基于HLA的平台级视景仿真系统设计研究

随着计算机仿真技术的发展,在大型分布式仿真系统中,单一的视景仿真系统已经不能满足复杂系统仿真的应用需求,基于高层体系结构(HLA)的视景仿真是主要的解决方案.论文结合视景仿真技术和分布式仿真技术设计并实现了一种分布式视景仿真系统,用于武器平台的训练和试验环节,并结合虚拟仿真平台的战术特点,设计实现了相应的武器平台视景仿真系统,对平台操作训练仿真、战术推演验证仿真系统的设计等都具有指导作用.     

导弹对抗的视景仿真

在巡航导弹和地空导弹对抗仿真系统之上,将仿真结果以三维视景仿真技术展示。利用Multigen Creator建立巡航导弹、地空导弹和地形的三维仿真实体模型,以Vega作为视景仿真驱动和渲染软件,用导弹对抗仿真系统计算的结果来驱动视景模型,并在仿真中添加了特殊效果,如导弹的尾迹、爆炸场面等。文中详细给出了Vega提供的API的使用顺序和方法。最终开发出的视景仿真系统具有很强的沉浸感。     

卫星在轨运行视景仿真

针对卫星在轨运行系统演示的需要,将建模与仿真技术引入视景演示系统联邦成员,提出了基于HLA的卫星在轨运行视景演示系统,开发相应的联邦成员。利用卫星在轨运行仿真系统的总体方案,设计了视景演示系统的总体结构;引入了先进视景仿真软件Creator和Vega Prime对卫星在轨运行仿真系统中视景仿真联邦成员进行可视化仿真和建模实现,建立了卫星和星空恒星模型,可以用OpenGL的星空背景加速实现;最后结合HLA、OpenGL和Vega Prime建立仿真框图。仿真结果证明,设计的仿真系统满足系统真实的实时性、准确性要求,具有良好的沉浸感和较高的可信性。     

基于STKX组件的视景仿真关键技术

在不启动卫星工具包(STK)的基础上,将STK应用于分布式视景仿真,通过插入STKX组件和调用组件应用程序编程接口函数完成STK的功能调用,解决STKX组件与运行支撑环境的集成问题。采用进程通信中的共享内存和事件技术,以S函数模块为中间件,实现Simulink模型数据的实时获取,获得数值仿真结果。基于STKX的导弹攻防视景仿真实验表明,该方法无需启动STK即可应用于分布式视景仿真。     

基于HLA和VEGA的海基靶场半实物视景仿真系统研究

为了在导弹试验任务中给指挥员提供决策支持,设计了一种基于HLA和VEGA的海基靶场半实物视景仿真系统;将三轴飞行转台、目标模拟器、负载模拟器等实物接入仿真系统,采用高层体系结构规范构建仿真系统的联邦架构,设计了联邦对象模型,建立了关键联邦成员的数学模型,解决了反射内存网与HLA的时间推进冲突问题,有效提高了仿真系统数据传输的实时性;采用MultigenCreator软件建立了各个仿真实体的3D模型,利用Vega软件实现模型的渲染、场景驱动、声音仿真等;通过系统测试,结果表明:该视景仿真系统能够实时驱动各个仿真实体运行,视景画面流畅,图像刷新速率达到30帧/s以上,满足系统实时性要求.     

一种海上战场视景仿真系统的开发

为了逼真的演示海上多武器平台作战过程,设计并开发了一个基于Vega Prime的海上战场视景仿真系统,它是一个基于HLA的分布交互仿真系统的视景显示子系统.针对大量复杂三维实体建模中遇到的效率低下、难以有效管理的问题,首次提出引入基于增量模型的软件工程方法,以提高模型的可用性和可维护性,缩短开发周期.对于非视觉物理量可视化等Vega Prime中不具备的功能,通过在Vega Prime中嵌入OpenGL程序的方法加以实现,并解决了其中的关键技术.针对联邦时间推进造成的视景显示节点的画面不连续的问题,利用延迟一帧数据的方法予以解决.所开发的系统已在工程中得到应用,效果良好.     

分布交互环境下的视景系统研究与开发

分析比较了几种常用视景开发工具在分布交互环境下的特点,指出采用MultiGen Creator和Vega进行分布交互环境下的视景仿真系统的开发是一条简单快捷的途径。讨论了分布交互环境下对视景系统的要求,及其所要解决的关键技术。采用MultiGen Creator、Vega以及VR—Link开发出了基于HLA的水下航行器分布交互环境下的视景演示系统,实现了基于Vega的视景仿真系统和HLA系统的互连。     

一种可重用的视景邦员设计与实现

视景邦员是分布式交互仿真平台的重要组成之一,它采用计算机图形学技术、多媒体技术和虚拟现实技术给人以视觉和听觉上身临其境的感受。该文基于模块化的软件设计思想,设计并实现了一种可重用的视景邦员。该文对视景仿真中实体行为建模、多通道显示、RTI线程与视景实时渲染线程之间的数据同步等关键技术问题进行了分析,并给出相应的解决方案。最后,通过将该系统应用到武器虚拟采办的不同阶段,验证了该系统的通用性和可重用性。     

利用OpenGL开发视景仿真软件系统

OpenGL是最近几年发展起来的一个非常优秀的开放式三维图形软件,它是图形与硬件的接口。OpenGL包括100多个图形函数,开发者可以用这些函数来构造景物模型、进行三维图形实时交互软件的开发。因为OpenGL是一个图形函数库,它在许多方面都只提供了最底层的操作。例如,在物体建模方面,OpenGL基本库就只提供了点、线、多边形这些基本图元的生成函数;而对于一些常用的操作,如生成非矩形光栅图像、显示文本、复杂几何物体建模等,在OpenGL中没有提供可以直接实现的功能。现在     

基于HLA的分布式导弹攻防视景仿真系统

HLA和虚拟现实相结合,使得通过计算机生成的综合环境具有真实感,具有较高的可信度.文中基于新一代实时视景仿真软件平台Vega Prime和HLA仿真支撑平台MAK RTI设计开发了导弹攻防视景仿真系统.介绍了导弹攻防仿真大系统的总体框架,视景仿真系统的功能设计以及联邦通信,给出了程序流程.最后针对Vega Prime自带特效无法达到导弹攻防可视化要求的现状,实现了Vega Prime下调用OpenGL函数来表现特效这一关键技术.与导弹攻防仿真大系统的联调表明,该系统逼真流畅地演示出仿真系统作战想定的全过程,并且满足系统仿真的实时性要求.     

导弹武器发射环境视景仿真研究

虚拟某型导弹完整发射过程,在通用的计算机平台上,对开发导弹发射环境视景仿真系统进行了研究.系统设计包括场景的生成和功能效果的实现.着重介绍了系统的组成及在VC++6.0平台上利用OpenGL和DirectSound实现子模块的关键技术,提出了几项优化措施解决图像真实感与实时性的问题,最后讨论了该视景仿真系统的现实意义.     

一种简化的流体方法快速仿真大型三维云场景

提出了一种改进的立体云模拟方法,用Navier-Stokes流体方程描述云的运动规律,同时考虑大气运动条件下云的特性,建立云的运动模型。在云的实时渲染方面,基于太阳光照方向和天气状况提出了一种简单的光照模型,大幅度地提高了云的渲染速度。此外,使用改进的环状Impostor技术来提高大范围云层的渲染速度。基于上述理论模型,利用实验室自主图形引擎开发了一套三维云仿真插件,广泛应用于各种实时仿真和科技娱乐项目中。该方法绘制的云具有规模大、真实感强、渲染速度快的特点。     

基于Vega Prime的视景仿真驱动技术研究

概要介绍了Vega Prime的开发环境及系统结构.运用面向时象方法和软件工程相关原理,结合MFC应用程序框架,深入分析了基于MFC的Vega Prime程序中视景驱动技术所遇到的问题,在此基础之上,给出了一种灵活实用的视景仿真驱动方法.     

A scene graph based visualization method for representing continuous simulation data

This paper proposes a scene graph based visualization method that can verify time-varying continuous analysis simulation in a virtual reality (VR) environment by using the computer-aided engineering (CAE) data of structural analysis in product development. In previous research, the use of CAE analysis data has been problematic because of the lack of any interactive simulation controls for visualizing continuous simulation data. Moreover, the research on post-processing methods for real-time evaluation of CAE analysis data has not been sufficient. We therefore propose a scene graph based visualization method for representing continuous simulation data. The method can continuously visualize static analysis data independently of any timeline; it can also continuously visualize dynamic analysis data that varies in relation to the timeline. The visualization system for continuous simulation data, which includes CAE2VR Middleware that interfaces with various formats of CAE analysis data as well as functions for visualizing continuous simulation data and operational functions, enables users to verify simulation results with more realistic scenes.     

核爆炸外观景象实时模拟

根据核爆炸的基本表现过程,建立了一个综合的爆炸模型,可以实现实时的核爆炸景象模拟。通过球形扩张建立冲击波的冲击模型,并实现了快速的碰撞检测;使用视角范围内的粒子抛撒,表现核爆炸产生的飞溅物;利用适当简化后的Navier-Stokes方程,优化求解策略,实现具有复杂运动形式的蘑菇状烟云模拟。实验结果表明,采用该模型可以实现实时的核爆炸效果模拟,通过控制和调整参量,可以获得多种不同类型的核爆炸效果。     

GPS拒止条件下的景象匹配导航方法研究

提出了一种在GPS拒止条件下使用视觉词袋辅助航空景象匹配导航的方法.在景象匹配导航任务中,基准地图比空中探测的图像具有更大的覆盖范围,当基准地图有大量相似或重复纹理特征出现时,仅依靠特征匹配难以得出正确的对应关系.首先对基准卫星影像地图进行区块划片,并利用视觉词袋技术对每一片区块进行编码,利用统计特性计算局部区块特征矢...     

小型啤酒生产实训全场景仿真技术研究

在对啤酒生产过程及仿真技术的理论研究和实验的基础上,以Flash8.0为开发平台,构建了啤酒生产全场景仿真实训生产线.介绍了参数化设计思想,讨论了构建方法,包括利用Flash与XML通信技术构建控制菜单,不同SWF间数据传递,温度的多变量控制,信息跟踪及实时信息反馈等.所构建的仿真生产线适用于职业技术教育和人员培训,并实现了良好的培训效果.     

虚拟雪景物理建模与仿真

基于动力学原理建立了雪花飘落的简化运动模型,并在D3D技术基础上,基于粒子系统的原理,绘制渲染了雪花纷飞的动态虚拟场景。提出了简化粒子发射器模型和碰撞检测方法,并对风力模型作了近似,在保证仿真效果的基础上提高了运算速度。实验结果表明,该方法仿真效果较好,速度快,同时能容易地推广应用到其他诸如雨、烟、雾等虚拟场景的绘制中。     

结合目标检测的室内场景识别方法

在目标检测网络（ObjectNet）和场景识别网络相结合的方法中，由于ObjectNet提取的目标特征和场景网络提取的场景特征的维度和性质不一致，且目标特征中存在影响场景判断的冗余信息，导致场景识别的准确率低。针对这个问题，提出一种改进的结合目标检测的室内场景识别方法。首先，在ObjectNet中引入类转换矩阵（CCM），将ObjectNet输出的目标特征进行转化，使得目标特征的维度与场景特征的维度相一致，以此减少特征维度不一致带来的信息丢失；然后采用上下文门控（CG）机制对特征中的冗余信息进行抑制，从而降低不相关信息的权重，提高了目标特征在场景识别中的作用。该方法在MIT Indoor67数据集上的识别准确率达到90.28%，与维护空间布局的对象语义特征（SOSF）方法相比识别准确率提高了0.77个百分点；其在SUN397数据集上识别准确率达到81.15%，与交替专家层次结构（HoAS）方法相比识别准确率提高了1.49个百分点。实验结果表明，所提方法提高了室内场景识别的准确率。