基于XSIM的三維視景系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳沖 岳晉忠 董澤澤

摘 要 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，簡(jiǎn)單的二維地圖和二維的仿真場(chǎng)景已經(jīng)不能滿足人們對(duì)于高質(zhì)量、高效率以及高逼真度的仿真效果要求，對(duì)于軍事仿真領(lǐng)域所提出的需求越來(lái)越高。XSIM作為一款可擴(kuò)展的仿真平臺(tái)，其內(nèi)的模型開發(fā)和配置、想定的編輯和態(tài)勢(shì)顯示，都是其在軍事推演中的亮點(diǎn)。但是其模型和推演過(guò)程的二維顯示方式，是其在仿真領(lǐng)域的弱勢(shì)，大大限制了其在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。這里我們提出了一種基于XSIM平臺(tái)的三維視景系統(tǒng)構(gòu)設(shè)的方法。

關(guān)鍵詞 軍事仿真;XSIM;三維視景

1 總系統(tǒng)設(shè)計(jì)

三維視景系統(tǒng)的構(gòu)設(shè)是為了迎合日益增加的市場(chǎng)需求而提出的。在今天這個(gè)人工智能、大數(shù)據(jù)高速發(fā)展的時(shí)代，僅僅是在二維場(chǎng)景的基礎(chǔ)上進(jìn)行的推演仿真已經(jīng)滿足不了市場(chǎng)的要求。XSIM可擴(kuò)展仿真平臺(tái)是一個(gè)基于組件化建模與離散事件仿真技術(shù)的建模仿真平臺(tái)，為各領(lǐng)域各層級(jí)的仿真建模提供了一個(gè)可靠的平臺(tái)。平臺(tái)提供了模型管理、時(shí)間管理、數(shù)據(jù)采集等服務(wù)以及開發(fā)接口，其內(nèi)遵守的HLA/DIS/TENA等多種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，為三維場(chǎng)景系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

對(duì)于基于XSIM的三維視景系統(tǒng)構(gòu)設(shè)這方面，我們要解決的核心的問(wèn)題是，在現(xiàn)有的二維場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行坐標(biāo)和模型向三維方向的轉(zhuǎn)化。平臺(tái)所提供的時(shí)間管理、數(shù)據(jù)采集無(wú)論是二維還是三維場(chǎng)景都是適用的。圍繞其功能作用我們可以將三維場(chǎng)景系統(tǒng)分為：三維想定編輯、三維態(tài)勢(shì)顯示[1]。

三維想定編輯分系統(tǒng)是不僅僅在二維地圖狀態(tài)下進(jìn)行想定編輯，在其二維的基礎(chǔ)上，進(jìn)行三維場(chǎng)景的構(gòu)建，并實(shí)現(xiàn)其在三維場(chǎng)景的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)想定編輯;三維態(tài)勢(shì)顯示分系統(tǒng)主要用于對(duì)于編輯完成的想定在三維場(chǎng)景中運(yùn)行顯示。

2 分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 三維想定編輯

三維想定編輯分系統(tǒng)對(duì)XSIM平臺(tái)現(xiàn)有的二維想定編輯模塊的升級(jí)，現(xiàn)有的二維想定編輯功能模塊將會(huì)到得保留，我們所提出的方案是將三維場(chǎng)景嵌套并替換掉現(xiàn)有的二維顯示想定編輯區(qū)域。在保留現(xiàn)有的功能區(qū)基礎(chǔ)上，來(lái)開發(fā)新的三維想定編輯區(qū)域。當(dāng)然現(xiàn)有的功能模塊對(duì)應(yīng)的二維想定編輯顯示區(qū)域與三維顯示區(qū)域所存在的差別就要靠我們自己來(lái)探索和實(shí)現(xiàn)了。當(dāng)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(tài)勢(shì)顯示

三維態(tài)勢(shì)顯示分系統(tǒng)也就是我們?cè)谄渌抡嬉嬷兴玫降膱?chǎng)景的三維顯示。與Unity 3D構(gòu)建的場(chǎng)景可以關(guān)聯(lián)Oculus中的VR插件來(lái)使用VR眼鏡來(lái)查看場(chǎng)景相似，我們所構(gòu)建的三維態(tài)勢(shì)顯示分系統(tǒng)的最終的目的是將VR、AR技術(shù)應(yīng)用到XSIM平臺(tái)中。不難想象，如果該技術(shù)得到實(shí)現(xiàn)，XSIM平臺(tái)將不僅僅是應(yīng)用于軍事推演，VR技術(shù)的加入將使其可以應(yīng)用到實(shí)兵穿戴訓(xùn)練中。三維場(chǎng)景系統(tǒng)的亮點(diǎn)就在于三維態(tài)勢(shì)顯示上面，該功能如果在技術(shù)層面上得到實(shí)現(xiàn)，必將會(huì)改變XSIM平臺(tái)的應(yīng)用格局。難點(diǎn)在于二維態(tài)勢(shì)到三維場(chǎng)景的轉(zhuǎn)換，二維平面地形到三維立體空間的轉(zhuǎn)換。

3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)

實(shí)現(xiàn)XSIM的三維場(chǎng)景系統(tǒng)的構(gòu)設(shè)離不開坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)有的二維態(tài)勢(shì)顯示模塊二維平面轉(zhuǎn)換為三維立體場(chǎng)景顯示，就要涉及二維坐標(biāo)到三維坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。對(duì)于二維平面坐標(biāo)到三維空間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，在實(shí)現(xiàn)上也即是計(jì)算機(jī)視覺中圖像坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。

圖像處理、立體視覺等方向涉及的四個(gè)坐標(biāo)系：世界坐標(biāo)系、相機(jī)坐標(biāo)系、圖像坐標(biāo)系、像素坐標(biāo)系之間的關(guān)聯(lián)和轉(zhuǎn)換關(guān)系相信大家都有所耳聞。不同于傳統(tǒng)意義上的世界坐標(biāo)系到像素坐標(biāo)系，這里我們要實(shí)現(xiàn)的是圖像坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。對(duì)于相機(jī)坐標(biāo)系到圖像坐標(biāo)系之間關(guān)系查閱文獻(xiàn)資料可獲得[3]。

這里給出矩陣轉(zhuǎn)換關(guān)系：

4 結(jié)束語(yǔ)

在人工智能、大數(shù)據(jù)、AR、VR熱火朝天的今天，本文所提出的基于XSIM平臺(tái)的三維場(chǎng)景系統(tǒng)構(gòu)設(shè)，是平臺(tái)應(yīng)用到AR、VR的基礎(chǔ)，為XSIM仿真平臺(tái)在未來(lái)成為軍事仿真引擎主角提供了可能。系統(tǒng)所構(gòu)設(shè)的三維想定編輯、三維態(tài)勢(shì)顯示都是軍事仿真所必不可少的模塊。系統(tǒng)具有通用性強(qiáng)、可擴(kuò)展性好等特性，可廣泛應(yīng)用于各種軍事仿真推演和模擬訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)中。更進(jìn)一步，AR、VR技術(shù)的應(yīng)用，將使得平臺(tái)在實(shí)兵穿戴模擬訓(xùn)練領(lǐng)域大有可為之處。

參考文獻(xiàn)

[1] 蘇耀峰.基于XsimStudio的態(tài)勢(shì)回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)科技信息，2016（Z1）：86-88.

[2] 蘇玉婷，侯磊，李艷飛.基于可擴(kuò)展仿真平臺(tái)的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].火力與指揮控制，2019（5）：125-130.

[3] 合恩.矩陣分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：168.

[4] 阮開智，翟文華，張志強(qiáng)，等.基于Xsim平臺(tái)的防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2020（1）：142-148.