可以有多個接口；聚合關(guān)系負責(zé)定義作戰(zhàn)想定仿真實體模型內(nèi)部各個組件之間的相對位置關(guān)系及相關(guān)參數(shù)。每一個標準化作戰(zhàn)想定仿真實體模型可以有多個聚合關(guān)系。詳細的作戰(zhàn)想定仿真實體模型數(shù)據(jù)要素組成如圖3所示。

圖1：作戰(zhàn)想定仿真實體模型構(gòu)建原理圖

圖3：作戰(zhàn)想定仿真實體模型數(shù)據(jù)要素

這種化整為零、通過接口實現(xiàn)互操作和集成的方法使得實體模型的互操作和可重用在技術(shù)上易于實現(xiàn)，并在管理上更具應(yīng)用價值，可以實現(xiàn)以下幾個目標：（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)系則由軍事人員來設(shè)置；（2）軍事人員只需對組件元素的參數(shù)組成和數(shù)據(jù)類型進行初始化或修訂就能實現(xiàn)對仿真實體模型的構(gòu)建、使用和維護；（3）各種仿真實體可以通過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)初始化后可以存儲進模型庫便于重復(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型的仿真實體；（6）該建模方法的高度開放性，使用者可以根據(jù)自身需要擴展新的組件元素。

3 小結(jié)

本文所研究的模塊化仿真實體模型構(gòu)建方法，具有開放、靈活的特點。首先，將作戰(zhàn)想定仿真實體模型具有的性能指標歸納多個功能模塊，在建模時先完成最底層組件元素的功能參數(shù)設(shè)定；然后，通過具有不同功能的組件元素的疊加來構(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體模型具有高度的開放性，使用者可以通過改變組件功能參數(shù)或增加新組件來完成對實體性能的修訂或構(gòu)建新的實體。由于本文所研究的建模方法是一種開放式的模塊化建模方法，因此適用于各種作戰(zhàn)想定仿真中的實體模型構(gòu)建，具有較大的實用價值。