支持自定義圖標(biāo)庫的態(tài)勢處理系統(tǒng)構(gòu)建方法＊

朱利超 徐君鵬

（海裝裝備采購中心 北京 100071）

1 引言

在地理信息系統(tǒng)（GIS）的基礎(chǔ)上，對仿真環(huán)境和仿真實(shí)體信息進(jìn)行圖形化、形象化和逼真化顯示，便于用戶了解、分析、判斷仿真態(tài)勢與地理環(huán)境，配合統(tǒng)計、分析、評估系統(tǒng)，驗(yàn)證模擬仿真方案的合理性，組織指揮和實(shí)施各種技術(shù)保障。因此，態(tài)勢處理系統(tǒng)也是基于HLA的仿真系統(tǒng)的重要組成部分。

MapX是MapInfo公司提供的基于ActiveX技術(shù)的可編程GIS控件產(chǎn)品，支持絕大多數(shù)主流集成開發(fā)環(huán)境和程序設(shè)計語言進(jìn)行二次開發(fā)，便于用戶在自己的應(yīng)用中集成地圖功能［1］。因此，本文應(yīng)用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想，對二維態(tài)勢顯示系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化的功能設(shè)計，最后在VC＋＋平臺上基于MapX進(jìn)行了系統(tǒng)軟件開發(fā)，討論了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的若干關(guān)鍵技術(shù)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 態(tài)勢處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文中的二維態(tài)勢顯示系統(tǒng)采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，整個系統(tǒng)分為圖標(biāo)庫、腳本處理模塊、地理信息庫、圖標(biāo)處理模塊、態(tài)勢顯示模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和記錄回放模塊七個子模塊。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本文設(shè)計的二維態(tài)勢顯示系統(tǒng)可以作為一個聯(lián)邦成員加入到分布式仿真聯(lián)邦執(zhí)行當(dāng)中，并且可以在用戶交互之后進(jìn)行整個交互過程的重現(xiàn)。系統(tǒng)利用地理信息庫為各仿真實(shí)體提供一個一致的可視化仿真戰(zhàn)場空間。系統(tǒng)通過仿真腳本文件從仿真聯(lián)邦的對象模型表（FOM）中訂購需要的態(tài)勢信息，如實(shí)體的類型，位置和姿態(tài)等，并在仿真過程中通過MAK RTI實(shí)時更新這些態(tài)勢信息，并以對應(yīng)的圖標(biāo)的位置變化和圖形變化對態(tài)勢進(jìn)行可視化表現(xiàn)。系統(tǒng)還可以根據(jù)記錄下來的仿真信息，進(jìn)行仿真的全過程回放。

3 模塊功能描述

3.1 地理信息庫

地理信息庫存儲仿真所需的地理信息，地理信息實(shí)際上是以一定的地理空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立的空間數(shù)據(jù)模型和各空間數(shù)據(jù)之間的關(guān)系［2］。本系統(tǒng)采用MapInfo制作仿真戰(zhàn)場對應(yīng)的電子地圖（電子海圖），并按照一定的規(guī)則進(jìn)行組織和存儲，構(gòu)成供態(tài)勢顯示系統(tǒng)使用的仿真戰(zhàn)場地理信息庫。

3.2 圖標(biāo)庫

圖標(biāo)庫存放各仿真實(shí)體和事件對應(yīng)的圖標(biāo)。在各種具體系統(tǒng)應(yīng)用中，自定義的圖標(biāo)設(shè)計往往是以現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)圖標(biāo)為基礎(chǔ)并進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，能直觀形象地表現(xiàn)實(shí)體及行動，使之既符合用戶的習(xí)慣，又易于理解。

3.3 腳本處理模塊

腳本處理模塊的功能是根據(jù)某次仿真的腳本文件，對FOM中的信息進(jìn)行裁剪，根據(jù)本次仿真所需要顯示的具體內(nèi)容，聲明具體的訂購關(guān)系，根據(jù)所訂購的實(shí)體和交互類型在仿真實(shí)體和事件與圖標(biāo)之間建立映射關(guān)系。此外，該模塊還需要在地理信息庫中檢索、提取仿真所需的電子地圖（海圖）供顯示用。

3.4 數(shù)據(jù)采集模塊

該模塊的功能是使二維態(tài)勢顯示系統(tǒng)加入仿真聯(lián)邦，并且由于在腳本配置模塊中聲明了訂購關(guān)系，所以數(shù)據(jù)采集模塊還可以通過RTI獲得所訂購的對象類實(shí)例的屬性以及交互類實(shí)例的參數(shù)更新，為實(shí)時態(tài)勢顯示和仿真過程記錄提供數(shù)據(jù)源。

3.5 圖標(biāo)處理模塊

圖標(biāo)處理模塊調(diào)用腳本處理模塊獲得仿真實(shí)體和事件與圖標(biāo)之間建立映射關(guān)系，從圖標(biāo)庫中提取相應(yīng)的圖標(biāo)，進(jìn)一步設(shè)置圖標(biāo)的顏色、大小、位置、旋轉(zhuǎn)等信息，并且在仿真過程中，圖標(biāo)處理模塊通過數(shù)據(jù)采集模塊獲得的數(shù)據(jù)更新這些信息。

3.6 態(tài)勢顯示模塊

態(tài)勢顯示模塊的功能是顯示仿真戰(zhàn)場的電子地圖，將圖標(biāo)附加到電子地圖之上，隨著仿真進(jìn)程的推進(jìn)，實(shí)時顯示仿真實(shí)體的運(yùn)動軌跡，通過圖標(biāo)的增加、刪減、顏色變更等變化放映仿真實(shí)體的狀態(tài)更新和仿真事件的發(fā)生。

3.7 記錄回放模塊

記錄回放模塊記錄數(shù)據(jù)采集模塊獲得的仿真數(shù)據(jù)，以及表示各種用戶操作的代碼，存儲為XML格式的文件，在回放時調(diào)用該文件和圖標(biāo)處理模塊重建整個仿真過程，并通過態(tài)勢顯示模塊演示此過程。

4 自定義圖標(biāo)庫的構(gòu)建

圖標(biāo)在MapX中可以由點(diǎn)符號圖元表示，MapX支持位圖、矢量和TureType字體三種類型的點(diǎn)符號圖元，但是位圖和矢量點(diǎn)符號圖元無法實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和縮放功能［3］，因此，考慮利用TrueType字體編輯工具，參照標(biāo)圖相關(guān)資料進(jìn)行規(guī)范繪制，將同類圖標(biāo)的TrueType字體符號存放在同一字體文件中，每一個字體文件對應(yīng)一個圖標(biāo)庫。

本文采用CorelDraw軟件繪制基本圖標(biāo)圖形，將每個圖標(biāo)對應(yīng)的字體對象使用焊接或者組合工具合并為單一對象，所有對象的合并操作完成后，導(dǎo)出為字體文件（如 MilitarySymbol.ttf），完成基本的圖標(biāo)字體制作。由于CorelDraw直接輸出的字體一般比較亂，還需要使用Font Creator軟件對制作好的字體文件進(jìn)行大小和間距的調(diào)整，以及進(jìn)行統(tǒng)一編碼和發(fā)布注冊，從而構(gòu)建一個完備的圖標(biāo)庫。Font Creator編輯圖標(biāo)的界面如圖2所示。

系統(tǒng)調(diào)用圖標(biāo)庫時只需將對應(yīng)的字體文件名稱以及圖標(biāo)的字符編碼傳遞給MapX，利用MapX內(nèi)部封裝好的函數(shù)就可以將所選擇的圖標(biāo)符號在地圖圖層上以點(diǎn)圖元的形式顯示出來。

圖2 圖標(biāo)編輯界面

5 圖標(biāo)動態(tài)顯示

利用MapX顯示仿真戰(zhàn)場的電子地圖，首先需要進(jìn)應(yīng)用MapInfo行電子地圖的制作，一般要經(jīng)歷四個步驟：獲取柵格圖、配準(zhǔn)柵格圖、地圖圖層化和地理編碼［4］，由于本系統(tǒng)不需要實(shí)現(xiàn)地圖查詢，所以只需要完成前三個步驟，即可生成圖層化的電子地圖。

MapInfo制作的地圖是由多個文件組成，分別表示地圖的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，兩者之間通過一定的索引機(jī)制聯(lián)系起來。如果需要用MapX編程顯示制作好的電子地圖，還要先利用其自帶的GeoManager組件針對電子地圖生成一個.gst文件，.gst文件包含若干用來通知MapX顯示哪些圖層以及如何顯示的元數(shù)據(jù)鍵值。MapX的內(nèi)部函數(shù)只需調(diào)用.gst文件的名稱，即可顯示出電子地圖。此外，MapX還必須在調(diào)入的電子地圖之上創(chuàng)建一個動態(tài)圖層，才能實(shí)現(xiàn)表示圖標(biāo)的點(diǎn)符號圖元的運(yùn)動。

6 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

由于本文所設(shè)計的態(tài)勢處理系統(tǒng)需要應(yīng)用到分布式交互仿真中，按照現(xiàn)行的分布式交互仿真標(biāo)準(zhǔn)、位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)一般采用地心坐標(biāo)（Geocentric）表示［5］，而 MapX中采用大地坐標(biāo)系（Geodetic），因此，需要如式（1）所示實(shí)現(xiàn)地心坐標(biāo)系向大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換［6］。

式（1）中，（x，y，z）為某點(diǎn)的地心坐標(biāo)，其對應(yīng)的大地坐標(biāo)為（l，b，h），N為卯酉圈的曲率半徑，e為地球參考橢球的第一偏心率。迭代求解b時，其初值b0的取值如式（2）所示

7 結(jié)語

本文利用MapX組件將地理信息融入到了仿真系統(tǒng)之中，設(shè)計和實(shí)現(xiàn)了一個面向分布式仿真的態(tài)勢處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持自定義圖標(biāo)庫，可以直觀、實(shí)時、準(zhǔn)確、動態(tài)地顯示各仿真實(shí)體的運(yùn)動和其他狀態(tài)，系統(tǒng)界面如圖3所示。

圖3 二維態(tài)勢顯示系統(tǒng)界面

本文所給出的態(tài)勢處理系統(tǒng)及其構(gòu)建方法，能夠提高應(yīng)用于分布式交互仿真的態(tài)勢處理系統(tǒng)的開發(fā)效率，為實(shí)現(xiàn)仿真過程的交互性和可視化提供了一條快捷、有效的技術(shù)途徑。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)作為一個聯(lián)邦成員，應(yīng)用到某型艦船的分布式交互仿真訓(xùn)練系統(tǒng)中。

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