基于Skyline的空戰(zhàn)態(tài)勢(shì)回放技術(shù)研究

摘要：空戰(zhàn)二維或三維態(tài)勢(shì)顯示系統(tǒng)已經(jīng)有了一些成熟的產(chǎn)品，但三維態(tài)勢(shì)回放應(yīng)用并不多，原因在于大量態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)的存取問題和目標(biāo)的快速刷新問題，文本采用基于Skyline提供的3D空間技術(shù)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)存取方案，有效解決了這兩個(gè)問題，實(shí)現(xiàn)了戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的回放、拖放、慢放、快放功能，能夠直觀逼真的還原戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，為軍事人員研究戰(zhàn)爭(zhēng)提供重要的輔助工具。

關(guān)鍵詞：Skyline；空戰(zhàn)態(tài)勢(shì)；回放

中圖分類號(hào)：TP399-CB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 15-0000-02

1 引言

Skyline軟件系統(tǒng)公司是全球領(lǐng)先的三維空間地理信息可視化軟件供應(yīng)商。TerroExplorer Pro是該軟件套系中的一個(gè)產(chǎn)品，它提供了3D編輯器和顯示空間，并二次開發(fā)接口，用戶可以根據(jù)需求，開發(fā)出個(gè)性化的應(yīng)用系統(tǒng)。Skyline利用了流（Stream）[1]的加載方式，其原理是將完整的數(shù)據(jù)劃分為若干塊，用戶通過向系統(tǒng)發(fā)送請(qǐng)求的方式得到所需數(shù)據(jù)塊的過程，這種機(jī)制節(jié)省了系統(tǒng)不必要的開支，大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在國(guó)內(nèi)，Skyline已經(jīng)得到很多應(yīng)用，周美娟[2]等人提出基于Skyline的公安三維GIS展現(xiàn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于公安系統(tǒng)。李虎[3]在其碩士論文中，對(duì)在Skyline中三維模型的建立、加載和二維與三維聯(lián)動(dòng)技術(shù)做了大量研究，但是對(duì)三維態(tài)勢(shì)進(jìn)行回放，國(guó)內(nèi)研究較少，其難點(diǎn)在于態(tài)勢(shì)信息的存取，因?yàn)閼B(tài)勢(shì)信息是按照時(shí)間序列描述空戰(zhàn)中各個(gè)目標(biāo)狀態(tài)和位置的數(shù)據(jù)，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)記錄條數(shù)多，如一場(chǎng)2對(duì)1的空戰(zhàn)，如果空戰(zhàn)持續(xù)半小時(shí)，按照1s存儲(chǔ)十幀，那么記錄的條數(shù)約為18萬(wàn)條，每一條記錄又包含了目標(biāo)的詳細(xì)信息，要進(jìn)行回放時(shí)，就是把這些數(shù)據(jù)重新呈現(xiàn)出來(lái)。文本根據(jù)空戰(zhàn)態(tài)勢(shì)戰(zhàn)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的存取機(jī)制，并利用Skyline提供的二次開發(fā)方法，設(shè)計(jì)了回放機(jī)制。

2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

無(wú)論是真實(shí)的空戰(zhàn)還是仿真空戰(zhàn)，我們假定都能收到空戰(zhàn)中各個(gè)目標(biāo)的狀態(tài)信息，這些信息都是按照一定時(shí)間間隔一幀幀發(fā)送的，系統(tǒng)能夠?qū)@些信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和存儲(chǔ)。為減少存儲(chǔ)空間，提高回放效率，在存儲(chǔ)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)之前，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并建立目標(biāo)與時(shí)間序號(hào)之間的索引。

2.1 去除冗余數(shù)據(jù)

去除冗余數(shù)據(jù)可以大大減少存儲(chǔ)空間，在空戰(zhàn)過程中，并不是所有目標(biāo)的位置和狀態(tài)都發(fā)生變化，這些沒有發(fā)生變化的目標(biāo)，就不需要存儲(chǔ)其信息。去除靜態(tài)目標(biāo)信息的方法是：定義一個(gè)臨時(shí)數(shù)組Temp_Target [Target ID]，記錄每一個(gè)目標(biāo)的上一幀數(shù)據(jù)，當(dāng)要存儲(chǔ)下一幀數(shù)據(jù)時(shí)，與之比較，如果數(shù)據(jù)相同，則不存儲(chǔ)，如果不相同，則進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)替換臨時(shí)數(shù)組的值，以便與下一幀進(jìn)行比較，利用該方法可以對(duì)局部重復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾。另外，一些目標(biāo)如空載導(dǎo)彈這樣的目標(biāo)，在未發(fā)射之前是綁定在飛機(jī)上，在導(dǎo)彈發(fā)射之前，只需記錄其所屬飛機(jī)編號(hào)就可以，當(dāng)導(dǎo)彈發(fā)射以后，才開始存儲(chǔ)該導(dǎo)彈的信息。

2.2 建立時(shí)間序列和更新目標(biāo)之間的索引

把時(shí)間序列與更新目標(biāo)之間關(guān)聯(lián)起來(lái)，建立時(shí)間序列和更新目標(biāo)之間索引，可以按照時(shí)間順序找到更新的目標(biāo)序號(hào)，即一個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的記錄編號(hào)，通過編號(hào)得到目標(biāo)信息。

2.3 數(shù)據(jù)的存取方式

經(jīng)過上述的數(shù)據(jù)預(yù)處理后，把態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)按照上述的結(jié)構(gòu)逐條寫入硬盤文件，當(dāng)接收結(jié)束后，關(guān)閉硬盤文件。經(jīng)過上述的數(shù)據(jù)預(yù)處理，一個(gè)30萬(wàn)條記錄的空戰(zhàn)，大小約為為5MB左右。在內(nèi)存中開辟一個(gè)結(jié)構(gòu)體， 完全能夠臨時(shí)存儲(chǔ)。在進(jìn)行回放之前，把硬盤文件中的態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)依次讀入內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)體里面，為Skyline的調(diào)用做好準(zhǔn)備。

3 解決方案

3.1 平臺(tái)準(zhǔn)備

在使用Skyline進(jìn)行二次開發(fā)之前，先引入TerraExplorerX.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件以后，再程序中引入3D顯示空間和信息樹控件，然后加載mpt格式的場(chǎng)景文件，還要準(zhǔn)備準(zhǔn)備對(duì)應(yīng)的空戰(zhàn)武器三維模型（支持的類型有.x、.dxf、.flt、.xpc或.fpc格式），在加載目標(biāo)時(shí)調(diào)用。

3.2 總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體為數(shù)據(jù)層、邏輯層、表現(xiàn)層三層結(jié)構(gòu)。表現(xiàn)層主要負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互，提供各種如測(cè)高、測(cè)距、捕捉目標(biāo)、獲取經(jīng)緯度等；邏輯層是為表現(xiàn)層服務(wù)，提供各種服務(wù)接口，負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫(kù)和Skyline提供的接口交互；數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和供應(yīng)，如圖三所示。

3.3 詳細(xì)流程

系統(tǒng)主要依靠時(shí)鐘函數(shù)按照一定的時(shí)鐘頻率讀取內(nèi)存中按照時(shí)間序列建立好的索引態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)，然后利用Skyline提供的二次開發(fā)接口和3D顯示控件，把目標(biāo)的位置和狀態(tài)顯示出來(lái)，其主要流程如圖四所示，首先一次性把態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存中，然后加載mpt格式的三維場(chǎng)景文件到3D顯示控件中，在利用時(shí)鐘函數(shù)按照時(shí)間順序讀取內(nèi)存中的目標(biāo)參數(shù)，利用Skyline提供的接口方法，創(chuàng)建、移動(dòng)、刪除目標(biāo)。還可以根據(jù)目標(biāo)的移動(dòng)過的位置，畫出目標(biāo)的軌跡，如圖四所示。

3.4 目標(biāo)管理

Skyline為目標(biāo)的三維動(dòng)態(tài)顯示提供了豐富的方法，只需要結(jié)合實(shí)際需求，合理的調(diào)用現(xiàn)成方法，可以快速實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的創(chuàng)建、更新和刪除。比如創(chuàng)建一個(gè)目標(biāo)動(dòng)態(tài)目標(biāo)使用CreateDynamicObject（）、創(chuàng)建軌跡CreatePolyline（）、目標(biāo)位置的移動(dòng)SetPosition（）、目標(biāo)定位FlyToObject（）等利用已有的方法，賦予各個(gè)方法的參數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)該功能。在一個(gè)窗口類中，要對(duì)同一個(gè)類進(jìn)行多次實(shí)例化，必須建立映射，才能區(qū)分出來(lái)，在VC++語(yǔ)言環(huán)境中，可以通過map類型的關(guān)聯(lián)容器來(lái)實(shí)現(xiàn)，map[4]是鍵值對(duì)的集合，map 類型通?？衫斫鉃殛P(guān)聯(lián)數(shù)組（associative array），可使用鍵作為下標(biāo)來(lái)獲取一個(gè)值，正如內(nèi)置數(shù)組類型一樣，值就可以使一個(gè)數(shù)值，也可以是一個(gè)對(duì)象。在VC++中構(gòu)造如下：std：：map m_TargetFlag；ITerrainPolyline5Ptr的一個(gè)映射。m_TargetFlag [LineName]就是目標(biāo)的實(shí)例，其中TargetName是目標(biāo)標(biāo)識(shí)的名稱。這樣就可以區(qū)分各個(gè)目標(biāo)在在一個(gè)場(chǎng)景中的實(shí)例了，通過相應(yīng)的實(shí)例，進(jìn)行相關(guān)的操作。

3.5 回放控制

回放控制包括快放、慢放、拖放。快放和慢放的實(shí)現(xiàn)原理主要是調(diào)整時(shí)鐘函數(shù)的運(yùn)行周期，當(dāng)周期變大時(shí)，讀取內(nèi)存中數(shù)據(jù)的頻率慢，使得用戶感覺目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的速度也變慢。快放實(shí)現(xiàn)原理相同，只是把時(shí)鐘函數(shù)的周期變小。拖放的實(shí)現(xiàn)，相對(duì)比較麻煩，上文中已經(jīng)提到，建立時(shí)間與目標(biāo)序號(hào)的索引值，目的就是為了進(jìn)行拖放，通過拖動(dòng)進(jìn)度條上的滑塊，得到拖放后的時(shí)間索引值，再根據(jù)索引值去更新對(duì)應(yīng)的目標(biāo)ID，此時(shí)場(chǎng)景中要進(jìn)行相關(guān)的處理，對(duì)場(chǎng)景中所有目標(biāo)進(jìn)行遍歷，檢查器狀態(tài)是否和內(nèi)存中的一致，如果有目標(biāo)增加，則要?jiǎng)?chuàng)建相應(yīng)的目標(biāo)，如果有目標(biāo)減少，則要?jiǎng)h除該目標(biāo)。同時(shí)還要檢查目標(biāo)的位置是否發(fā)生了變化。如果發(fā)生了變化，則要把目標(biāo)置于新的位置上，軌跡也要做相應(yīng)增補(bǔ)和擦除。

4 實(shí)例分析

利用MFC框架，開發(fā)出空戰(zhàn)態(tài)勢(shì)回放的原型系統(tǒng)，該畫面顯示的是一個(gè)二對(duì)一的空戰(zhàn)效果，圖中顯示了飛機(jī)和飛機(jī)劃過的軌跡和一枚導(dǎo)彈。該態(tài)勢(shì)一共有173454萬(wàn)條記錄，空戰(zhàn)按正常速度回放時(shí)間為34分鐘左右，加載了100米分辨率的場(chǎng)景文件，加載時(shí)間約為10s，讀取173454數(shù)據(jù)時(shí)間約為15s，當(dāng)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)和場(chǎng)景數(shù)據(jù)加載完成后，該系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的消耗處于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)因?yàn)橛脩暨M(jìn)行地圖漫游，目標(biāo)查詢等操作而出現(xiàn)延時(shí)，這正是使用Skyline的優(yōu)勢(shì)所在，也說明本文使用的方法時(shí)合理的。

參考文獻(xiàn)：

[1]Webopedia.What is stream[EB/OL].http：//www.webopedia.com/TERM/s/streaming.html.

[2]周美娟.基于Skyline的公安三維GIS展現(xiàn)應(yīng)用系 統(tǒng)[J].測(cè)繪科學(xué)，2011，（3）：213-215.

[3]李虎等.基于Skyline的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].2008：1.

[4]Stanley B.Lippman著，李師賢等譯. C++ Primer [M].北京：人民郵電出版社，2006.309.