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高技术条件下的战争，是武器装备体系之间的对抗。因此，已有的针对单一武器对抗的仿真或试验无法用来描述其在高技术战争中的实际对抗效果，需要开发一种考虑了多种武器和多种战术的综合运用、适应未来作战环境下武器体系对抗的仿真手段。随着计算机网络技术、大规模分布处理技术、多媒体技术和面向对象技术的发展，分布式交互仿真技术应运而生。分布式交互仿真主要可用于军事训练、武器系统设计与开发过程的评估、作战仿真和采办等。
联合作战训练
训练仿真器，在军事领域中应用最早、最广、收效最为突出。分布式交互仿真用于军事训练有4个优点：一是可以在求真的“战争实验室 里，进行未来战争的“预实践”；二是能够在网络对抗训练中，提高指挥员和参谋人员的科技素质和谋略水平；三是有利于在诸军兵种联合的虚拟环境中，提高受训者指挥联合作战的能力；四是有很高的训练质量和训练“效费比”。
江主席高瞻远瞩地指出，利用计算机技术进行模拟训练，是发达国家军队训练的一个突出特点，也是我军训练的发展方向。近些年来，我军在这方面进行了许多大胆的尝试。
1999年，兰州军区进行了“西部—99”演习，在演习地域开通了多个网络。演习中，整个网络系统存贮处理各类文字、图形、图像信息数十类、几百项、数万条，有效地保障了战役演习的进行。
2000年10月，总参谋部组织了网上练兵交流，利用计算机模拟系统组织网上异地大规模诸军兵种首长机关联合对抗演习、参谋“六会 作业和远程教学。
武器系统评估
在被仿真的系统中嵌入实际使用的作战系统和武器系统，从而可以在近似实战的情况下，对作战系统进行技术和效能的评估。特别是像C4I这样复杂的系统，以往采用的建模评估方法很难取得好的效果。美军扩展的防空系统试验台（EADT B），就是一种战区级的多对多的双边模型，可以仿真多国联合的、多武器平台的、敌我双方攻防对抗。EADTB连接了北约欧洲盟军最高司令部技术中心、亚特兰大空间基地、国家试验设施和海军的一个试验场地。它以西南亚地区为作战背景，用30个专用系统和分系统表示对抗双方的性能数据，可以为用户提供一个完整的试验环境，可对武器作战效能和成本提供评估。
作战研究
在分布式交互仿真的支持下，受训人员可以熟练地掌握联合作战战术和作战原则，研究和发展新的作战方式和方法，提高战场指挥能力。美军建在柯特兰空军基地的“战区防空指挥和控制仿真设施”，是世界上最大的防空仿真设施。其任务是给防空系统的研制和使用单位提供逼真的仿真环境，以完善作战计划和作战概念的研究。它所产生的空战仿真环境能为用户提供全球任何一处2048×2048 平方英里的战场和600多种空中和地面部队的作战行动。1993年，美国空军空战司令部利用它进行了第一次战区导弹防御（TMD）作战概念的研制试验。
作战模拟
自建立作战实验室和进行“路易斯安娜”演习以来，美军为建设各级数字化部队已经进行了多次“高级作战试验”演习，并且这种演习一直进行到2000年。美军已经进行了数字化部队与非数字化部队的对抗演习，并通过实验确定了数字化师的合理编成，检验数字化军的编成和指挥结构，演示了快速投送部队使用的高技术兵器和先进运送设备的性能。
武器系统
采办将建模和仿真用于武器系统采办的各个阶段，已经成为负担得起的采办策略的有机组成部分。在方案探索与确定阶段，作战性能建模用来检验各种不同的设计方案，确保系统设计性能。采用虚拟样机设计，保证系统设计的首次制造的正确性，降低研制费用，缩短研制周期。虚拟试验可以模拟地形、可能出现的各种情况和环境因素，可以缩短试验时间和降低试验费用。虚拟制造用于精确模拟计划的生产设施和过程，保证可生产性，降低制造成本，减少生产时间。例如，美军改进型M1坦克作战试验，采用实物仿真需要2年，耗资4000万美元，而采用分布式交互仿真技术，只需3个月，花费640万美元。美国霍尼韦尔公司采用虚拟样机技术开发新型飞机电子座舱，使设计周期从2年半缩短到2个半月。虚拟样机在设计过程初期，就能够提供飞行员直接体验新设计优点的“虚拟”系统，并能随时按照定货方要求，现场修改设计，美军用这一技术成功地设计了“阿帕奇” 和“科曼奇”武装直升机的电子座舱。
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posted @ 2006-08-01 17:51
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编辑 收藏一、 概述
仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一种综合性技术。它综合集成了计算机、网络技术、图形图像技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识。
随着仿真技术在科技进步和社会发展中的作用愈来愈显重要，特别是军事科学，随着高、精尖武器系统的研制和发展，对军用仿真技术的应用和研究提出了更高的要求。世界各军事强国竟相在新一代武器系统的研制过程中不断完善仿真方法，改进仿真手段，以提高研制工作的综合效益。军用仿真技术在武器系统战技指标论证、方案选择、研制、试验、鉴定、改进提高以及部队维护保养和训练中的应用，已得到研制方和使用部队的承认和重视。它对提高新一代武器系统综合性能，减少系统实物试验次数、缩短研制周期，节省研制经费，提高维护水平，延长寿命周期，强化部队训练等方面都可大有作为。
二、 国内外军用仿真技术发展现状
1．国外军用仿真技术发展现状态
美国国防部高度重视仿真技术的发展，近十多年来，美国一直将建模与仿真列为重要的国防关键技术。1992年公布了“国防建模与仿真倡议”，并成立了国防建模与仿真办公室，负责倡议的实施：1992年7月美国防部公布了“国防科学技术战略”，“综合仿真环境”被列为保持美国军事优势的七大推动技术之一；1995年10月，美国防部公布了“建模与仿真主计划”，提出了美国防部建模与仿真的六个主目标；1997年度的“美国国防技术领域计划”，将“建模与仿真”列为“有助于能极大提高军事能力的四大支柱（战备、现代化、部队结构、持续能力）的一项重要技术，并计划从1996年至2001年投资5.4亿美元、年均投资0.9亿美元”。同时美国国防科学局（Defense Science Board）认为建立集成的综合仿真环境和仿真系统，必须解决五个层次的使能技术，(enabling technologies )（即应能解决实现的技术）
第一层次——基础技术。
包括：光纤通讯、集成电路、软件工具、人的行为模型、环境模型等。
第二层次——元、部件级技术
包括：内存、显示、局域网、微处理器、数据库管理系统，数/模/数转换器，建模与仿真构造工具，测试设备等。
第三层次——系统级技术
包括：微机系统，人一机界面，远距离通讯/广域网、计算机图象生成。
第四层次——应用级技术
包括：制造过程仿真、工程设计建模与仿真，含人仿真系统，随机作战仿真等。
第五层次——集成综合环境和建模与仿真工程
包括：原型机、规划、设计与制造，训练与备战，测试与评估。
上述使能技术有些商业市场解决，如微机系统、远距离通讯/广域网、人一机界面、计算图象生成、数据库管理系统、局域网、光纤通讯、软件工程工具等，也就是大部份的硬件和网络能力由商业市场作为成熟产品提供。而为满足军用仿真需求，有些如制造过程仿真，工程设计建模与仿真，随机作战仿真，环境模型等都由关国防部组织解决。
数学模型是仿真的基础，要仿真，必须对被仿真的对象或系统进行数学建模，也就是对客观世界中客观事物进行数学抽象和数学描述。数学模型的正确与否以及其精确度直接影响仿真的置信度。所以，建模以后必须经过验模，验模就是对模型的评估过程。但对导弹武器系统中的某些部件，由于它的非线性，很难用数学模型表达得那么准确。因此，导弹武器系统，无论是战术的还是战略的，美国三军都非常重视半实物仿真在导弹研制中的作用。虽然这是化费较大的工程，但是几年来，美、欧、日各方都化费巨资建立半实物仿真系统，以加快精确制导武器的研制。
同样，欧洲对于仿真的研究历来也十分重视。北大西洋公约组织（NATO）于1992年9月成立了DIS工作组。同年欧洲学术界的二百个成员成立了欧洲仿真特殊兴趣组，并于次年组建了“仿真未来：新概念、工具和应用”基础研究工作组。制定了仿真基础研究和开发为第一优先主题。其第二个主题即为开发新的应用领域。尤其是象并行和分布式仿真这样的基础技术，围绕这个主题将就“仿真互操作性”展开行动计划。并对应于美国DIS工作组成立一些对应的“影子”机构进行跟踪研究。
2．国内军用仿真技术发展现状
我国军用仿真技术的发展已有四十年的历史。尤其在“七五”以来的十多年中，通过边建边用，以及上级领导的重视，仿真技术得到了飞速发展。突出表现在以下方面：
⑴ 建成了航天机电集团以北京仿真中心为代表的，科技集团以上海八院八部的射频、红外仿真系统为代表的服务于各类新型导弹、卫星、运载火箭和鱼雷等仿真的“八大仿真系统”以及用于新型军机研制的飞机工程仿真系统，为仿真技术的研究和应用打下了坚实的基础。
⑵ 90年代我国开始对分布交互仿真，虚拟现实等先进仿真技术及其应用进行研究，开展了较大规模的复杂系统仿真，由单个武器平台的性能仿真发展为多武器平台在作战环境下的对抗仿真。
⑶ 研制出了连续系统仿真语言ICSLⅡ和ICSL++仿真环境，连续/离散（事件）系统仿真语言IHSL和图形输入仿真语言IFAS等通用仿真语言及射频、红外、反坦克导弹、卫星、战略导弹和运载火箭等半实物仿真专用软件。正在研制基于高档微机、工作站通用、并发、一体化仿真软件。
⑷ 视频/红外动态图象转换技术攻关，并研制出了能产生红外动态图象的原理试验样机。其中，MOS电阻桥阵方案已研制出64×64象元，帧频100HZ的工程试验样机；红外CRT已研制出8~12μm的工程试验样机。
⑸ 坚持边建边用的原则，在应用方面取得显著成果。有效的应用于新型武器的研制，优化系统设计，提高武器系统性能；以及诊断并排除隐患和故障、提高型号研制质量；大大减少实弹试验次数和试验数量，从而起到了缩短研制周期、节约研制经费、提高武器系统效费比的巨大作用。根据统计数据，仿真技术可缩短导弹武器研制周期20~40%，节约导弹定型试验所需弹数10~30%；鱼雷试航次数减少50~80%；缩短舰船作战系统、武器系统联调时间40~60%。从可量化的数字看，至95年底，仿真技术在我国各类导弹（含鱼雷、运载火箭）、卫星、飞机、舰船、坦克和高炮的研制中，仿真创经济效益达人民币5亿元以上。
射频目标杂波、干扰和多路径效应仿真，已可基本满足相应型号仿真工程建设的要求。
三、 军用仿真的发展设想
1．环境仿真
无论是单武器平台性能仿真还是多武器平台在对抗作战环境下的体系对抗仿真，环境仿真都是重要的组成部分。美国在环境仿真方面，研制了各种运动仿真器，如高精度飞行仿真转台、加速度模拟器、真空模拟器等，建立了逐步完善的各种实体模型数据库、战场环境（如地形、地貌、海洋、大气、空间等）数据库，并用虚拟现实技术，建立虚拟仿真环境、虚拟战场环境等，以支撑其各种仿真的需要。
要完成环境仿真，必须解决两方面的问题
⑴ 环境模型的建立
军事应用中的环境是千变万化的，不同的地形、地貌、气象、电磁干扰、噪声等等都有其不同的环境特征，要对其建立有相当置信度的模型是很复杂的，所以环境仿真建模工作应作为基础性研究进行。
⑵ 环境效应
这是一个更加复杂的问题，实际上也就是仿真环境动态变化时，对仿真结果所产生的影响。例如，军舰，反舰导弹与海情，风力、风速，加上多路径这些环境之间是相互交互的。这些都增加了仿真达到相当置信度的难度。
2．分布式仿真技术与训练仿真技术
美国是最早发展分布式交互仿真技术的国家。1983年美国防部高级研究计划局（DARPA）和陆军合作的研究计划SIMNET于1989年完成，为DIS的发展奠定了技术基础。分布式仿真包括军事上公认的三类仿真：真实仿真、虚拟仿真、结构仿真，分布交互仿真的核心是仿真技术和网络技术的结合。
分布交互仿真技术最明显的应用是多兵种联合作战训练，进行多武器平台作战仿真。在DIS生成的逼真战场环境支持下，可以进行作战仿真，熟练掌握合成作战技术、作战原则、发展新的作战方式和方法，提高各级指挥人员的战场指挥能力，并可大大减少风险和高额开销。NATO准备逐步把各国不同的兵力汇入SIMNET而成为一个虚拟战场，并把空战仿真系统（AWSIMS）和海战仿真系统（NWSTMS）与其相联。美国陆军的CCTT（近战战术训练系统），是美国用于部队训练的第一个分布交互仿真实用系统，可实现546个仿真工作站的仿真训练联网，距离可跨越欧美之间，可为美国本土和美在北约驻军的野外训练提供高逼真度的虚拟战场环境。联网演习，比起实战演习来，其成本低、损伤少、安全保密，多次反复演练，而且方案可以多变，准备时间短。通过联网仿真训练多兵、团组协同作战，不仅可解决人与机之间的关系，更要解决人与人之间的协同关系。
美国还大力开发集作战仿真、武器装备研制及武器装备采办使用的分布式交互仿真系统。自美国防部1992年制订“作战仿真试验室”计划以来，迄今已建立了六个作战仿真实验室。利用分布交互仿真技术，作战实验室与有关专业和单位的计算机联网，可以高效率地完成以下工作：
·进行联合训练，为制订新的作战战术、条令和训练方法、制订作战计划、评估作战情况提供依据：
·在新武器系统开始研制或在役武器装备着手改进之前，通过计算机仿真和实物模拟，对新技术所能提供的新作战能力和新的作战思想进行试验和评估，以提出新武器的需求；在武器系统研制期间，系统在逼真的作战试验环境中不断仿真试验，将保证最终系统尽可能适合于作战的需要：
·预测新武器从研制、生产到列装、使用、维护、后勤支援采办全过程中的问题，包括费用情况，以缩短研制周期、降低全寿命费用。
·作战仿真试验室，通过DIS系统在更大的仿真环境中加入能反应实弹真实飞行的仿真试验而得到扩大，允许能进行更复杂的系统试验，进行有真实意义的战役分析，以支持国防高级决策工作。
3．虚拟现实技术
近年来，虚拟现实（Virtual Reality）技术在航空航天和军事领域的成功应用，取得了巨大的经济效益和社会效益，促进美国政府进一步加大了对VR技术研究的支持力度。VR技术在武器系统性能评价、武器操作训练、指挥大规模军事演习等三个方面的仿真应用中能发挥重大作用：大幅度降低所需的费用，极大的提高效益，并消除意外伤亡事故。因此，美国政府所支持的VR 技术研究也正是紧紧围绕着提高这三种能力的系统和环境而展开的。他们拟将VR的一些关键技术进行加强和改进，主要有高速网络和数据的实时交互与显示、数据融合与输出、各个层次（包括地形绘制、天气描述、运动和传感、武器系统与效应、计算机生成的半自主兵力等）上的逼真性。
美国政府支持的虚拟现实技术应用的研究计划有：
·战争综合演示计划（Synthetic Theater of War Project）；
·防务仿真交互网络（Defense Simulation Internet, DSI）；
·卫星模拟（The Satellite Modeler, SM）；
·虚拟座舱（The Virtual Cockpit, VC）。
实际上VR技术的广泛应用，无论是对驾驶员进行成功训练的飞行模拟器，或是用来训练军事作战人员虚拟战场，或是基于仿真的设计包括几何外形，传动物理特性和动力学特性的在建模基础上，完成的虚拟样机，还是通过仿真模型在计算机上仿真生产全过程，实现产品的工艺规程，加工制造等生产出的虚拟产品，都已有许多成功事例。
归根结底，所谓的虚拟现实简单地说，就是数字仿真加图形可视化。因此，虚拟系统的基本组成有高性能计算机、计算机网络、图象生成与显示系统、数据库（含地理信息、气动数据、导航数据、气象数据等）以及相应的人机接口和软件支撑环境。
四、 结束语
军用仿真技术以战略战术导弹武器系统研制需求为牵引，以新型精确打击武器装备全生命周期仿真应用为重点，为适应新型号导弹武器系统和军用卫星系统研制的需要，充分验证系统设计的正确性，“十五”期间突破精确制导武器系统仿真、导弹武器系统训练仿真、环境仿真、分布交互式仿真、虚拟现实仿真等关键技术，建立相应的仿真试验系统，系统仿真支撑环境，充分发挥仿真技术在导弹背景型号武器装备发展论证，研制与试验、定型与评估、使用与训练、更新与改造等全过程中的先导和支撑作用。
另外，通过对虚拟技术的研究，尽可能地扩大其应用范围，采用虚拟样机，虚拟战场环境以及虚拟制造等概念，可以使传统的武器系统的设计方法产生变革。虚拟技术将是21世纪武器系统研制和军队建设的重要手段。
posted @ 2006-08-01 17:50
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HLA 规范中的联邦开发执行进程(FEDEP)清楚说明了一个可裁剪的，通用的HLA 联邦开发过程。然而只有少量的指南与工具是针对具体的仿真实现的。
基于HLA的现代仿真系统可以在HLA的框架体系结构下完成交互，但前提是使用同一版本的RTI 软件。而目前我国多版本RTI 并存，上层仿真对象采用的开发技术平台也多种多样包括CORBA， DCOM， EJB （Enterprise Java Bean） 等等，它们之间难以互连互通。
使用基于Web 仿真技术能够保留继承原有仿真系统的数据格式，最大限度地利用老系统的经验与资源，具体的解决方案是各仿真系统对外采用统一的数据交互格式，其内部数据格式可以根据具体的实际系统制定。目前在基于Web 的技术中广泛使用XML（Extended Marked Language）作为数据交换的标准格式，XML 正是最适合作为数据交互标准的国际标准，它已为当前几乎所有基于Web的技术框架支持（包括CORBA， DCOM， JAVA， HLA） 等等。因此，可将XML 作为基于Web 仿真技术中的数据交互基本格式。
采用基于Web 的仿真技术制定一个中间的接口语法数据格式，并采用统一的接口描述语言。这样所有的仿真系统只需将自己特定的接口语法转换为该中间格式，即可相互理解。这样就不用为每两个互连系统研制专门的数据转换软件。
具体的解决网络延时的办法，可以在一方面采用XML 封装复杂数据和进行数据压缩，尽量将网络中传输的数据量减至最少；另一方面采用分布式数据库技术，多层技术可以使数据分布在网络中，进一步减少网络时延。从目前的技术来看，如果在通用广域网络中运行实时性要求很高的仿真系统，在网络时延上很难达到相应的指标解决方法，只能是改到专用网络中运行但实现技术仍然可以采用基于Web 的仿真技术。
[ ] 鲍广宇 黄松 刘晓明 “基于HLA 的通用分布式仿真环境研究” 系统仿真学报 2003-8
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posted @ 2006-08-01 17:49
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在进行分布交互式仿真系统开发和应用过程中，不管是进行各种形式的支撑技术的研究或相关产品的开发，还是面向应用进行分布式作战仿真系统的建设或运行管理，需要明确的关键点是：进行大规模分布式系统建设牵涉到各种技术，包括仿真算法、部队作战模拟技术、计算机网络技术、虚拟现实技术、GIS技术等各方面；无论这些技术多么复杂，或系统建设需要多个部门合作，需要每个参与工作的人员明确系统建设从时间轴将分为军事应用需求定义与分析阶段、分布式仿真系统开发调试阶段、分布式演练运行阶段三个重要时期；从参与建设和应用的人员区分将分为：军事应用需求专家、分布式系统开发调试工程师、参与分布式演练士兵或军官等不同类型的人员。在分布式系统建设的不同时期，参与工作的人员重点不同，系统建设最终目的是构成能够满足某种目的的共军事人员使用的作战仿真系统，系统对参与演练的军事人员的要求要限制在一定范围内，除必要的军事概念要求外，对仿真系统的要求应尽量减少。
一、 军事应用需求定义与分析阶段
这一阶段主要是进行军事概念模型的分析定义。需要以军事应用需求为牵引，以空间概念模型为规范要求，建立分布式仿真系统建设的目标和相应的军事需求概念模型。这一阶段通常是由军事专家为主，借助一定的空间概念模型辅佐分析工具和一定的业务建模case工具完成军事专家和系统开发工程师均能理解的系统业务需求描述文档。目前，主要可以使用的工具有：
Rational的Rose等case工具
Word/Visio等
二、 系统开发、集成与测试阶段
这一阶段主要是根据上一阶段确定的目标，从技术上构建满足要求的分布式仿真系统。主要工作有确定联邦模型和成员间的定购关系，设计各仿真成员使之能够满足要求。该节点主要有技术工程师完成，技术性较强，需要的辅助开发工具有：
FOM/SOM文件辅助设计工具
FOM/SOM有效性一致性测试工具
联邦成员开发框架和辅助生成工具
RTI中间件
基于C++语言RTI程序接口或ActiveX中间件接口工具
三、 分布式仿真系统运行期管理
本阶段是利用上阶段开发形成的仿真系统，按照一定的战术需求，合理组成具有一定编制体制的演练单元，进行各种形式的演练。本阶段主要有参演部(分)队，战术教员进行实施。该阶段需要的规范有：
分布式仿真系统进行作战仿真或训练的规范文件。
辅助军事人员(战术教员)利用分布式仿真系统约束进行兵力兵器编组、演练成员数据初始化的战术演练想定辅助生成系统。
分布式作战仿真过程运行情况监视与动态管理。
仿真过程数据记录与事后回放。
posted @ 2006-08-01 17:45
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一.战争概念宽泛化
科学技术在军事领域里的大量应用，使人类社会的战争行为更加复杂多样，战争的概念更加宽泛。
1.战争的发动和实施者增多
工业时代的战争，是指一个国家或国家集团的军队与另一个国家或国家集团的军队进行的武力较量，但在未来的信息时代，科学技术普及，信息资源共享，秘密将更难以严守，武器制造技术将更容易扩散。此外，计算机病毒和大众传播媒介的控制，并成为信息战的重要手段。所以，未来的信息社会中，国家并不是战争的唯一发动者和实施者，战争不一定在国家或国家集团之间进行，恐怖组织、贩毒集团、工商集团、民族部落、宗教组织、犯罪团伙等团体都可能成为战争的发动者和实施者。
2.战争也包括非暴力行为
传统的战争理论认为，战争是政治的继续，是政治的工具，是对暴力手段的运用，是“流血的政治”。战争之所以成为战争，并且区别于其他社会活动，关键就在于它依靠着暴力这一主要手段，具有其他政治手段所不具备的暴力特征。因此，战争始终不能离开暴力而存在。但是，在未来的信息化战争中，战争未必是一种暴力行为，流血与不流血的战争将同时存在。在不流血的战争中，交战双方将不再是立即投信入大批军队和飞机、大炮，而是运用计算机网络对敌指挥控制系统实施攻击，使对方陷入一场信息灾难之中，在不流血的情况下战争就有可能决出了胜负。
3.战争与和平的界限模糊
工业化战争通常是以飞机开始轰炸、火炮开始袭击作为战争开始的标志，以军队投降、军事设施和工业基础遭到摧毁，无法再进行火力对抗为战争结束的标志。而在未来的信息化战争中，战争将是以信息攻击开始，以信息系统，以及支持信息系统的信息基础设施遭到破坏和被控制，无法再进行信息对抗为战争结束的标志。但是，信息攻击有可能在战争开始前的“和平”时期即已开始，其开始时间难以精确计算，甚至根本没有明显的特征，只不过是在攻击强度上有着区别。而且，支配战争的全球信息基础设施是一套巨大、复杂的信息系统，它在很大程度上是由商业网络和基础设施支持的。单纯军事信息系统的毁坏，不能代表信息化战争已经结束。所以，战争与和平之间将没有明显的界限。
二.战争目的有限化
21世纪后，世界性大战爆发的可能性减小，局部战争将成为战争舞台上的主角，战争目的将更加有限。
1.战争胜负价值观改变，不追求“终极目标”
工业时代，战争通常以敌人是否被消灭和占领多少土地为胜负价值标准，消灭的敌人越多，取得胜利就越大；占领敌国的领土越多，取得的胜利就越彻底。在这种胜利观的支配下，战争不是空间越打越大，就是时间久拖不决。而在信息时代，战争发动者为减少人员伤亡，追求的目标与以前有了很大不同，不再追求完全消灭对方的有生力量，剥夺敌国的生存权力，或完全占领对方国土，使其成为自己的殖民地，迫使敌方彻底投降等“终极目标”，而是有限度地作出让步，开出让对方可以接受的条件，追求最小的“代价利益化”，即：自己付出的代价与所取得的利益之比最小。
2.战场高度透明，战争进程的可控性明显提高
在未来的信息化战争中，战场上的士兵除装备轻武器之外，还装备有由数字通信装备、单兵战场信息综合处理机和全球定位系统组成的电脑系统。前线的传感器、太空的卫星将不停地把各种情报传输给指挥机构的计算机系统。这些情报信息的图像画面完全可以实时地出现在战争决策者的显示屏上，从而能更多地了解敌我双方的位置、态势，以及集结、运动等情况，因而能够立即对敌我双方发生的各种情况做出反应，部队能够立即按照指挥者的意图采取行动，使作战进程几乎与决策同步进行，战争进程的可控性明显提高。
3.信息时代战争目的的有限性
不同以往信息时代战争目的的有限性与工业时代战争目的的有限性不同。不仅在有限的程度上有区别，而且本质上也有区别。在工业时代的战争中，尤其是局部战争中，虽然战争目的也具有有限性的特征，但是，这主要是受客观条件的制约，战争实施者没有能力发动更大规模的战争，或受外部条件限制而不能进行更大规模的战争。而在未来信息化战争中，战争目的的有限性则主要是战争发动者为了某种目的主观上有计划、有步骤进行控制的结果。
三.战争手段信息化
在工业时代，进行战争的手段主要是飞机、舰艇、坦克、火炮、导弹等硬杀伤武器装备，虽然它们也含有电子信息技术的成分，但其含量并不高。而信息时代的战争手段，则在此基础上发生了质的飞跃，战争手段不再仅仅是钢铁庞然大物，而是精巧的智能化武器和设备。工业时代所进行的机械化战争，强调的是火力的运用，需要的是钢铁，而信息时代进行的战争，则十分注重于打击对方的信息设施，强调的是信息的控制，需要的是硅片。
1.作战平台的信息化程度大大提高
未来战争将是一场信息的较量，要求武器平台的信息化程度大大增强，以适应战争的需要。信息化作战平台不仅装备有多种信息传感设备，以便探测敌方目标，为实施精确的火力打击提供目标信息，而且还有足够的计算机系统及联网能力，能为各种作战行动及时而有效地提供辅助信息。信息化作战平台除了能充分地利用已方和敌方的信息外，还有侦信息战期 察、干扰、欺骗的功能，有不使敌方利用已方信息的能力。
2.智能型精确制导弹药将普遍应用
目前，国外大量装备的精确制导弹药大都属于第三代，存在着一定的缺陷。比如：反坦克导弹需要人员在近距内操纵才能命中目标；空空导弹采用的是半主动雷达制导，需要机载雷达连续跟踪照射。而未来的精确制导弹药将实现智能化，即：武器系统具有自主能力，能自动完成对目标的探测、分析、攻击和评估。从发射制导体制来看，将采用惯性＋雷达主动末制导技术，具有“发射后不管”、自主识别和遂行多目标攻击任务的能力。
3.电子计算机成为重要的软杀伤武器
电子计算机具有特殊的作用和机理，它是在计算机网络上进行战争、争夺制信息权的主要工具。在未来信息化战争中，只需敲击计算机键盘就可能达到攻击对方军事枢纽、破坏经济命脉等多种目的。虚拟现实技术的发展，使计算机这种战争工具更具威力。利用计算机生成图像技术将真人图像进行剪接，可以很容易地实施欺骗。比如：“制造”一场“真实”的新闻发布会、首脑会议，甚至一次实际上根本不存在决定性作战，以产生任何所需要的效果，使敌方在视听方面产生错觉，其结果会“超过1000辆坦克的威力”。因此，电子计算机是未来战争中最重要的软杀伤武器。
四.战争空间扩大化
科学技术的发展，极大地扩展了兵力、兵器作战的空间性能，大大提高了对敌人的持续打击能力、快速的信息处理与分发能力，使战场空间形态发生巨大变化。在信息化战争中，战场空间形态进一步发展，交战的纵深更大、领域更多、立体性更强，交战将在全方位进行，没有明确的战线。
1.远战能力提高，战场呈现大纵深信息化
战争中，由于兵力、兵器远距离作战能力空前提高，使战场平面范围扩大，作战向远近交叉的大纵深发展。一是作战侦察距离增大。可以在全球范围内实施全纵深、全面积的侦察与监视；二是武器装备的射程和航程增大。洲际导弹的射程可以打到世界上任何一个地方，战略轰炸机经过空中加油后可以实现环球飞行；三是兵力机动能力提高。能够实现“全球到达”。因此，各国军队将广泛采用大纵深、远距离作战，战场的纵深将会进一步扩大，使前方与后方的界限进一步模糊。
2.兵力部署广泛，战场呈现高立体
工业时代的战争主要在地面、海面、水中和十几公里以下的空中进行，上百公里以外的空间作战只起支援和辅助作用。而在未来的战争中，作战武器装备分布高度拉大，向高度更高、深度更深这两个极端方向发展。航天技术领先的军事大国，很有可能在太空建立理想的空间兵站和天基作战平台；海洋工程技术和新材料技术的发展，使增大下潜深度有着广泛的天地，将把深海战场立体空间向下延伸到一个新深度。
3.电磁斗争激烈，战场呈现全方位
高技术兵器大量充斥战场，导致在时域和空域中又叠加了一个频域，即电磁战场。未来的信息化战争中，电磁空间的利用更加充分和复杂，将充满激烈的电子侦察与反侦察、电子干扰与反干扰、电子制导与反制导、电子摧毁与反摧毁的斗争。电子技术装备所利用的电磁频谱将覆盖从极低频、短波、微波、毫米波、亚毫米波、红外到可见光等全部频谱。而且，电磁空间将全方位地向其他所有空间扩展，并相互渗透，充斥其间。
五.战争实施精确化
由于科学技术的制约，工业化战争具有许多不确定性：敌方的情况不能完全地掌握，敌方的目标不能准确摧毁。而在未来的信息化战争中，将能实时地掌握双方的动态，准确地指挥已方的部队，精确地打击敌方的目标。
1.精确探测，全面、准确地掌握情报
科学技术的发展，使大量先进的侦察、监视、预警、探测装备部署在各个战场空间，其探测方式多、精度高，可以从各自不同的范围和角度对探测目标实施昼夜监视。夜暗等不良天侯不再是障碍，“深挖洞”也不再是有效办法。精确的探测器材可以从不同侧面反映目标的特征，将获取的信息相互印证和补充，从而得到全面、准确的情报。在未来信息化战争中，任何目标都有可能被发现。
2.精确定位，使战争更精确地进行
高技术传感器、高分辨率照相、动态探测仪、热与红外探测仪、夜视等技术，以及用于争夺信息优势斗争的电子对抗技术，为目标的精确定位奠定了坚实的基础。未来的信息化战争中，导航定位卫星和通信卫星将大量使用，飞机、舰船、车辆直至单兵都将装备GPS接收机，能够得到精确的导航与定位信息及可靠的通信联络，了解各自在战场上的确切位置，精度可达1米甚至更高，从而能使战争的进行更加精确。
3.精确指挥，实施精确化的管理与监督
未来战争中，部队将实现数字化、信息化，各级自动化指挥系统形成网络，既能独立使用，又能彼此联结、上下沟通，指挥官既能对各种信息进行处理、分析、判断，又能准确、可靠地下达命令，可以不经过任何多余环节对部队进行精确化的指挥，对战场实施精确化的管理与监督。
4.精确打击，减少不必要的附带损伤
各种精确制导技术的发展，将使各种硬杀伤武器的精度大大提高，表现出难以置信的威力。工业时代，为打击一个关键的目标，必须依靠消耗大量的资源，倾泻成吨的钢铁、实施地毯式轰炸才能达到。而在未来的信息化战争中，由于大量使用精确制导武器，实施精确化的打击，从而能将附带损伤将减至最小。从几千公里以外发射的导弹能从前一枚导弹打通的墙洞中穿过，“斯拉姆”巡航导弹在海湾战争中奇迹般的表现不再是偶然。发现即意味着命中，而命中即意味着摧毁。
六.战争力量一体化
未来战争是一体化的战争，交战空间充斥陆、海、空、天、电各个领域，不分白天与黑夜，不分前方与后方。交战双方将调集精兵强将，使用尖端武器，迅速转入战争状态。此时，将出现军队一体化、军民一体化的局面。
1.军兵种之间的界限将打破
信息化战争中，由于信息技术在战场上广泛应用，使军队具备崭新的指挥、控制、通信和情报能力，将使传统的陆、海、空战场连成一个陆、海、空军都可以驰骋的统一作战空间，保障所有参战部队和参战人员能够在统一的作战意图下实施多军种联合作战，从而极大地促进了军队的纵向和横向联系。这种趋势无疑将对传统的军兵种结构造成根本性的冲击，将促使军兵种合成的迅速发展和范围扩大，打破系统与系统间的界限，形成一个协调一致的整体，最终导致真正的陆、海、空一体化部队的形成。
2.军用与民用技术设备之间的联系将密切
从装备方面看，在工业时代，坦克、飞机、军舰、火炮是完全独立于民用品之外的纯战争工具，而在信息时代，虽然这些钢铁庞然大物依然存在，但更多、更重要的武器装备却是精巧化、智能化的电子信息设备。而这些军事设备大都与民用产品具有部分或全部的兼容性，所以，许多民用产品都可以作为军事装备为军事服务。
从技术方面看，未来战争的科技含量将继续增加。由于科学技术的军民通用性增强，所以，许多军事技术都能找到相通的民用技术。随着军队对信息系统依赖的加深，随着民用信息通信系统在信息化战争设施中比重的不断增大，民用信息技术将越来越体现出军用性。
3.军人与平民之间的差别将缩小
工业时代的战争，军人在前方，平民在后方；军人拿枪打仗，平民做工支援，两者界限分明。而在未来的信息化战争中，战场不分前后方，打仗不分是否拿枪。科学家和工程师不仅可以为军队的信息系统提供维护与防护支持，特别是在计算机病毒防治与对抗、与网络“黑客”的斗争中充分发挥优势，而且可以直接利用军用或民用的通信网络、计算机网络和电视网络，以及各种能产生电磁频谱的器材，施放电磁脉冲、注入计算机病毒、编造各种假图像和假信息，干扰、破坏敌人的电磁频谱输入、输出系统，单独或综合地、直接或间接地实施信息战。
总之，未来的信息化战争将令人耳目一新，今天的幻想即将变成明天的现实。新军事革命正剧烈地冲击着世界各国，冲击着军事领域的方方面面。战争形态必将发生革命性变化。
posted @ 2006-08-01 17:41
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编辑 收藏总结仿真技术在海湾战争中应用的经验, 世界各军事大国对仿真技术的发展更加重视.尤其是美国,更加强了这方面的组织领导,新组建了国防建模与仿真办公室,提出了新的建模与仿真的投资战略.一些高新技术的出现, 使得仿真技术有了新的发展,并首先应用于军事领域.
1.多媒体仿真技术
多媒体仿真属于感受计算的一种, 试图通过将仿真所产生的信息和数据转变成为被感受的场景、图示和过程,以辅助人们进行决策.它充分利用文本、图形、图片、二维／三维动画、影像和声音等多媒体手段,将可视化、临场感、交互、 引导结合到一起来产生一种沉浸感,使人的感官和思维进入仿真回路.多媒体仿真技术充分地利用视觉和听觉媒体的处理和合成技术,将表达模型信息的各种媒体集成在一起,提供了模型信息表达的有力工具,将模型的属性、状态和行为从抽象空间转移到视觉和听觉空间.它所提供的临场体验扩大了可视仿真的范围,允许将实景图象与虚拟景象相结合来产生"半虚拟"环境,更强调具体的仿真应用背景.
我国的多媒体仿真技术正处于起步和发展时期,取得了一些理论与软件成果.目前多媒体仿真方法正逐步走向成熟,并且得到初步应用."九五"期间, 多媒体仿真技术将朝着分布、开放和智能的方向发展.
(1)多媒体仿真方法
在多媒体仿真中,媒体与对象从建模到仿真的全过程中始终是密不可分的,对象建模包括其相应的多媒体描述.建模仿真过程建立在多媒体技术的基础上,使用多媒体技术从统一的角度对各种媒体(包括数值)的信息进行空间和时间的安排. 具有多媒体属性的仿真对象模型在一定仿真机制驱动下运行时, 自然会表现出其固有的或虚拟的媒体特征,勿需对仿真结果数据进行图形转换或再现(可视化).
多媒体仿真遵循建模—仿真—表现(MPS)一体化的方法论.建模者可以根据自己对实际系统中形形色色、多姿多彩的实体对象及其变化规律的观察自然地刻画实体模型,即是说,多媒体仿真模型是数学／逻辑模型(MLM)、仿真执行模型(SEM)、表现与交互模型(PIM)三位一体的.
多媒体对象MO是面向对象的多媒体仿真的基本模型单元,是可以具有属性、 行
为和单元时钟的最小建模单位.MO中有四种变换函数:
①状态转换函数δs(s,e)
δs仅引起状态变量V的变化,相位不发生变化.
②相位转换函数δs(Phase,c)
引起相位的变化,一般情况下由一系列的状态变化而导致.相位变化可以看成是在瞬间完成的,完成相变的动作又称事件.
③事件输出函数λ
用于在不同的相位中发送事件消息给其它对象, 所有消息的发送必须在相变之前完成.
④媒体转换函数δπ(s,e)
δπ是多媒体对象的特有函数, 用于将对象从数值状态空间映射到视频和音频空间.在δπ中,对象状态／相位变化伴随着其多媒体属性的变化, 使各种媒体在模型的基础上得以集成.每一多媒体对象按其固有的逻辑,"自主"地完成其生命周期. 各对象自主活动之间的协调,通过信息传递来实现.
虽然多媒体仿真要用到多媒体技术, 但它不是仿真技术与多媒体技术的简单结
合.多媒体仿真研究方法有其自身的特点.
a.对象模型属性的多媒体化.建模者在对实体对象的量化属性(参数和状态) 进行定义和描述时,还要对其多媒体属性进行定义和描述.
b.仿真模型的二重性.多媒体仿真模型具有系统模型和表现模型的二重性,仿真运行时它将分别生成由实体的状态、事件、活动、进程组成的抽象空间和由文本、图形、影像、声音组成的多媒体形象空间.
c.抽象时空与形象时空的一致性. 多媒体仿真中的抽象时空和形象时空具有一一对应的映射关系.
d.人的感官和思维活动进入仿真回路中. 用户可在形象时空中获得生动的感官体验,或者说人的感官和思维活动进入了仿真回路.
多媒体仿真技术无论从经济技术的可行性,还是效费比上看;无论是从近期应用
的迫切性,还是从远期应用的潜力来讲,都是我国发展和应用虚拟仿真技术的现实途
径.
(2)虚拟现实技术与仿真
虚拟现实技术是一种高度逼真地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的人机界面技术.它使仿真系统的人机交互方式虚拟化,人可以通过形体动作与其它仿真实体交互并产生沉浸感,从而使人真正成为仿真回路中的一部分.虚拟现实技术具有"沉浸"和"交互"两种基本特性."沉浸" 特性要求计算机所创造的三维虚拟环境能使"参与者"获得全身心置于虚拟世界的真实体验."交互" 特性则要求参与者能通过使用专用设备, 以自然的方式对虚拟环境中的实体进行交互考察、通讯和操作.一个基本的虚拟现实系统包括一套三维图像显示设备、一套三维交互设备以及存储和处理物理模型的主计算机. 虚拟现实技术的主要技术成分是由人工智能、计算机图形学、人机接口技术、传感器技术以及高度并行的实时计算技术等有机结合在一起构成的.
随着国外虚拟现实技术的蓬勃发展, 以及虚拟现实技术在分布交互仿真中的成功应用,虚拟仿真的概念及其应用已成为国内仿真界的热门话题.虚拟仿真与多媒体仿真相比,其先进性集中体现在图形处理设备、传感设备、软件开发工具的先进性上,以及"人在回路中"的仿真方法上. 多媒体仿真可为虚拟仿真提供必要的理论方法基础和技术储备.
虚拟现实技术的发展起源于航天部门和国防部门,所以,首先应用到了军事领域.这方面的典型应用是C3I系统.C3I系统在情报侦察、网络信息通信、信息处理、电子地图、电子沙盘、战场态势显示、作战方案选优、 战果评估等方面均大量采用了多媒体技术.其次是作战仿真训练.海湾战争中,由于战争是突发的,战斗人员无法预先到达战场熟悉地形环境.于是就利用虚拟现实技术模拟未来战场环境,使士兵有亲身体验;美军作战仿真网SIMNET是一个分布式广域网多媒体仿真系统.它分布在美国和德国的11个城市,具有约260个地面装甲车辆仿真器和飞行模拟器、通讯网络、指挥所和数据处理设备等互联网络,构成一个大规模的虚拟军事演习环境,可以训练多兵种多层次的军事人员和团组,也可对武器系统的性能进行研究和评估.
美海军战斗舰队战术训练(BFTT)系统也是能产生虚拟现实的系统. 其核心是舰载系统,它把宙斯盾作战训练系统(ACTS)、LHD级舰上的作战测试系统(CSTS)、新威胁升级舰上的增强雷达环境仿真系统(ERESS)和具有反潜战能力舰艇上的AN ／SQQ-89ASW舰载训练器连在局域网上,在特定战区、港内或航行途中提供逼真的、单一或多种舰船人员训练.BFTT 设备安装在弗吉尼亚洲达姆内克和加里弗尼亚洲圣迭哥的舰队作战训练中心.
2、分布式交互仿真
在SIMNET基础上发展起来的分布式交互仿真(DIS)技术,是通过局域网和广域网把分散在不同地点的软硬件设备及有关人员联系起来, 并在人工合成的多武器平台的"电子环境"中,形成一个在时间和空间上互相耦合的、 同时共享一个综合虚拟作战环境而进行体系对抗的仿真.它具有临场感和交互作用的虚拟作战环境,进行封闭式的军事演习和训练,实现对新技术和新概念的验证、评估.
(1)DIS的组成与特点
从系统的物理构成来看,DIS系统是由仿真器和计算机网络组成的. 从组成单元的性质上看,DIS系统由以下三类结点组成:
a.虚拟的(Virtual)—包括各种类型的仿真器和计算机生成的兵力;
b.构造的(Constructive)—包括高层集结模型、模拟军事演习(Wargames)和一些分析模型;
c.实在的(Substantive／Live) —包括实际靶场和各种真实武器系统及仪表显示系统.
前两种都是采用仿真手段,后一种是接入真实武器平台.但这也不是绝对的, 其实,三种类型常常相互交织在一起.
从DIS的名称上就可以看出其系统的特点:分布性,交互性和仿真性.
①分布性—用局域网、广域网将地理位置上分布的各仿真结点联结起来, 以实现共享一个综合环境;DIS系统在功能和计算机能力上也是分布的, 系统中没有中央计算机,各仿真结点的地位是平等的;DIS的各仿真结点具有自治性,仿真结点即可以联网交互地运行,也可以独立运行各自的仿真功能.
②交互性—DIS的交互性不仅包括各结点内部的人机交互、进程交互、 各仿真结点之间通过信息交流而进行的交互作用,还包括各武器平台(飞机、舰船、导弹、坦克等)之间、武器平台与各种环境(地形面貌、大气、海洋)之间的交互作用.其中任何一个元素的变化和动作都将对其它元素产生影响; 这种交互性对于平台级的DIS系统还具有实时性.
③仿真性—仿真性表现为:可控性(时间比例尺与模型试验条件);高效和经济性;安全、无破坏性、可多次重复对部队进行训练.在以下三个方面进行仿真:a. 体系结构(软件、数据／数据库方法论及通信和网络的接口);b.环境表示(地形、天气、大气、空间、海洋及其它);c.计算机产生的部队(系统表示、人的行为和它们的交互作用).
(2)分布交互仿真的关键技术
a.网络结构
计算机网络是DIS的基础,也是最重要的支持.DIS通过网络把处在不同地点、不同层次的局中人及其相关的软硬件设备联系在一起交互地进行仿真, 联在网上的各单武器平台仿真器之间要进行大量的数据信息传输.由于DIS环境是由灵境技术实现的, 要求网络能实时地传输数据信息包,信息包携带"时戳"技术.
DIS网络结构一般采用多个局域网、广域网互联结构.网络采用光纤通讯, 具有抗干扰、抗截获能力,信息容量大,传输效率高.
b.人机界面
DIS要把处在不同地点、 不同层次的局中人及其相关的软硬件设备联系在一起交互地进行仿真,必须有一个友好的人机界面.为此,要采用虚拟现实技术.多媒体则是虚拟现实技术的关键.
c.时空一致性技术
构造时空一致的仿真环境是DIS的基础.时空一致的仿真环境能使仿真人员及各种仿真实体,如坦克、飞机、导弹、潜艇、舰船等,在这种环境中进行类似于现实世界的交互活动.当仿真结点存在严重的时空不一致时,就会影响仿真效果, 甚至造成仿真失败.所以时空的一致性也是DIS系统成功的关键技术.
d.运行管理技术
DIS系统中涉及大量的仿真结点,为了更好地使各结点在时空一致的仿真环境中运行,必须对仿真结点的运行过程(初始化、启动、暂停、中止)进行管理、协调和调度.
e.虚拟环境技术
为了保证仿真的真实性,需要生成虚拟的战场环境.这是构造时空一致的逼真的仿真环境不可缺的.
(3)分布式交互仿真在军事上的应用
DIS作为一项新兴的仿真技术,倍受军界人士的重视.美军在SIMNET 计划的基础上发展了异构型网络互联的分布交互仿真,到90年代又提出研制第一个实用的DIS系统—近代战术训练器(CCTT)计划和用于武器系统研制的战场分布仿真研制(BDS- D)计划.我国也研制出了分布式舰载C3I训练仿真模拟系统,航天总公司二部和二０四所等单位合作开发了一个在由局域网连接的三台SGI工作站上进行红、蓝、白三方的攻防对抗仿真系统,三方分别建立各自的模型,通过网络进行数据交换, 仿真过程中可随时进行人机交互.
分布交互仿真在军事上主要有下述三种用途:
①军事训练
它能根据战场环境和作战想定,设置多种典型战场环境、作战背景、战场态势;进行包括部分野战演习在内的半仿真机半实物的训练工具,并具有重演功能. 所设置的典型合成环境,具有适当的分辨率、保真度和用户友好性,进行全交互作用. 对不同层次上担负各自职能的决策群体,有利于检验其作战条令和战术,合理地确定军队结构,可避免人员伤亡,减少武器装备耗损,节省大量费用;DIS 仿真不受地域限制,可让众多的军事单位参与到模拟作战环境中,具有动态的、分布式交互作用. 可进行策略和计划的实验,可检验策略和计划的缺陷,可预测策略和计划的效果、评估武器系统的性能.
②作战研究
作战研究的应用倾向于用较少的实体仿真器,多次进行同样的演习,获得有效的统计数据.它是以新的、不同型号的实体完成作战研究实验,经常包括理论上正在进行战场有效性分析实验的新武器型号.
③大规模仿真
表现为大规模军事对抗演习,有利于部队训练和保持良好的战备状态.它可以分为计算机对抗模拟、平台／武器系统仿真模拟(Man-In-Loop Simulation,即人在回路中的仿真)和带测量装置的对抗演习(Hard-Ware-In-Loop Simulation, 即半实物仿真).这三种仿真方法即可单独使用,也可任选两种或三种结合使用.
分布式交互仿真虽不能完全取代传统的军队训练和实战演习, 不能完全取代武器装备的试验,但是,分布式交互仿真已经在武器装备研究和军事训练的方法上引起一场革命,是军事应用的重要发展方向.它所创造的分布式仿真环境是用于攻防对抗研究的理想仿真环境,比单处理机组成仿真环境效率高.比紧耦合并行机组成的仿真环境更灵活,是作战研究和部队训练最省时、省钱、安全可靠的途径.今后DIS 技术必将被HLA技术所取代.
近年来,国际上正以综合仿真环境为发展重点,建造多种复杂的、大型的仿真试验设施,并组成仿真试验网.我们也应充分认识加快发展仿真技术的必要性与迫切性,着手考虑和规划我国综合仿真环境的建设.当务之急是建造一个用于攻防对抗的、含有灵境技术的、多武器平台综合仿真应用系统.
posted @ 2006-08-01 17:40
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摘 要：本文对虚拟现实和可视仿真在军用和商用领域的前景作了预测，对仿真可视系统的潜力和技术作了进一步探讨。文中详细论述了仿真界目前的现状、军用仿真技术的进展、仿真市场的变化、仿真器件的应用开发等问题。
关键词：虚拟现实 仿真技术 军事仿真--------------------------------------------------------------------------------
1 寻求平衡
当今，激动人心的技术进步为军队提供了一个令人鼓舞的前景。军队在和平时期的主要作用是训练士兵，提高他们的作战能力，保持所要求的竞技水平。随着作战平台和武器对高技术的更大依赖，仿真技术的应用前景也更加看好。这是一个由技术引导的市场，但这个由军队推动的市场还必须在与工业推动的技术之间找到平衡。
在任何一个需求与技术共同增长的市场，工业界都可能沿用过去的习惯，而不是按未来的可能性来看待这些机遇。这些技术没有历史上的先例，因为它们主要的发展领域是计算、联网和可视系统。
各仿真技术公司应该开辟的市场是技术使军队的训练能力有所增长，使操作训练更加方便。未来最大的潜力可能存在于那些尚未使用模拟训练设备或设备或保持较新的领域。在这些领域，习惯上还把真实设备用于训练。而今天的仿真技术抛弃了用“真实武器”训练的方法，并能用模拟的环境进行实际训练。
经费和环境的限制迫使军队改变思路，但军队对仿真技术及其潜在优势的认识比起我们的期望还差得很远。部份原因是当今军队的高级将领们从未用仿真器的现代标准接受训练。
人们对老一代仿真器曾许诺太多，又常常不能兑现，这引起一代军界领导的批评，说他们看到的是对仿真技术的“过度吹嘘”，他们经常看到的不是在模拟的和真实的设备上进行预期的混合训练，而是除了继续使用真实设备外别无选择。这种情况只能慢慢来克服。用长远的眼光看，未来还是令人鼓舞的，因为技术在不断进步而且有希望的一代年轻军人正在成长，他们伴随计算机游戏一起长大，希望仿真训练成为军人生活的必要内容。当这一代人成长为军官时，这个愿望一定能够实现。
1.1 目前仿真界状况
虽然军事仿真世界是潜在的大市场之一，但目前的情况还是不太景气。起主要作用的因素有以下三个：
第一，对仿真优势的认识落后于期望值。各军种中懂得现代仿真技术及其潜力的专业训练人员不足，因此，仿真自身对军队用户的说服力通常是基于过去的能力，而不是未来的能力。主管部门只能小心谨慎地提出应该减少战舰、飞机和AFV的训练活动，应该用模拟的设备作部分替代。最终，因技术和能力的快速发展，费效比分析更加困难。
第二，军费削减和未来威胁的不确定性使军事训练市场产生一股隋性。许多指挥人员不清楚应该针对哪种威胁来训练。他们宁可用传统威胁来训练，也不愿去寻找花样更多的训练方法。同时，政府也在追求“和平红利”。应该说，缺乏清晰的威胁对仿真是有利的，因为它的训练能力是针对世界范围的各种各样的情况。要求他们对军事训练的态度发生改变还需要相当长一段时间，虽然压力已经接踵而至。
第三，在一些国家，对仿真与在使用中的真实武器比较，人们仍持怀疑态度。仿真技术某些显而易见的复杂性可能会引起一些技术上或维修上的困难。一些主要武器系统的主承包商会在这些困难上做文章，以便有利于他们销售更多的设备。仿真设备制造商有责任增加更多的用户友好界面，尽可能地减少专门维修。还应指出，使用配合训练用的程序，减少磨损和事故，延长主要设备的寿命，对模拟设备和真实设备都有好处。
1.2 前景
同样，有三个重大变化的迹象。仿真的传统用户已经用它对其作战人员进行复杂设备(如舰船、飞机、AFV及其武器)训练。但是，其他军事系统日益增长的复杂性已经导致更多的设备需要仿真技术来训练。这种趋势将持续下去。
环境和经费的压力使一些重要的军事演习再也不可能像过去那样进行了，至少，有效地进行训练要困难多了。因此，为了提高训练和军事演习的复杂性和水平，把模拟设备联成网络，不仅它们互相连接，而且与真实设备连接，这样做很有意义。现在仿真能够对多数设备和情景进行费效合理的训练，范围从例行训练到最复杂的训练，包括两军作战态势。不仅训练士兵，也训练指挥官。
最终，人们会逐渐接受这一认识，即仿真不仅用来训练作战人员和指挥官，还可用于威胁评估、战术和对抗措施研究。正如研究和战术分析那样，用仿真进行维修训练也变得日益重要。
总之，工业界仍须使军事部门确信，全心全意采用仿真技术在将来会受益无穷。这个长远的未来对工业界有利，但涉及目前的主要设备和军方对训练的态度而言，还必须克服一些短期障碍。该技术从逻辑上讲是行得通的，在未来训练中其费效比的优势也不可否认。重点强调的还是计划周密的成套训练设备。把最好的训练部件综合起来，既有模拟设备，也有真实设备。
1.3 采购和训练预算
当然，年度防御费用的一部份专用于应付采购变化。按整体平均值，采购费用占防御预算的20％比较合理。1994年，NATO的平均值为175％，但这些富裕国家把大量的钱花在人头费上(特别是工资)，因此，有人期望亚洲国家会花更多钱来购买设备。
为了估计每个国家的训练设备预算，我们对采购预算采用一个系数。根据我们的经验和以往的估计，把它定在15％至5％之间。如果我们对一个国家的估计比例为1，那么其军队的训练设备就很充足。以我们的眼光看，一个国家在训练上不太严格的话，那么它对设备的采购不会超过最基本的需要。
1.4 训练设备预算的分配
每个国家的海、陆、空三军都会为自己争夺预算经费。有些情况下，“共和国卫士”和其他精锐部队也声明要相当份额的经费。从各个国家年复一年的情况看，竞争的成败有变化，但总的来看，在主要的军种之间严格用于购买设备的经费可能按如下比例分配：
A空军40％
B海军35％
C陆军25％
如果只有两个军种的话(空军和陆军)，经费的划分可能是60％比40％。我们希望来年陆军的经费比例有所增加，因为仿真的前景得到了更广泛的认同。
由此，我们估计目前世界年度训练设备的花费是：
A空军2023亿
B海军177亿
C陆军1264亿
1.5 仿真现状
现有的技术能力表明仿真作为有价值的训练设备使投资得到极大的回报。比较一下现场演习训练的花费和发射昂贵的导弹及其他武器等更难以接受的花费，仿真器是保持作战效率的最可行的选择。一架Chinook直升飞机作业一小时的花费估计是7500美元，而仿真器提供的同样过程其花费不到200美元。使用仿真器节省的钱远远超过军用硬件的操作费用。仿真还允许各军种进行那些因安全或环境原因所禁止的训练。
至于步兵训练，不可能在现有技术水平的虚拟仿真上进行，唯一的训练方法是在野外。但是另一方面，按照武器效果仿真概念，用硬件动作仿真提供了费效合理的解决办法，因为直接发射各种火炮都是用激光和无线电技术解决的。这样的系统能够提供整编集团军训练，并能与坦克、反坦克和飞机训练模拟器综合。
由于三军共同致力于一个综合的训练原则(使所投资金能够用仿真器代替真实武器的“现场”训练)，这种潜在能力已经全部实现。这提醒我们，防御预算中许多传统训练的经费将自然而然地发生改变，而仿真器在整个训练预算中的份额会日益增长。训练设备预算的前提正在改变，重心正逐步转向合成环境和仿真。
1.6 下一个10年
防御政策不能脱离民主气氛中的政治方针。国防部领导们需要一种威胁(或各种威胁)，以便他们及其部下们能对这些威胁加以分析、评估并制定防御计划。对于富裕的NATO国家来说，主要的威胁似乎已经消失或已经减少，而且大范围的削减军费已经开始。只是较弱的几个NATO盟国还没有削减。例如英国，已经退役了四条新的常规潜艇。这四条艇估计至少花费了纳税者们15亿美元。这里所指的训练是，如果形势所迫的话，部队能够井然有序地到达遥远的目的地，并有能力进行战斗。“任务排演”对主要大国的三军来说变得更加重要。
训练系统何去何从?回答是肯定的：训练系统的需求会持续增长。有种非官方的评论好像说，因为平台数量减少，致使仿真器的灵巧度和使用率都在增长。在不远的将来，欧洲的飞机会急剧减少实际的低空飞行训练，少数高消费的护卫舰也会减少出海次数。这个说法对生产训练辅助设备的厂商是个好消息。如果市场的开发还没有达到应有的规模，训练系统在未来几年内稳定地增长是完全可能的。
许多国家削减防御经费将引起现有的飞机、舰船和陆军设备延长服役期(由于经费有限)，在这期间，根本不可能更换设备。相反，为了获得航空电子技术进步所带来的效益，提高作战能力，这些设备可能会进行周期性更新。因而，相关的仿真器也必将更新。
如果飞机的服役期要延长很久，则必须采取措施减少机身寿命的疲劳消耗，而这会引起飞行人员减少飞行时间，因为现代飞机的飞行和维护费用昂贵，减少飞行时间会节省费用。但是飞行人员要保持技术熟练，减掉的飞行时间就必须用增加仿真器上的训练时间来弥补。另外，为实际飞行训练找一个足够用的飞行空间也是一个问题。随着训练系统投入使用或即将使用，这种训练可进行250英尺以下低空飞行或亚高速夜间飞行。面对国内老百姓的压力，大量的这类训练将在仿真器上进行。
总而言之，上述的这些因素(要求改进的飞机保持通用性，必需减少飞行时间，在空中进行实际训练日益困难)给各种任务类型的仿真器市场带来一点谨慎的乐观。
1.7 训练系统的进展
当我们还不可能准确预测在研究期间将出现的明显的技术进展的时候，已有一些现象表明了可能发展的方向。可以肯定即将出现极大的技术进步，但是，应用这些高新技术却不必更换仿真和训练设备行业生产的主要产品的形式。最可能出现的趋势是持续发展微型化、小型化产品，这将使产品的类型发生改变。目前仿真行业内主要强调的是生产原尺寸的、动作类型齐全的仿真器，用移动式平台、高级可视系统与之配套，尽可能地逼真。虽然这种价格昂贵的仿真器还在继续生产，但其生产重心可能会逐步转向更小型、更简单、随处一插电源就能使用的设备。许多在目前要用大型的昂贵的仿真器才能达到的训练要求将用不太复杂、便宜得多的训练设备也完全能达到。只是近期一段时间内这一事实还未得到认同。更小更简单的系统将取代仿真器和训练设备日益提高的真实感。这些小系统的设计精确适配整个训练要求的一个或几个方面。然而，对仿真器仍有一个极重要的要求，即保持高度的真实感。大量的研究和设计工作都投入到这方面，任务演练仿真器就是一个恰当的例证。与此相比，仿真器和训练设备将大量增加，其真实感将被简化而不是增强。
日后的重心将逐步放在“单项任务”训练器和仿真器上。当前的趋势是增加PC机完成训练过程的应用范围，这些过程以前由大型的复杂的设备来完成。这种趋势将继续发展，直到PC机对各种水平的受训者来说像笔记本一样熟悉。并不是所有的PC机都用作基于计算机的训练。有的用来驱动生成技术的系统，其技术范围从空中交通管制到射击术，从通信到维修过程。
随着越来越多的训练系统和仿真器在远离训练中心的各地使用，训练和仿真设备行业的分布也相当广大。日益增强的联网技术的应用将为相距遥远的各集团公司提供交互和协作的便利。有些迹象表明，正在研制的仿真和训练设备将采用最近两项基于PC的革新方案，即飞行仿真中的飞行座舱管理和操作过程训练器以及空中作战训练器。这两种模块化训练系统都使用一种简化的、静态的仿制座舱训练台，配上简单的可视系统，都是价格低廉的设备，可用于部队级的就地训练。两种训练系统都用PC机驱动，都可联网以发挥其潜力。当然，关键的因素是低价，但这恰恰又是某些作采购决策的权威们所难以接受的，他们肯定会认为既然价格不贵，东西肯定不好。但是现在，甚至将来，没有一个欧洲国家能买得起太多的“大家伙”，除非那些又贵又复杂的全任务型仿真机有明确的价格优惠。
1.8 市场机遇
新技术为克服经济、环境、人口、保密等方面的局限性提供了解决办法。同时，仿真器训练把重点放在单项技术训练上，如飞行员飞行训练。应用通信和计算机技术实现团体训练演习是有可能的，这将为仿真行业的未来展开新的前景。团体训练是一个诱人的提议，是用户们提出来的。将来用户们可用它进行大量训练，而在以前只能动用实际兵力进行实况演习。模拟训练将取代实况演习，即使不比实况演习质量更好，至少与之相等，因为模拟训练的灵活性、易改性和记录功能使之可以留下大量资料供分析，而这一点在实况演习中是不容易做到的。因此，国防工业有理由期望军队花大量钱来最大限度地用仿真器进行室内训练。
过去，把仿真器与武器平台或武器综合起来是很困难的，因为有物理的局限和系统完整性限制。随着技术的进步和发展，机会再次到来。把仿真综合或附加到真实武器上，可减少对专用单独训练系统的投资。在真实武器平台上或设备上应用仿真技术的设想一定会受到用户的欢迎，因为用户的角度是要求最大限度地训练逼真度。也会受到政治家们的欢迎，他们的角度是要求最低限度的投资，最低限度的花销。
最后要指出的是，可让军队通过广泛使用计算机模拟和仿真来评估用以对抗可察觉的世界威胁的未来武器的设计。这种计算机模拟仿真目前是用合成环境概念开发的。合成环境给军队的作战要求和采购过程的完善管理带来希望。按照计算机模拟的层次，可估计新的设计方案，针对已知的威胁和可能的威胁作出最佳的、取胜的决策，这些特点将被设计在未来的几代武器中。这也使军队购买的武器设备在投入使用前便充分地得到了性能评估。一旦投入使用，合成环境能够广泛地用来维持武器设备的效果。这是一个新概念，它引起更多面临防御问题的国家越来越大的兴趣。
1.9 技术
仿真产品及系统在一个公司内的层层合同中有数量极大的重复工程。这些重复是否在各种情况下都有必要很值得怀疑。如果认识到一个生产方案在竞争中的地位，为了保持其技术和产品在竞争中的优势而打算提高其技术水平，这些重复工程能否出现增长极限就更值得怀疑。市场销售必然是设计和维持生产计划的主要动力，制定的生产计划必须全面支持各项目负责单位，以便其所有权能被各有关方面所接受。
各公司提倡的改进生产策略可能是实现重大项目原则的基础，这要基于综合后勤支援(ILS)和全面质量管理的原则，而且要认识到项目在设计、生产及客户／产品支持阶段的运行所增加的潜在价值。如果实施不同策略，其中多数通过改进、维护和支持将成为公司的坚实基础。训练合同(例如全面训练)鉴于受国防部竞争性政策而可能出现的采购变化，对该基础的技术支持的保护，这似乎特别重要。并行工程原理的应用受到大力推荐。这些原理用于公司的工作实践，能够很快获得新的市场概念，满足经营战略的需要，保护和发展事业。
1.10 新技术通常是经济效益和产品演变的基础
我们的注意力应该集中在加强软件工具，降低产品设计费用，提高软件设计效率，以便专家系统的能力在今后有着潜在的竞争优势。
正在开发之中的技术，即日益增长的仿真和相关处理器数据库技术可能会直接用于产品(如FTD)。这一设想引起广大工业界的兴趣，它可以在分析性能和预见其结果的基础上设计各种各样的设备。一个被称为MATE(多飞机训练环境)的ESPRIT计划就是要建造一个教练器来证实这个设想。这类技术有极大的应用市场，并有可能提高对仿真市场各方面产品的鉴别力。
几年以后，某个公司可能会取得多种尚未投入商业应用的技术。市场应该认识到这种潜藏的资源，并决定是否开发它来增加其竞争优势，或让其他公司买下该技术用于它自己的市场，用获得的专利费为正在进行之中的核心技术开发提供资金。丰厚的专利权税可望在难以正常打进的市场中开拓该项技术而获得。
2 虚拟现实
虚拟现实技术将迅速成为二十一世纪的训练工具，但究竟什么是虚拟现实技术?
在一个想象的世界中，实际上任何东西都是可以虚拟的。换句话说，在并不存在于现实世界的虚拟环境中，你可以做任何事情。计算机生成的情景各不相同，从绕木星飞行的卫星、土星光环、虚构的奇幻游戏、直到现实环境中难以出现(除非偶然)的危鼻榭龌蜃髡交肪逞盗范伎墒迪帧?/FONT>
但到底什么是虚拟现实?这是一个类似于“一根皮筋有多长”的问题。词典上对“虚拟”一词的解释是“某事物不是真实的，但出于某种目的可以认为它是真的”。这倒是一个绝好的解释，但它的实际意义到底是什么?
是计算机图形?某些人认为，虚拟现实(VR)不过是可识别物体或者情景的计算机图形显示而已。特别是在三维图形模拟中可用鼠标或操纵杆之类普通计算机外围设备从不同角度观看时尤其如此。
是某种控制器?有人认为虚拟现实就是戴上一顶控制头盔(究竟是什么头盔)，完全投入到一个计算机控制的空间(这空间在哪里)。
是校准?有人认为虚拟现实是从校准显示系统看出去的视界。校准一词来自“共线的”，意指并行线。在光学中，光的并行射线来自无穷，因此，“校准”一词从严格意义上讲是指无限远聚焦。
是触觉传感器?有人认为虚拟现实是指触觉仿真及可视系统。上方照片中(照片略)出示的是一只仪器化手套。掌上和指上有传感器，它的位置显示在右方屏幕上，该处还显示出该手正握着并在使用一个并不存在的扳手。该扳手由计算机的图像生成系统产生，仅在仿真(虚拟)环境中显现。
除了用于游戏和娱乐(外科手术也可能对此感兴趣)之外，用于操纵非现实形体可能还有疑问。但是其原理可以用到实际演习中，这些演习可以用在真实环境中(诸如工程设计和建模)帮助人们熟悉技能和进行训练。
是现实的模拟?另外一些人认为，VR简直就是对真实环境中事件的成功模仿。例如，许多年来，经验丰富的飞行员能够从驾驶一种飞机转换到驾驶另一种飞机，完全是*高度规范并严格校准的飞行模拟器。这些模拟器是美国联邦航空局D级(其他国家同类级)全飞行模拟器，每台价值1500万美元，比实际飞行训练便宜。也就是说，在一长时期内训练一架真实747大型客机的费用是仿真训练的40倍。当你下一次在某航线上飞行时，你的副驾驶员已经可以驾驶飞机作第一次独自飞行。这就是对VR技术的开发利用。任何玩过这种设备的人都会表示赞同说，这就是虚拟现实。
2.1 用于娱乐
设计有活动平台和可视系统的飞行仿真器用在许多娱乐活动中。大量消费者立刻就可经历变化无穷的真实活动和可视情景的感受，这些情景一般都存储在激光盘或胶片中。这些娱乐节目有激流漂筏、高速汽艇、高奖赛马、从航母弹射器发射炮弹，飞行特技表演、驾铁道滑行车、太空飞行、“骑车环游土星光环”、进入地下世界，等等。
2.2 VR诠释
上述对VR的解释那一种是正确的?我认为全都正确。英语是一种生动的语言，对VR强调任何精确解释都是狭隘的，不符合它已经广泛流行应用的情况。
确切地说，虚拟环境是一个人工生成的世界，由人工的景物充斥其中，观察者可通过仿真或计算机技术来使用、控制、或深入到该环境之中。当然，他们最好能了解一些有关原理，因为这很容易产生错误看法，特别是那些对VR一词死钻牛角尖的PR代理们经常认识有误或对其基本原理知之甚少。本文这样三言两语不可能说清VR的各个方面及构成VR的各要素，诸如图像生成、可视显示镜片、运动系统等，把这些加在一起才显现了对现实的模拟。要想更好地了解市场上各种仿真系统的要点、图解和细节，请见“简氏仿真训练系统”和其他这方面论题的出版物。
2.3 控制头盔和头盔显示器
显而易见，可用计算机图形技术生成各种各样的可视情景。我们每天都能从电视机上看到精湛的图形例子。正如我们所见，仪器化手套可以用来进行辅助操作，但怎样才能把图像呈现给操作者呢?虚拟现实系统通常的做法是要求操作者戴个什么东西在头上，也就是一个头盔显示(HMD)系统，有时叫它控制头盔或相当这一类的想象名称，但HMD这个词比较好。HMD的价格按其复杂程度从500美元至100万美元不等。它们用光栅扫描线(像电视屏幕一样)产生图像，其线数从基本系统的200线以下至最昂贵的2000线不等。其重量从40克至数公斤。多数头盔产生彩色显示，少数是单色。有些头盔使双眼看到相同的图像，而有的产生两眼各不相同的图像。这样，两个图像生成通道都可以用起来，产生出真正的立体图像。
2.4 对三维跟踪器的需求
这种HMD能对两眼各产生一种图像。但由于操作者的头是活动的，只好告诉图像生成计算机产生适合头部转向不同角度时的情景。除了一些最基本的系统不随操作者头部转动而变换图像外，其余都要求有三维的头部跟踪系统。一般来说，跟踪传感器包含一个在小接收器模块内的三组合电子线圈，安装在一个立方体罩壳内。该传感器定位于要跟踪的物体。
这些传感器都是无源的，不用外加电压。一个较大的发送器模块紧*旁边，它内含的三个线圈以正确的角度相交，向三维方向发射磁场。磁场的方向形成量测的参考体系。这种跟踪器还有其他用途，比如装在仪器化手套中，以便系统计算机知道操作者的手在三维坐标中的位置。操作者的身体上也可安置几个传感器，从肢体和驱干的活动中可获得更完整的数据，以此作为人体因素研究，也可应用于舞蹈或其他活动的动作研究。
2.5 水平校准或远距离聚焦
在光学系统中，出现在观察者面前的物体的焦距可用透镜和曲光镜之类部件调节。在仿真市场的显示系统中，水平校准是指“远距离聚焦”，焦距通常在10—100米之间，按应用要求而定。在视距内的图像除显示面的图像以外叫做“虚拟图像”。产生远距离聚焦有一个常见而且比较便宜的方法，就是使用透镜和曲光镜。
这些东西可以同全尺寸TV监视屏一起使用。或者把它们小型化，将其小型化的CRT或液晶显示(LCD)安装在早期的头盔显示系统内。显示屏离观察者的眼睛相当近，而虚拟图像则处在所要求的距离，10米、100米，如果需要的话，可无限远。无疑，无限远会引起混乱(这当然能做到，但它是一种光学误差)。
2.6 并排的驾驶座舱
仿真中非校准系统的情景误差是很关键的。仿真中两个驾驶员并排就坐，而两个分离较远的两眼视点则必须能够同步。
出于这个原因，以及强调的远距离聚焦的现实，平行校准是鉴定飞行模拟器是否达到更高的民用管理级别(如美国FAAC级和D级)的一项要求。
远距离聚焦的优点是，当在一个按原尺寸复制的驾驶舱且有一个大的平行校正显示器情况下，使用远距离聚焦时，观察者的头部和眼睛可在一定范围内运动，在这个范围内图像不会改变。相反，在直接投影系统中，屏幕焦点距离相对较近(小于5米)，当头部从计算好的视点移开时，景象出现误差。随着离计算的视点越远，误差逐渐变大。平行校准监控器相当便宜，并可同时用来一起产生观察所要求的视野。
2.7 跨座舱平行校准(CCC)显示系统
这是一种可视显示系统，用户可看到连贯的、无间隙的、远距离视野的外部世界。这种效果是用背面投影显示器获得的，将它反射到一个大的平面调准镜中。操作者看见的是镜中的图像，而不是原来背面投影的情景。这些系统的视野一般有三部15040°投影仪，多数投影仪在水平位置大约180°，其焦距级别一般为30—100米数量级，用一个大面积的反射镜获得。该镜面在垂直方向上有一点小的弧度，安装在操作者前方3—4米处。镜面可以安装在玻璃或柔性塑料上，一般是用聚酯树酯。远距离聚焦与开阔的水平视野相结合，避免了那种使用常规屏幕或穹顶屏幕的显示系统中出现的视角畸变。最早的CCC系统是播放式(现在是TT＆S)广角平行显示设备(WIDE)系列，用塑料镜面。后来是林克－迈尔式(现在也用TT＆S)高级广角反射显示系统(AWARDS)，用玻璃镜面。CCC系统市场包括TT＆S后继系统以及WIDE和AWARDS(TT＆SSPACE可视系统的一部分)。
2.8 立体显示系统
有些显示系统，特别是HMD，有两个完全独立的视觉通道，因此能够在操作者双眼呈现各不相同的图像。真实环境中物体的距离越近，眼睛的聚角越集中，每只眼睛看到的景物差别越大。这些不同景物可用CGI计算机计算出来，并向各眼呈现相应的图像。值得注意的是，立体效果虽好，但在显示系统中过度的立体镜头(比如用于勘查和智能测试的三维图形解说)会引起方向迷失和头痛，或所谓“仿真器病”之类症状。出于同样理由，还很重要的一点是，对左、右眼每个图像的设置在垂直平面上不能有差异或焦点不同。你可在短时显像期间消掉很多差错，但长时间应用中就做不到。
2.9 时序光阀系统
有些系统*有常规显示屏或TV监控器的系统产生立体视觉，但是通过光阀机械依次向双眼呈现图像的目镜会受到磨损。投影图像或TV图像随目镜光阀速率有顺序地切换，因此当光阀对相应的眼睛打开时，屏幕上就出现正确的立体图像。这就使这种目镜比普通自含式头盔显示器轻得多。极化滤波器也可用来代替光阀。顺便说一句，光阀开关系统也可用大多数自含式HMD将小型的单色CRT或LCD转换成彩色显示器。在这种情况下，在小型屏幕和操作者的眼睛之间顺序地使用红、绿、蓝三种滤波器，情景的图像产生了，其亮度适合三种颜色之一，显示在单色屏幕上。每一幅三色图像依次递进，彩色滤波器也顺序插入，这样，经三次扫描后，产生了全彩色图像，这一过程进行得很快，操作者察觉不到。
2.10 距离估计
距离估计在大约九米以上就不依*立体效果(两眼有不同图像的情景中)，但要*大脑对所熟悉的可视标记的反应。这是指你驾驶车辆时所感觉的建筑物或其他物体的大小，或飞行时感觉到房屋或树木的大小。
2.11 大脑的三维判断
当然，在远距离没有眼睛收敛角度，大脑仍可以判断运动中的三维图像。特别是当图像的质量很高，物体相互地作相对运动，致使它们的配景变化速率与不同距离的其他物体形成很大反差时尤其如此(参考资料，英国DRAFamborough1980年报告，有关飞行参考请见E—O传感器和伦敦皇家航空学会的各种文献)。这种效果不要求每只眼各有不同的景物配景。当你看一辆火车以正确角度向前方开去时，或看到TV画面按正确的视点显示动态景物时(通常在屏面对角线距离)，可能会有这种体验。确实，曾经有过独眼飞行员(我声明，不是目前航线上的驾驶员)，但没见几个独眼的熟练缝纫女工。
2.12 仿真器提示系统
上述因素说明了为什么非立体显示系统还挺受欢迎，想想TV和照像机就知道了。确实偶尔也有立体TV或立体电影的奇想，但迄今为止这些东西都不持久。即使物体距离在9米以内(30英尺)，你可能还是有焦距误差，除非被仿真的物体距离很近，而且你动作起来就像就穿针引线一样手眼协调，或像用扳手固紧或旋松螺帽一样灵巧。
到头来，“仿真器病”的症状大有增长，因大视角、动态可视景物以丰富的情景细节长时间地呈现给操作者，又没有有关活动的常规动作提示，一段时间以后，潜意识察觉到“提示不匹配”这个问题，并向大脑的意识层发送求救信号，接着身体有了不舒服的感觉，甚至出现迷失方向、眩晕呕吐的症状。娱乐界的应用自然比不上那怕是D级飞行仿真器那样精确的提示。在娱乐界应用中的动作提示常见是较粗糙的，强调效果，不要求精确。这可能关系不大，因为显像时间一般很短，而操作者可能期望(甚至乐于)经历被抛甩颠荡和一点运动眩晕的感觉。不然，为什么那么多人花钱去骑旋转马?
2.13 可视系统控制
操纵杆、鼠标、踏板或开关可用来帮助操作者置身于三维情景中。操作者并没有动，只是计算机生成的景物在动。比如，把开关向前推就使景物向前动，向后拉景物就后退。开关和按钮还有其他作用，例如打开假想的(虚拟的)房间或建筑物的门，用在军事或游戏上时，一个开关或触发器可用来模拟武器发射。
仿真中可使用真实的控制开关，即复制的控制开关物理上是真实的，并被连接到仿真计算机上，按照对它们的实际操作来调整显示器中的虚拟环境。这些开关包括手柄、方向盘、调节阀、操纵杆和踏板。把方向盘向左转会引起CGI计算机把图像转向操作者显示器的左边，向后拉飞行操纵杆，会引起显示器指示机头上仰到一定倾斜度(也叫“翻斤斗”，如果把操纵杆向后拉模拟特技飞行的话)，然而，操作者仍然保持在原来的位置，但他能感受到这种强有力的视界变幻过程。这就是“虚拟现实”的本质所在。
应用这类操控部件，头盔VR仿真可以驾驶假想的车辆、船只、飞机和航天器，即任何可以在CGI系统上显示的东西，从模拟真实运载器到星球大战或与恐龙搏斗。正如我们所见，这类操控部件不必有物理外形，一双仪器化手套就可用来进行仿真(虚拟)控制，其效果与仿制的真实操控部件一样(可能精度差一点)。
2.14 其他训练功能
仿真中可用物理目标，也可用驾驶舱操控部件、仪器化手套和体位传感器。它们都有特殊的仪器与仿真功能匹配，这包括步枪、手枪、飞机、车辆和摩托。
3 总结
本文对探测仿真可视系统的潜力和技术作了一次小小的尝试。较深入的技术细节在“简氏仿真和训练系统”下列章节开头部份的“指导”页中，这些章节是：图像生成、直观显示和虚拟现实、动作提示、战术交战仿真和航空系统。
虚拟现实和可视仿真是一个发展中的领域，对它的深入理解会有助于读者分清什么是做得到的，什么是做不到的，什么是必要的，什么是不必要的。并使读者在读更多虚拟现实与仿真技术文章时有了一定的理解力。
posted @ 2006-08-01 17:34
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摘要:创建联盟执行是一个联盟执行生命周期的开始阶段,该文详细分析了符合IEEE1516 规范的HLA/ RTI 创建联盟执行的全过程,包括FDD 内容分析、XML 文档的解析、联盟静态数据结构的建立等,阐述了在设计和实现RTI 时可能选择的策略,给出了RTI 实现中的选择依据和具体做法。
关键词:高层体系结构;文档数据;扩展标记语言;联盟执行
1 引言
高层体系结构(High Level Architecture ,HLA) 已于2000 年9 月被IEEE 确定为1516 标准,成为国际分布仿真的通用标准。仿真运行支撑环境(Runtime Infrastructure ,RTI) 是HLA 的软件实现。创建联盟执行是一个联盟执行生命周期的开始阶段,这个阶段主要负责该联盟执行静态数据结构的建立与动态数据结构的初始化,静态数据结构主要是RTI 通过读取联盟对象模型文档数据( FOM
document Data , FDD) 来生成。
这些数据结构的建立情况将直接影响到整个联盟执行的效率。同时,由于IEEE1516 标准[1 ] (HLA1516) 与美国国防部1.3 版本[2 ] (HLA1. 3) 之间的差异,相应的RTI 创建联盟执行处理过程也有所不同。
2 RTI 创建联盟执行过程分析
联盟执行的创建是由联盟成员向RTI 发出创建联盟(createFederationExecution() ) 请求来激活,发起盟员可以是基于管理对象模型(MOM) 的管理盟员,也可以是担负创建任务的普通盟员[3 ] 。发起盟员在创建请求中向RTI 提供欲创建联盟执行名字及该联盟执行所使用的FDD 文件标识,RTI 读取该FDD 文件,根据其内容来创建联盟执行,生成相关数据结构。由于XML 的开放性、自描述性及近年来在各行业数据交换中的广泛运用,基于HLA1516 的对象模型模板OMT(包括联盟对象模型FOM和仿真对象模型SOM) 采用XML 来描述其数据交换格式(Data Interchange Format ,DIF) ,使用文档类型声明(
document Type Declaration ,DTD) 来指定文档的语法、结构和格式[1 ] ,这与基于HLA1. 3 的联盟执行数据(Feder2 ation Execution Data ,FED) 以一组特定的巴柯斯范式(BNF) 来规范定义其DIF 不同,简单而言,FDD 文件表现为格式正规、有效的XML 文档,而FED 文件则是具有指定DIF 的非XML文档。进一步,FDD 与FED 不仅在格式上,而且在包含内容上也有所不同,特别是在有关数据分发管理(DDM) 的内容上
有很大差异[1 ,2 ,4 ,5 ] 。
2. 1 FDD 内容
FDD 即FOM文档包含的数据和信息,它被用来在创建
联盟执行服务中初始化一个新创建的联盟执行。IEEE1516. 1
指出[1 ] ,FDD 至少需要包含以下内容:
1) 对象类结构表
2) 交互类结构表
3) 属性表(传输类型、排序类型、可用维度)
4) 参数表(传输类型、排序类型、可用维度)
5) 维度表
6) 传输类型表
7) 开关表
上述FDD 的基本内容在属性和参数的可用维度、维度表、开关表三个方面与基于HLA1. 3 的FED 不同。其中维度方面的区别是由于HLA1. 3 中DDM(DDM1. 3) 与
HLA1516 中DDM(DDM1516) 的不同导致。单从能体现在FDD与FED 中的区别来看,DDM1516 取消了DDM1. 3 中的路由空间概念,代之以包含所有维度的单一坐标空间[1 ,2 ,4 ,5] ,这样FDD 中不再出现FED 中的路由空间部分(spaces section) ,代之以维度元素(element) ,该元素下包含FOM中用到的所有维度,每个维度作为一个叶子元素出现;与对象类属性、交互类关联的也不再是空间,而直接是可用维度的集合。另外,在维度的定义上,DDM1. 3 中维度为(维度下界,维度上界) 的半开区间,上下界由联盟开发者指定;DDM1516 中的维度是个(0 , 维度上
界) 的半开区间,其下界固定为0 ,上界由联盟开发者指定。文献[5]指出DDM1. 3 与DDM1516 在描述空间匹配上的能力相同;但相比之下DDM1516 的定义与使用更加简明。
图1 读取FDD 文件的交互图
FED 中没有开关表,开关表涉及到联盟执行要用到的七个开关项,在开关表中给出了它们的初始值。其中四个是建议开关(advisory switches) ,其值在
联盟执行运行期间可以通过支持服务( support ser2vices) 修改,在HLA1. 3 中
是出现在RTI 初始化数据文件(RID) 里面。另外三个开关在联盟执行期间的
修改则需要盟员向RTI 发送基于管理对象模型(MOM) 的交互来完成。
2. 2 XML 解析器( parser)
创建联盟执行主要工作就是处理FDD ,首先的问题是解析XML 文档。解析器有两种选择:事件驱动的解析器与基于树的解析器[6 ] 。基于事件驱动的解析器采用推模式,回调应用程序处理XML 数据,在解析之后并不维护元素的树结构,即便是处理大文档,对系统资源的需求也很少,该种解析器对应用程序的接口简单,使用灵活,通常实现的是SAX(Simple API for XML) 接口,对XML 文档进行只读操作。基于树的解析器一般采用拉模式,应用程序通过解析器提供的某种模型接口来浏览整棵XML 文档层次树,解析器解析后在内存中维护该树,处理大文档时对系统资源需求较大,这样的解析器通常遵守W3C 的文档对象模型(
document Object
Model ,DOM) ,能对XML 文档进行读写操作,处理XML 文档的功能强大。
在RTI 的实现中我们采用事件驱动的解析器,实现SAX接口,这是基于:
1) 创建联盟执行需要完成的工作是从FDD 到联盟执行相关数据结构的转换,转换后无需在内存中保持XML 文档中的层次树。
2) FDD 文件可能很大,则采用SAX 能减少系统资源需求。
3) 通常FOM由工具生成,其有效性无须RTI 再次验证,RTI 也不能对FOM文档进行写操作,因此RTI 采用SAX接口简单灵活高效。
4) HLA 是基于事件或称之为隐式调用的体系结构[3 ] ,SAX的调用风格与HLA 的整体结构风格相适应,能带来理解与实现上的很大方便。
RTI在创建联盟执行时读取FDD 文件的交互图如图1所示。
图中解析器xmlParser 类读取FDD 文件,将读取结果通过SAX接口传递给接口类xmlDocHandler ,文档处理器xmlRTI2Handler 是接口类xmlDocHandler 的实现类。
目前也有RTI 实现对FDD 先进行预处理以减少解析时间及方便FDD 文件的分发[7 ] ,在我们的实现中对FDD 的处理是直接的,这是基于:
1) 采用SAX模型且并不需要对XML 再次进行有效性检查。
2) 对FDD 的处理在整个联盟执行生命周期内只需进行一次,且发生在仿真动作发生之前。
3) 采用预处理生成中间文件带来应用部署与管理上额外的复杂性。
4) 即便是直接处理FDD 文件,RTI 的处理速度也完全能够满足大规模仿真应用的要求,如解析一个有1111 个对象类、1111 个交互类、类嵌套层次为4 层、平均每个类有14 个属性或参数、每个对象属性或交互类有3 到5 个可用维度的FDD 文件,从收到一个创建请求到联盟执行创建完成,所需时间如下:
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Entrance to createFederationExecution at : 109. 93s Exit cre2
ateFederationExecution at : 111. 044s
Total time of creating federation execution : 1. 11425s
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
运行环境为: Intel P4 1. 5G,256M内存,10M以太网,Win2dows 2000
2. 3 目标数据结构生成
对FDD 的处理过程为:读入FDD 文件→中间处理→生成目标数据结构。这里生成的是联盟执行中的静态数据结构,所谓静态是指在整个联盟执行期间不再进行改变,但是也要注意到由于HLA 的接口耦合度非常高,导致有些静态数据结构必然与动态数据结构联系紧密,有很多静态数据和动态数据同时作为某个类的组成或聚合出现,为了描述方便,在这里是把以静态数据为主体的类结构当作是由FDD 生成
的静态数据结构来讨论,而把这些类中的动态成员的初始化看成是创建联盟执行调用完成的工作。
目标数据结构首先是联盟执行的对象类表与交互类表,它们与FDD 中的对象