一種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)與方法
【專利摘要】一種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)與方法，本發(fā)明涉及模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)與方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有虛擬試驗系統(tǒng)很少會將環(huán)境因素考慮進(jìn)去或者涉及的環(huán)境因素比較單一的問題。該系統(tǒng)包括資源庫模塊、虛擬環(huán)境生成模塊、虛擬環(huán)境交互模塊、虛擬環(huán)境顯示模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和接口模塊；該方法是通過提供虛擬環(huán)境生成交互資源、完成視景特效顯示配置信息；發(fā)送交互對象；得到彈車運(yùn)行信息；輸入輸出信息交互；提供發(fā)射過程信息以及通過三維可視化場景展現(xiàn)信息等步驟實現(xiàn)的。本發(fā)明應(yīng)用于虛擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)與方法領(lǐng)域。
【專利說明】
一種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 試驗應(yīng)用系統(tǒng)支撐平臺為試驗中的試驗過程管理平臺與模型之間的中間層，其為 實物仿真試驗與虛擬試驗提供高效的、可靠的試驗仿真控制、信息傳輸及信息集成環(huán)境。
[0003] 試驗應(yīng)用系統(tǒng)支撐平臺所依托的技術(shù)是虛擬試驗仿真技術(shù)。虛擬試驗仿真技術(shù)如 今已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的試驗與研究中，特別是在武器裝備的研發(fā)與評估、作戰(zhàn)任務(wù) 的規(guī)劃與演習(xí)、電子信息系統(tǒng)的集成與電子對抗等現(xiàn)代軍事領(lǐng)域中，占據(jù)著越來越重要的 地位。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展推動著虛擬仿真體系結(jié)構(gòu)從剛開始的集中式仿真體系向現(xiàn)在的分布 式仿真發(fā)展，也許在不久的將來還會出現(xiàn)基于云計算的仿真體系結(jié)構(gòu)。從1983年美國國防 部提出ADS(Advanced Distributed Simulation)，發(fā)展至今天的高層體系結(jié)構(gòu)HLA (Aggregate Level Simulation Protocol)，分布式仿真試驗的應(yīng)用越來越廣泛，其系統(tǒng)規(guī) 模也越來越大，成員分布的地理位置也更分散?，F(xiàn)有虛擬試驗系統(tǒng)很少會將環(huán)境因素考慮 進(jìn)去或者涉及的環(huán)境因素比較單一，很難滿足大型綜合虛擬試驗要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有虛擬試驗系統(tǒng)很少會將環(huán)境因素考慮進(jìn)去或者涉 及的環(huán)境因素比較單一的問題，而提出的一種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)與方 法。
[0005] 上述的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] 模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)主要由資源庫模塊、虛擬環(huán)境生成模塊、 虛擬環(huán)境交互模塊、虛擬環(huán)境顯示模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和接口模塊組成；
[0007] 資源庫模塊用于為虛擬環(huán)境顯示模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊提供資源服務(wù)；
[0008] 虛擬環(huán)境生成模塊用于獲取試驗人員的配置信息，生成相應(yīng)的虛擬試驗環(huán)境;虛 擬試驗環(huán)境通過調(diào)用粒子系統(tǒng)，粒子系統(tǒng)根據(jù)試驗人員配置信息，完成視景特效顯示;并將 環(huán)境數(shù)據(jù)信息編碼成交互對象，交互對象通過接口模塊發(fā)送到虛擬環(huán)境交互模塊;其中，生 成相應(yīng)的虛擬試驗環(huán)境數(shù)據(jù)包括配置虛擬試驗氣象環(huán)境和配置虛擬試驗路況環(huán)境生成虛 擬環(huán)境信息；
[0009] 虛擬環(huán)境交互模塊用于實時獲取虛擬環(huán)境生成模塊產(chǎn)生的環(huán)境信息進(jìn)行實時解 算，將環(huán)境信息解算成為彈車行進(jìn)動力學(xué)的物理影響因子即彈車運(yùn)行信息，彈車運(yùn)行信息 直接作用于彈車模型，實現(xiàn)虛擬環(huán)境與彈車還是車輛之間的交互；
[0010]接口模塊用于模塊之間的輸入輸出信息交互；
[0011] 數(shù)據(jù)顯示模塊采用QT軟件開發(fā)數(shù)據(jù)可視化模塊，利用QT所提供的豐富的控件資源 提供發(fā)射過程信息；
[0012] 虛擬環(huán)境顯示模塊用于將虛擬環(huán)境交互模塊解算出的彈車以及導(dǎo)彈的位置姿態(tài)、 狀態(tài)、技術(shù)陣地準(zhǔn)備過程、彈車從技術(shù)陣地出發(fā)駛往發(fā)射陣地過程、發(fā)射陣地停車以及起豎 過程通過三維可視化場景展現(xiàn)出來。
[0013] 模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互方法具體為：
[0014] 用于提供虛擬環(huán)境生成交互資源服務(wù)的步驟；
[0015] 用于獲取試驗人員的配置信息，生成相應(yīng)的虛擬試驗環(huán)境;虛擬試驗環(huán)境調(diào)用粒 子系統(tǒng)，粒子系統(tǒng)根據(jù)試驗人員配置信息，完成視景特效顯示;并將虛擬試驗環(huán)境數(shù)據(jù)信息 編碼成交互對象，發(fā)送交互對象的步驟；
[0016] 用于實時獲取環(huán)境信息進(jìn)行實時解算，將環(huán)境信息解算成為彈車行進(jìn)動力學(xué)的物 理影響因子即彈車運(yùn)行信息，彈車運(yùn)行信息直接作用于彈車模型的步驟；
[0017] 用于模塊之間的輸入輸出信息交互的步驟；
[0018] 用于采用QT軟件開發(fā)數(shù)據(jù)可視化模塊，根據(jù)QT所提供的豐富的控件資源提供發(fā)射 過程信息的步驟；
[0019] 用于將虛擬環(huán)境交互模塊解算出的彈車或?qū)椀奈恢米藨B(tài)、狀態(tài)、技術(shù)陣地準(zhǔn)備 過程、彈車從技術(shù)陣地出發(fā)駛往發(fā)射陣地過程、發(fā)射陣地停車以及起豎過程通過三維可視 化場景展現(xiàn)出來。
[0020] 發(fā)明效果
[0021] 模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)作為虛擬試驗系統(tǒng)的一部分，為整個系統(tǒng)提供 可視化功能。虛擬試驗系統(tǒng)著眼于武器系統(tǒng)存在的相關(guān)問題，研究導(dǎo)彈發(fā)射車駛往發(fā)射陣 地途中初始對準(zhǔn)等技術(shù)，而虛擬環(huán)境生成與交互系統(tǒng)是對上述過程進(jìn)行視景模擬，即將產(chǎn) 生的試驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為動態(tài)場景，使試驗人員更為直觀地掌握虛擬試驗的過程。
[0022] 模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成與交互系統(tǒng)主要由資源庫模塊、虛擬環(huán)境生成模 塊、虛擬環(huán)境交互模塊、虛擬環(huán)境顯示模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊組成。各模塊之間由視景引擎進(jìn) 行串聯(lián)，形成統(tǒng)一的整體。
[0023]本發(fā)明基于美國MAK公司的vR-vantage軟件進(jìn)行二次開發(fā)，具有較強(qiáng)的移植性和 適用性，可以根據(jù)需求，對所需環(huán)境配置進(jìn)行增減。同時，系統(tǒng)為開源軟件，可以根據(jù)需求開 發(fā)各類試驗所需環(huán)境，大大提升系統(tǒng)的適用性。
[0024] 虛擬環(huán)境顯示模塊需要建立逼真的三維虛擬試驗視景仿真系統(tǒng)，在vR-vantage平 臺上進(jìn)行二次開發(fā)，主要分成兩部分:建立三維模型數(shù)據(jù)庫和視景仿真驅(qū)動組成，構(gòu)成一個 有機(jī)的整體，三維建模和視景仿真軟件開發(fā)兩方面的工作必須遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo) 準(zhǔn)，而數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)必須針對本項目的目標(biāo)來制定。根據(jù)該型裝備的使用特點(diǎn)，該虛擬試 驗可視化系統(tǒng)針對該裝備的使用，通過對技術(shù)陣地準(zhǔn)備，車載行進(jìn)途中準(zhǔn)備和發(fā)射陣地豎 起發(fā)射等操作過程進(jìn)行實時在線仿真如圖1。
[0025] 本發(fā)明根據(jù)虛擬試驗所需要的環(huán)境要求，提供地形、氣象、電磁三類虛擬環(huán)境生成 功能。并可以通過試驗配置，進(jìn)行復(fù)合環(huán)境生成如圖13和14。
【附圖說明】
[0026] 圖1為【具體實施方式】一提出的虛擬環(huán)境生成與交互軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖2為【具體實施方式】一提出的虛擬環(huán)境生成模塊組成圖；
[0028] 圖3為【具體實施方式】二提出的彈車對象模型圖；
[0029] 圖4為【具體實施方式】二提出的虛擬環(huán)境對象模型圖；
[0030] 圖5為【具體實施方式】二提出的地形檢測對象模型圖；
[0031 ]圖6為【具體實施方式】二提出的控制指令對象模型圖；
[0032]圖7為【具體實施方式】二提出的UDP傳輸示意圖；
[0033]圖8為工作原理提出的系統(tǒng)運(yùn)行流程圖；
[0034] 圖9為【具體實施方式】一提出的虛擬環(huán)境生成模塊功能結(jié)構(gòu)圖；
[0035] 圖10為【具體實施方式】一提出的虛擬環(huán)境交互模塊功能結(jié)構(gòu)圖；
[0036] 圖11為【具體實施方式】一提出的虛擬環(huán)境顯示模塊功能結(jié)構(gòu)圖；
[0037] 圖12為【具體實施方式】八提出的數(shù)據(jù)顯示模塊功能結(jié)構(gòu)圖；
[0038] 圖13為【具體實施方式】一提出的系統(tǒng)運(yùn)行示意圖；
[0039]圖14為【具體實施方式】一提出的數(shù)據(jù)顯示模塊顯示結(jié)果示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0040] 一:本實施方式的模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)主要由資 源庫模塊、虛擬環(huán)境生成模塊、虛擬環(huán)境交互模塊、虛擬環(huán)境顯示模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和接 口模塊組成；
[0041] 軟件模塊名稱與軟件配置項關(guān)系如表1;
[0042] 表1虛擬環(huán)境生成與交互軟件系統(tǒng)組成
[0045] 資源庫模塊用于為虛擬環(huán)境顯示模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊提供資源服務(wù)；
[0046] 所述虛擬環(huán)境生成模塊提供良好的人機(jī)交互界面，為試驗人員提供虛擬環(huán)境配置 功能;試驗人員通過操作可視化界面，完成對虛擬實現(xiàn)環(huán)境配置;虛擬環(huán)境生成模塊為虛擬 環(huán)境生成與交互系統(tǒng)重要組成部分，為試驗人員提供虛擬環(huán)境配置功能，
[0047] 資源庫模塊為虛擬環(huán)境生成與交互系統(tǒng)的模型支撐部分，資源庫模塊主要包括：
[0048] 地形模型:地形模型利用高程數(shù)據(jù)和衛(wèi)星圖資源構(gòu)建大型地形場景模型；
[0049] 工事模型:主要包括營房、雷達(dá)、圍欄、指揮塔等軍用設(shè)施；
[0050] 道路模型:為提高虛擬試驗適用性，開發(fā)多種類型道路模型，包括:營房水泥路面， 公路路面，不同顛簸程度的土路等；
[005?]植被模型:為了增加場景真實度，植被模型采用SpeedTree開發(fā)多種可實現(xiàn)隨風(fēng)擺 動的模型；
[0052]虛擬環(huán)境生成模塊用于獲取試驗人員的配置信息，生成相應(yīng)的虛擬試驗環(huán)境;虛 擬試驗環(huán)境通過調(diào)用粒子系統(tǒng)，粒子系統(tǒng)根據(jù)試驗人員配置信息，完成視景特效顯示如圖 2;并將環(huán)境數(shù)據(jù)信息編碼成交互對象，交互對象通過接口模塊發(fā)送到虛擬環(huán)境交互模塊； 其中，生成相應(yīng)的虛擬試驗環(huán)境數(shù)據(jù)包括配置虛擬試驗氣象環(huán)境和配置虛擬試驗路況環(huán)境 生成虛擬環(huán)境信息;模塊的功能結(jié)構(gòu)如圖9所示；
[0053]虛擬環(huán)境交互模塊用于實時獲取虛擬環(huán)境生成模塊產(chǎn)生的環(huán)境信息進(jìn)行實時解 算，將環(huán)境信息解算成為彈車行進(jìn)動力學(xué)的物理影響因子即彈車運(yùn)行信息，彈車運(yùn)行信息 直接作用于彈車模型，實現(xiàn)虛擬環(huán)境與彈車還是車輛之間的交互；
[0054]虛擬環(huán)境交互模塊為虛擬環(huán)境生成與交互系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)運(yùn)行流 程控制以及時間推進(jìn)，該模塊同時負(fù)責(zé)系統(tǒng)與上層系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息交互;該模塊的主要 功能有：
[0055] 1)接收并解析控制平臺的控制指令；
[0056] 2)對虛擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)的運(yùn)行控制；
[0057] 3)彈車模型解算；
[0058]模塊的功能結(jié)構(gòu)如圖10所示；
[0059] 其中，彈車運(yùn)行信息即彈車對象模型包括彈車的實時姿態(tài)信息（方向角、橫搖、縱 搖)和位置信息(經(jīng)度、煒度、高度）；彈車為裝載慣導(dǎo)的車輛；
[0060] 實時解算的具體過程為:根據(jù)邏輯算法以及各類事件的優(yōu)先序列，確定在仿真時 間段所有彈車和導(dǎo)彈發(fā)生的事件類型；
[0061] 接口模塊用于模塊之間的輸入輸出信息交互，提供統(tǒng)一的設(shè)計規(guī)范;模塊之間的 輸入輸出信息交互的過程具體為:先使用VR-Link工具包演示一個簡單的仿真交互系統(tǒng)，然 后使用MAK RTI繼續(xù)實現(xiàn)對虛擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)模塊之間的通信；
[0062]數(shù)據(jù)顯示模塊采用QT軟件開發(fā)數(shù)據(jù)可視化模塊，利用QT所提供的豐富的控件資源 (表格、曲線、儀表等)提供發(fā)射過程信息；
[0063]其中，發(fā)射過程信息主要包括來自慣組模型顯示的慣組模型慣組加表信息、虛擬 交互模塊的車輛運(yùn)行信息以及時間信息;模塊的功能結(jié)構(gòu)如圖12:
[0064]控件資源具體為彈車運(yùn)行信息的表格、曲線和儀表；
[0065]虛擬環(huán)境顯示模塊用于將虛擬環(huán)境交互模塊解算出的彈車以及導(dǎo)彈的位置姿態(tài)、 狀態(tài)、技術(shù)陣地準(zhǔn)備過程、彈車從技術(shù)陣地出發(fā)駛往發(fā)射陣地過程、發(fā)射陣地停車以及起豎 過程通過三維可視化場景展現(xiàn)出來；
[0066]虛擬環(huán)境顯示模塊為整個虛擬環(huán)境生成與交互系統(tǒng)提供視景顯示功能，將虛擬實 驗過程通過三維可視化場景展現(xiàn)出來;該模炔基于Vr-Vantage開發(fā)，提供場景展示、切角切 換以及各類環(huán)境特效展示功能;模塊的功能結(jié)構(gòu)如圖11所示。
[0067]本實施方式效果：
[0068]模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成系統(tǒng)作為虛擬試驗系統(tǒng)的一部分，為整個系統(tǒng)提供 可視化功能。虛擬試驗系統(tǒng)著眼于武器系統(tǒng)存在的相關(guān)問題，研究導(dǎo)彈發(fā)射車駛往發(fā)射陣 地途中初始對準(zhǔn)等技術(shù)，而虛擬環(huán)境生成與交互系統(tǒng)是對上述過程進(jìn)行視景模擬，即將產(chǎn) 生的試驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為動態(tài)場景，使試驗人員更為直觀地掌握虛擬試驗的過程。
[0069]模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成與交互系統(tǒng)主要由資源庫模塊、虛擬環(huán)境生成模 塊、虛擬環(huán)境交互模塊、虛擬環(huán)境顯示模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊組成。各模塊之間由視景引擎進(jìn) 行串聯(lián)，形成統(tǒng)一的整體。
[0070]本實施方式基于美國MAK公司的vR-vantage軟件進(jìn)行二次開發(fā)，具有較強(qiáng)的移植 性和適用性，可以根據(jù)需求，對所需環(huán)境配置進(jìn)行增減。同時，系統(tǒng)為開源軟件，可以根據(jù)需 求開發(fā)各類試驗所需環(huán)境，大大提升系統(tǒng)的適用性。
[0071] 虛擬環(huán)境顯示模塊需要建立逼真的三維虛擬試驗視景仿真系統(tǒng)，在vR-vantage平 臺上進(jìn)行二次開發(fā)，主要分成兩部分:建立三維模型數(shù)據(jù)庫和視景仿真驅(qū)動組成，構(gòu)成一個 有機(jī)的整體，三維建模和視景仿真軟件開發(fā)兩方面的工作必須遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo) 準(zhǔn)，而數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)必須針對本項目的目標(biāo)來制定。根據(jù)該型裝備的使用特點(diǎn)，該虛擬試 驗可視化系統(tǒng)針對該裝備的使用，通過對技術(shù)陣地準(zhǔn)備，車載行進(jìn)途中準(zhǔn)備和發(fā)射陣地豎 起發(fā)射等操作過程進(jìn)行實時在線仿真如圖1。
[0072] 本實施方式根據(jù)虛擬試驗所需要的環(huán)境要求，提供地形、氣象、電磁三類虛擬環(huán)境 生成功能。并可以通過試驗配置，進(jìn)行復(fù)合環(huán)境生成如圖13和圖14。
【具體實施方式】 [0073] 二:本實施方式與一不同的是:所述的接口模塊包括：
【具體實施方式】 [0074] HLA接口模塊用于按照HLA標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建彈車對象模型如圖3和交互模型，將彈車對象 模型和交互模型通過MAK RTI進(jìn)行虛擬環(huán)境生成模塊與虛擬環(huán)境交互模塊之間的信息交 互;其中，交互模型包括虛擬環(huán)境對象模型如圖4、地形檢測對象模型如圖5和控制指令對象 模型如圖6,所建立對象與交互模型如下表2所示;虛擬環(huán)境對象包括天氣類型、降水強(qiáng)度、 溫度、云層、風(fēng)向和風(fēng)速;地形檢測對象包括彈車橫搖、彈車縱搖和彈車高度;控制指令對象 包括切換公路、切換一級顛簸路面和切換二級顛簸路面；
[0075] 表1對象/交互模型表
[0077]數(shù)據(jù)接口模塊用于根據(jù)虛擬試驗系統(tǒng)按照虛擬試驗系統(tǒng)接口協(xié)議，將虛擬環(huán)境交 互模塊實時解算得到的彈車運(yùn)行信息發(fā)送到管理平臺；通過管理平臺，將彈車運(yùn)行信息發(fā) 送到地面慣組；
[0078] UDP網(wǎng)絡(luò)接口模塊用于虛擬環(huán)境交互模塊與管理平臺之間信息交互傳輸，管理平 臺發(fā)送運(yùn)行控制指令到虛擬環(huán)境交互模塊，實現(xiàn)試驗流程控制;虛擬環(huán)境交互模塊將彈車 運(yùn)行信息通過UDP打包發(fā)送到管理平臺同時，管理平臺將慣組信息、彈車運(yùn)行信息、虛擬試 驗流程信息發(fā)送到數(shù)據(jù)顯示模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)和流程顯示如圖7。其它步驟及參數(shù)與具體實施 方式一相同。
[0079]【具體實施方式】三:本實施方式的模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互方法具體包括 以下步驟:用于提供虛擬環(huán)境生成交互資源服務(wù)的步驟；
[0080] 其中，虛擬環(huán)境生成交互資源主要包括：
[0081 ]地形模型:地形模型利用高程數(shù)據(jù)和衛(wèi)星圖資源構(gòu)建大型地形場景模型；
[0082] 工事模型:主要包括營房、雷達(dá)、圍欄、指揮塔等軍用設(shè)施；
[0083] 道路模型:為提高虛擬試驗適用性，開發(fā)多種類型道路模型，包括:營房水泥路面， 公路路面，不同顛簸程度的土路等；
[0084]植被模型:為了增加場景真實度，植被模型采用SpeedTree開發(fā)多種可實現(xiàn)隨風(fēng)擺 動的模型；
[0085] 用于獲取試驗人員的配置信息，生成相應(yīng)的虛擬試驗環(huán)境;虛擬試驗環(huán)境調(diào)用粒 子系統(tǒng)，粒子系統(tǒng)根據(jù)試驗人員配置信息，完成視景特效顯示如圖2;并將虛擬試驗環(huán)境數(shù) 據(jù)信息編碼成交互對象，發(fā)送交互對象的步驟;生成相應(yīng)的虛擬試驗環(huán)境數(shù)據(jù)包括配置虛 擬試驗氣象環(huán)境、配置虛擬試驗路況環(huán)境生成虛擬環(huán)境信息;模塊的功能結(jié)構(gòu)如圖9所示：
[0086] 用于實時獲取環(huán)境信息進(jìn)行實時解算，將環(huán)境信息解算成為彈車行進(jìn)動力學(xué)的物 理影響因子即彈車運(yùn)行信息，彈車運(yùn)行信息直接作用于彈車模型，實現(xiàn)虛擬環(huán)境與彈車還 是車輛之間的交互的步驟；
[0087] 用于模塊之間的輸入輸出信息交互的步驟，該步驟提供統(tǒng)一的設(shè)計規(guī)范;模塊之 間的輸入輸出信息交互的過程具體為:先使用VR-Link工具包演示一個簡單的仿真交互系 統(tǒng)，然后使用MAK RTI繼續(xù)實現(xiàn)對虛擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)模塊之間的通信；
[0088]用于采用QT軟件開發(fā)數(shù)據(jù)可視化模塊，根據(jù)QT所提供的豐富的控件資源(表格、曲 線、儀表等)提供發(fā)射過程信息的步驟；
[0089]用于將虛擬環(huán)境交互模塊解算出的彈車或?qū)椀奈恢米藨B(tài)、狀態(tài)、技術(shù)陣地準(zhǔn)備 過程、彈車從技術(shù)陣地出發(fā)駛往發(fā)射陣地過程、發(fā)射陣地停車以及起豎過程通過三維可視 化場景展現(xiàn)出來；
[0090] 虛擬環(huán)境顯示模塊為整個虛擬環(huán)境生成與交互系統(tǒng)提供視景顯示功能，將虛擬實 驗過程通過三維可視化場景展現(xiàn)出來;該模炔基于Vr-Vantage開發(fā)，提供場景展示、切角切 換以及各類環(huán)境特效展示功能;模塊的功能結(jié)構(gòu)如圖11所示。其它步驟及參數(shù)與具體實施 方式一或二相同。
【具體實施方式】 [0091] 四：本實施方式與一至三之一不同的是:根據(jù)邏輯算 法以及各類事件的優(yōu)先序列，確定在仿真時間段所有彈車和導(dǎo)彈發(fā)生的事件類型。其它步 驟及參數(shù)與一至三之一相同。
【具體實施方式】 [0092] 五:本實施方式與一至四之一不同的是:所述用于模 塊之間的輸入輸出信息交互的步驟包括：
[0093]用于按照HLA標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的彈車對象模型如圖3和交互模型，將彈車對象模型如圖3 和交互模型通過MAK RTI進(jìn)行信息交互的步驟；
[0094]用于根據(jù)虛擬試驗系統(tǒng)按照虛擬試驗系統(tǒng)接口協(xié)議，將實時解算得到的彈車運(yùn)行 信息發(fā)送到管理平臺；通過管理平臺，將彈車運(yùn)行信息發(fā)送到地面慣組的步驟；
[0095]用于彈車運(yùn)行信息通過UDP打包發(fā)送到管理平臺同時，管理平臺將慣組信息、彈車 運(yùn)行信息、虛擬試驗流程信息進(jìn)行數(shù)據(jù)和流程顯示的步驟。其它步驟及參數(shù)與具體實施方 式一至四之一相同。
[0096]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是：交互模型包 括虛擬環(huán)境對象模型如圖4、地形檢測對象模型如圖5和控制指令對象模型如圖6，所建立對 象與交互模型如下表2所示;虛擬環(huán)境對象包括天氣類型、降水強(qiáng)度、溫度、云層、風(fēng)向和風(fēng) 速;地形檢測對象包括彈車橫搖、彈車縱搖和彈車高度;控制指令對象包括切換公路、切換 一級顛簸路面和切換二級顛簸路面；
[0097] 表2對象/交互模型表
_9]^。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至五之一相同。
【具體實施方式】 [0100] 七:本實施方式與一至六之一不同的是:所述的彈車 運(yùn)行信息即彈車對象模型包括彈車的實時姿態(tài)信息（方向角、橫搖、縱搖）和位置信息（經(jīng) 度、煒度、高度）；彈車為裝載慣導(dǎo)的車輛。其它步驟及參數(shù)與一至六之一相 同。
【具體實施方式】 [0101] 八:本實施方式與一至七之一不同的是:所述的發(fā)射 過程信息主要包括來自慣組模型顯示的慣組加表信息、虛擬交互模塊的車輛運(yùn)行信息以及 時間信息;模塊的功能結(jié)構(gòu)如圖12。其它步驟及參數(shù)與一至七之一相同。
【具體實施方式】 [0102] 九:本實施方式與一至八之一不同的是:所述的控件 資源具體為彈車運(yùn)行信息的表格、曲線和儀表。其它步驟及參數(shù)與一至八之 一相同。
[0103] 工作原理
[0104] 虛擬試驗可視化模塊根據(jù)虛擬環(huán)境交互模塊解算出的導(dǎo)彈運(yùn)輸車以及導(dǎo)彈的位 置姿態(tài)、狀態(tài)，實時顯示技術(shù)陣地準(zhǔn)備過程、技術(shù)陣地出發(fā)駛往發(fā)射陣地過程、發(fā)射陣地停 車起豎過程。用戶首先啟動彈車聯(lián)合虛擬試驗可視化系統(tǒng)，并進(jìn)行用戶校驗以確定用戶的 合法性。系統(tǒng)啟動后進(jìn)行仿真初始化，根據(jù)虛擬環(huán)境交互模塊解算接口模塊發(fā)出的導(dǎo)彈運(yùn) 輸車以及導(dǎo)彈的位姿、狀態(tài)，以時間步長確定實體狀態(tài)，根據(jù)邏輯算法以及各類事件的優(yōu)先 序列，確定在仿真時間段所有導(dǎo)彈發(fā)射車、導(dǎo)彈發(fā)生的事件類型并執(zhí)行。
[0105] 在導(dǎo)彈發(fā)射車從技術(shù)陣地到發(fā)射陣地運(yùn)行過程中，試驗人員可以通過虛擬環(huán)境配 置界面實時修改虛擬環(huán)境變量，系統(tǒng)虛擬環(huán)境生成模塊將環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送到虛擬環(huán)境交互模 塊，虛擬環(huán)境交互模塊根據(jù)環(huán)境變量變化情況，通過實時解算導(dǎo)彈發(fā)射車動力學(xué)和運(yùn)動學(xué) 模型，得到彈車的實時姿態(tài)信息(方向角、橫搖、縱搖)和位置信息(經(jīng)度、煒度、高度），通過 數(shù)據(jù)接口模塊，發(fā)送到管理平臺如圖8。
[0106] 虛擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)的運(yùn)行支撐環(huán)境采用美國MAK公司開發(fā)的MAK-RTI軟件， MAK RTI是第一個符合HLA標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)實時體系結(jié)構(gòu)。它是一個快速的、高效的RTI，它采用 一種輕量級的模式，即不需要調(diào)用RTI exec，因而MAK RTI非常適合工程項目的開發(fā)和調(diào) 試。為了方便開發(fā)人員，MAk公司開發(fā)一套針對HLA的軟件包，它完全支持HLA標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié) 議，同時能夠簡化開發(fā)人員利用RTI的代碼。
[0107] 系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境是基于MAk-RTI和VR-Link開發(fā)，主要實現(xiàn)以下功能：1)系統(tǒng)運(yùn)行 開始時，運(yùn)行環(huán)境構(gòu)建;2)實體對象管理;3)交互對象管理;4)時間管理;5)場景內(nèi)各個坐標(biāo) 系之間轉(zhuǎn)換。
[0108]虛擬環(huán)境生成模塊和虛擬環(huán)境交互模塊功能實現(xiàn)是通過虛擬環(huán)境生成插件實現(xiàn) 的。
[0109] 虛擬環(huán)境生成插件開發(fā)采用Qt designer，Qt designer是Qt提供的用戶界面設(shè)計 的應(yīng)用程序，在Qt designer中可創(chuàng)建一個通用插件并在到上面添加相應(yīng)的控件，Qt designer將其保存成一個界面文件（.ui)，保存的文件是XML格式的文件，QT編譯器會將界 面文件編譯成頭文件和源文件，這樣就會被編譯鏈接到應(yīng)用程序之中。完成插件開發(fā)之后， 需要在應(yīng)用程序初始化時對其注冊，是應(yīng)用程序能夠識別開發(fā)的應(yīng)用插件。
【主權(quán)項】
1. 一種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)，其特征在于：一種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛 擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)主要由資源庫模塊、虛擬環(huán)境生成模塊、虛擬環(huán)境交互模塊、虛擬環(huán)境 顯示模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和接口模塊組成； 資源庫模塊用于為虛擬環(huán)境顯示模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊提供資源服務(wù)； 虛擬環(huán)境生成模塊用于獲取試驗人員的配置信息，生成相應(yīng)的虛擬試驗環(huán)境;虛擬試 驗環(huán)境通過調(diào)用粒子系統(tǒng)，粒子系統(tǒng)根據(jù)試驗人員配置信息，完成視景特效顯示;并將環(huán)境 數(shù)據(jù)信息編碼成交互對象，交互對象通過接口模塊發(fā)送到虛擬環(huán)境交互模塊;其中，生成相 應(yīng)的虛擬試驗環(huán)境數(shù)據(jù)包括配置虛擬試驗氣象環(huán)境和配置虛擬試驗路況環(huán)境生成虛擬環(huán) 境信息； 虛擬環(huán)境交互模塊用于實時獲取虛擬環(huán)境生成模塊產(chǎn)生的環(huán)境信息進(jìn)行實時解算，將 環(huán)境信息解算成為彈車行進(jìn)動力學(xué)的物理影響因子即彈車運(yùn)行信息，彈車運(yùn)行信息直接作 用于彈車模型，實現(xiàn)虛擬環(huán)境與彈車還是車輛之間的交互； 接口模塊用于模塊之間的輸入輸出信息交互； 數(shù)據(jù)顯示模塊采用QT軟件開發(fā)數(shù)據(jù)可視化模塊，利用QT所提供的豐富的控件資源提供 發(fā)射過程信息； 虛擬環(huán)境顯示模塊用于將虛擬環(huán)境交互模塊解算出的彈車以及導(dǎo)彈的位置姿態(tài)、狀 態(tài)、技術(shù)陣地準(zhǔn)備過程、彈車從技術(shù)陣地出發(fā)駛往發(fā)射陣地過程、發(fā)射陣地停車以及起豎過 程通過三維可視化場景展現(xiàn)出來。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互系統(tǒng)，其特征在于:所述 的接口模塊包括： HLA接口模塊用于按照HLA標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建彈車對象模型和交互模型，將彈車對象模型和交互 模型通過MAK RTI進(jìn)行虛擬環(huán)境生成模塊與虛擬環(huán)境交互模塊之間的信息交互;其中，交互 模型包括虛擬環(huán)境對象模型、地形檢測對象模型和控制指令對象模型;虛擬環(huán)境對象包括 天氣類型、降水強(qiáng)度、溫度、云層、風(fēng)向和風(fēng)速;地形檢測對象包括彈車橫搖、彈車縱搖和彈 車高度;控制指令對象包括切換公路、切換一級顛簸路面和切換二級顛簸路面； 數(shù)據(jù)接口模塊用于根據(jù)虛擬試驗系統(tǒng)按照虛擬試驗系統(tǒng)接口協(xié)議，將虛擬環(huán)境交互模 塊實時解算得到的彈車運(yùn)行信息發(fā)送到管理平臺；通過管理平臺，將彈車運(yùn)行信息發(fā)送到 地面慣組； UDP網(wǎng)絡(luò)接口模塊用于虛擬環(huán)境交互模塊與管理平臺之間信息交互傳輸，管理平臺發(fā) 送運(yùn)行控制指令到虛擬環(huán)境交互模塊，虛擬環(huán)境交互模塊將彈車運(yùn)行信息通過UDP打包發(fā) 送到管理平臺同時，管理平臺將慣組信息、彈車運(yùn)行信息、虛擬試驗流程信息發(fā)送到數(shù)據(jù)顯 示模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)和流程顯示。3. -種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互方法，其特征在于，該方法具體為： 用于提供一種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互資源服務(wù)的步驟； 用于獲取試驗人員的配置信息，生成相應(yīng)的虛擬試驗環(huán)境;虛擬試驗環(huán)境調(diào)用粒子系 統(tǒng)，粒子系統(tǒng)根據(jù)試驗人員配置信息，完成視景特效顯示;并將虛擬試驗環(huán)境數(shù)據(jù)信息編碼 成交互對象，發(fā)送交互對象的步驟； 用于實時獲取環(huán)境信息進(jìn)行實時解算，將環(huán)境信息解算成為彈車行進(jìn)動力學(xué)的物理影 響因子即彈車運(yùn)行信息，彈車運(yùn)行信息直接作用于彈車模型的步驟； 用于模塊之間的輸入輸出信息交互的步驟； 用于采用QT軟件開發(fā)數(shù)據(jù)可視化模塊，根據(jù)QT所提供的豐富的控件資源提供發(fā)射過程 信息的步驟； 用于將虛擬環(huán)境交互模塊解算出的彈車或?qū)椀奈恢米藨B(tài)、狀態(tài)、技術(shù)陣地準(zhǔn)備過程、 彈車從技術(shù)陣地出發(fā)駛往發(fā)射陣地過程、發(fā)射陣地停車以及起豎過程通過三維可視化場景 展現(xiàn)出來。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互方法，其特征在于:所述 的實時解算的具體過程為:根據(jù)邏輯算法以及各類事件的優(yōu)先序列，確定在仿真時間段所 有彈車和導(dǎo)彈發(fā)生的事件類型。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互方法，其特征在于:所述 用于模塊之間的輸入輸出信息交互的步驟包括： 用于按照HLA標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的彈車對象模型和交互模型，將彈車對象模型和交互模型通過 MAK RTI進(jìn)行信息交互的步驟； 用于根據(jù)虛擬試驗系統(tǒng)按照虛擬試驗系統(tǒng)接口協(xié)議，將實時解算得到的彈車運(yùn)行信息 發(fā)送到管理平臺；通過管理平臺，將彈車運(yùn)行信息發(fā)送到地面慣組的步驟； 用于彈車運(yùn)行信息通過UDP打包發(fā)送到管理平臺同時，管理平臺將慣組信息、彈車運(yùn)行 信息、虛擬試驗流程信息進(jìn)行數(shù)據(jù)和流程顯示的步驟。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述一種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互方法，其特征在于:交互 模型包括虛擬環(huán)境對象模型、地形檢測對象模型和控制指令對象模型;虛擬環(huán)境對象包括 天氣類型、降水強(qiáng)度、溫度、云層、風(fēng)向和風(fēng)速;地形檢測對象包括彈車橫搖、彈車縱搖和彈 車高度;控制指令對象包括切換公路、切換一級顛簸路面和切換二級顛簸路面。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互方法，其特征在于:所述 的彈車運(yùn)行信息即彈車對象模型包括彈車的實時姿態(tài)信息和位置信息;彈車為裝載慣導(dǎo)的 車輛。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述一種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互方法，其特征在于:所述 的發(fā)射過程信息主要包括來自慣組模型顯示的慣組加表信息、虛擬交互模塊的車輛運(yùn)行信 息以及時間信息。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述一種模擬導(dǎo)彈發(fā)射的虛擬環(huán)境生成交互方法，其特征在于:所述 的控件資源具體為彈車運(yùn)行信息的表格、曲線和儀表。
【文檔編號】G06T19/00GK105867614SQ201610169861
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】王丹丹, 王小剛, 崔垚, 梁浩
【申請人】北京宇航系統(tǒng)工程研究所, 哈爾濱工業(yè)大學(xué)