基于網(wǎng)絡(luò)和虛擬多媒體技術(shù)的海戰(zhàn)平臺視景實現(xiàn)

羅澤峰　單廣超

摘 要：有效構(gòu)建具有多媒體動畫和聲音功效的海戰(zhàn)視景仿真平臺，建立虛擬現(xiàn)實的海戰(zhàn)對抗環(huán)境。隨著信息化條件下戰(zhàn)爭的需要，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)下的多媒體虛擬海戰(zhàn)視景仿真平臺構(gòu)建，具有節(jié)約演練經(jīng)費，研究武器性能的重要意義。采用Creator及Vega Prime軟件實現(xiàn)海戰(zhàn)場視景環(huán)境和作戰(zhàn)兵器的建模，實現(xiàn)艦船及尾流的視景仿真，實現(xiàn)三維虛擬海洋戰(zhàn)場環(huán)境指從海底到海空的整體海洋環(huán)境?；赥CP/IP協(xié)議和C/S模型構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程的控制和數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)計和測試效果表明，構(gòu)建的海戰(zhàn)場多媒體效果極佳，實現(xiàn)和海、空、天、艦船以及攻擊武器動畫和聲音的有機(jī)統(tǒng)一，網(wǎng)絡(luò)測試效果也展現(xiàn)了良好穩(wěn)定的聯(lián)機(jī)傳輸和遠(yuǎn)程控制的性能。視景仿真平臺的進(jìn)一步開發(fā)將具有很大的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)；多媒體；海戰(zhàn)；視景仿真

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）03-00-02

0 引 言

隨著軍事訓(xùn)練要求的不斷加強(qiáng)，以及現(xiàn)代化武器裝備的列裝，高科技信息化條件下，進(jìn)行一場全方位的演練演習(xí)具有很大的必要性，但耗費也必然巨大，軍事訓(xùn)練成本隨之在大大增加[1，2]。為滿足高科技新裝備條件下軍事訓(xùn)練和模擬作戰(zhàn)的需求，建立一個虛擬環(huán)境下的海戰(zhàn)模擬平臺，海戰(zhàn)是聲、光、景等并現(xiàn)的全真模擬場景，海戰(zhàn)視景仿真平臺的搭建，必將離不開多媒體技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合和應(yīng)用，結(jié)合虛擬視景仿真技術(shù)，構(gòu)建多媒體應(yīng)用場景，搭建計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信和控制，以及戰(zhàn)場信息的實時傳輸，成為本系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和基礎(chǔ)[3]，在開展武器裝備試驗和戰(zhàn)術(shù)演練中具有重要意義。

對此，本文旨在完整建立一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和虛擬多媒體技術(shù)的海戰(zhàn)平臺，并實現(xiàn)戰(zhàn)場的構(gòu)建和武器對抗的視景仿真。采用Creator及Vega Prime軟件實現(xiàn)海戰(zhàn)場視景環(huán)境和作戰(zhàn)兵器的建模，實現(xiàn)艦船及尾流的視景仿真，研究成果將應(yīng)用在軍事訓(xùn)練模擬和視景仿真中，具有較高的實用效果。

1 虛擬海戰(zhàn)場多媒體環(huán)境構(gòu)建及框架設(shè)計

1.1 虛擬海戰(zhàn)場多媒體環(huán)境構(gòu)建

本文的三維虛擬海洋戰(zhàn)場環(huán)境指從海底到海空的整體海洋環(huán)境。應(yīng)該包含三維虛擬海洋（海底、海面）、氣象環(huán)境（雨、雪、霧等）、虛擬天空（云、風(fēng)、太陽等）、三維實體模型（軍艦、來襲武器、拖曳體等）和聲音（海水聲、風(fēng)聲、以及各種模型的運動聲音效果等）。實現(xiàn)海洋戰(zhàn)場環(huán)境三維虛擬海洋的首要任務(wù)是完成三維實體建模和模擬三維虛擬海洋，三維虛擬海洋包括海底地形和海面的構(gòu)造，海底地形是指海底或河床的一部分，其地勢起伏可測或具有明顯的地形輪廓[4]。海面的構(gòu)造主要包括海面的波浪、海風(fēng)生成的浪花、泡沫、飄浮物等動態(tài)效果[5]。在此基礎(chǔ)上才能更好地構(gòu)造其他環(huán)境模型。這一切，構(gòu)成了整個海戰(zhàn)視景仿真平臺的多媒體效果的基礎(chǔ)。虛擬海戰(zhàn)場多媒體環(huán)境構(gòu)建如圖1所示。

圖1 虛擬海戰(zhàn)場多媒體環(huán)境構(gòu)建

1.2 虛擬多媒體技術(shù)框架設(shè)計

本文中采用了Vega Prime軟件進(jìn)行虛擬多媒體的視景仿真的設(shè)計和模型構(gòu)建，本節(jié)介紹如何進(jìn)行框架的設(shè)計和構(gòu)造，這一部分的設(shè)計步驟包括如下：首先進(jìn)行虛擬多媒體模型的預(yù)處理，包括了界面的設(shè)計和程序代碼的編寫和設(shè)計。在本階段，要進(jìn)行模型的建立，軟件使用Multigen Creator，建立海戰(zhàn)場景下的各種模型，并生成大地、海、空、天等場景；第二步是圖形界面的設(shè)計，其中包括了環(huán)境設(shè)置，初始位置的設(shè)置，模型設(shè)置等，以及爆炸、碰撞、煙霧、轟鳴等特效設(shè)計都要包括在其中；第三步是程序的設(shè)計編寫，它是完成整個虛擬多媒體技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵和難點，通過代碼的編寫，為用戶提供其所需要看到的視覺和聽覺上的多媒體場景效果。并通過它調(diào)用庫函數(shù)生成模型庫，還可以通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)對多媒體場景的控制。整個場景收到仿真數(shù)據(jù)的作用而進(jìn)行驅(qū)動和視景仿真。要實現(xiàn)很好的實戰(zhàn)效果，這其中又包括了驅(qū)動程序的算法的實現(xiàn)，數(shù)據(jù)的實時處理，引信爆炸及碰撞的檢測和作用、場景的切換和控制等。整個海戰(zhàn)場虛擬多媒體視景環(huán)境的構(gòu)建框圖如圖2所示。

圖2 基于Vega Prime虛擬海戰(zhàn)多媒體視景框架

1.3 實體建模實例

采用MultiGen Creator進(jìn)行實體視景建模，它是一個高度專業(yè)化的建模工具，專門創(chuàng)建用于視景仿真的實時三維模型，Creator使得輸入、結(jié)構(gòu)化、修改、創(chuàng)建原型和優(yōu)化模型數(shù)據(jù)庫更容易。不僅可用于大型的視景仿真，也可用于娛樂游戲環(huán)境的創(chuàng)建。模型建造的基本過程就是由“點”連接成“面”，由“面”變化為“體”，然后賦上材質(zhì)，貼上紋理，選擇光照。下面就以來襲武器的三維幾何建模過程為例，簡要說明該軟件的使用方法。復(fù)雜物體的幾何建模與其類似。按步驟安裝完軟件后，運行軟件，進(jìn)入Creator的主界面。在選擇好網(wǎng)格的單位和一些參數(shù)后，就可以開始建造模型了。在Face Tools中選擇面的類型，然后在調(diào)整網(wǎng)格的大小，用鼠標(biāo)在網(wǎng)格上選擇合適的點，組成面。這里選擇了把點連為多邊形。以下以建造來襲的魚雷武器模型為例，得出模型構(gòu)建的虛擬圖過程和最終效果如圖3所示。其它海戰(zhàn)環(huán)境虛擬現(xiàn)實多媒體技術(shù)構(gòu)建不再詳細(xì)的一一舉例。

圖3 來襲的魚雷武器虛擬現(xiàn)實構(gòu)建

2 視景仿真系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信傳輸，實現(xiàn)虛擬海戰(zhàn)場的畫面及聲音等多媒體效果與仿真模型數(shù)據(jù)的同步和一致。如果不能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)即時通信，就難以實現(xiàn)真正的海戰(zhàn)模擬視景仿真，更談不上遠(yuǎn)程指揮與控制。要實現(xiàn)整個海戰(zhàn)場視景仿真的系統(tǒng)和效果，需要設(shè)計和建立本系統(tǒng)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信和傳輸。根據(jù)仿真系統(tǒng)的設(shè)計和要求，需要建立一個分布式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，一般在建立分布式應(yīng)用時最常用的就是客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）模型，方案中客戶應(yīng)用程序向服務(wù)器程序請求服務(wù)。這種方式隱含了在建立C/S間通訊時的非對稱性。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信組網(wǎng)的實現(xiàn)使用，套接字編程均采用C/S模型的協(xié)作模式，即由客戶進(jìn)程向服務(wù)器進(jìn)程發(fā)出請求，服務(wù)器進(jìn)程執(zhí)行被請求的任務(wù)并將響應(yīng)結(jié)果返回給客戶進(jìn)程。系統(tǒng)對每一幀的處理分為App（應(yīng)用）、Cull （截?。?、Draw（繪制），繪制的過程中實現(xiàn)OpenGL的功能，就要求響應(yīng)在vsChannel的EVENT_POST_DRAW或EVENT_PRE_DRAW 事件，其中EVENT_PRE_DRAW表示在已創(chuàng)建通道之后，開始場景繪制之前通知該事件訂閱者，EVENT_POST_DRAW則表示在繪制通道之后，調(diào)用交換緩沖器之前通知該事件訂閱者。關(guān)鍵代碼實現(xiàn)如下：

Int CMyApp： ： configure （ ）

{vpChannel *channel = *vpChannel： ： begin （ ） ；

channel - > addSubscriber （ vsChannel： ： EVENT_POST_DRAW， this） ；

}void CMyApp：： notify （ vsChannel： ： Event， const vsChannel *channel， vrDrawContext *context）

{switch（event）{case vsChannel：：EVENT_PRE_DRAW：

vsChannel：：EVENT_POST_DRAW：

//這里添加OpenGL繪制代碼}break；} }}}

3 系統(tǒng)仿真實現(xiàn)及網(wǎng)絡(luò)測試

基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬多媒體技術(shù)的海戰(zhàn)平臺視景仿真實現(xiàn)和設(shè)計中，首先進(jìn)行海戰(zhàn)場多媒體平臺的設(shè)計和渲染，設(shè)計的方法前面已經(jīng)介紹，虛擬多媒體技術(shù)設(shè)計是在Vega Prime 2.0軟件平臺上實現(xiàn)和完成的。設(shè)計得到的海洋環(huán)境如圖4所示，

圖4 海戰(zhàn)場環(huán)境視景效果圖

本系統(tǒng)的開發(fā)測試首先是在基于上述構(gòu)建的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信平臺的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建一個的客戶端，這客戶端是一個基于對話框的MFC應(yīng)用程序，根據(jù)C/S模型，進(jìn)行相關(guān)的程序開發(fā)，并利用socket進(jìn)行計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)測試和通信。實現(xiàn)對海戰(zhàn)場的實時控制和視景仿真指揮，和數(shù)據(jù)信息的傳輸。網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)后測試的效果參數(shù)圖如圖5所示，通過測試效果看出，虛擬海戰(zhàn)場的作戰(zhàn)模型數(shù)據(jù)能與客戶端和聯(lián)機(jī)實現(xiàn)有效的網(wǎng)絡(luò)傳輸和信息共享，通過仿真及網(wǎng)絡(luò)通信效果顯示，數(shù)據(jù)傳輸性能穩(wěn)定，實時性能好，無差錯，并能實現(xiàn)視景仿真端信息的回傳和參數(shù)在界面的準(zhǔn)確顯示和定位。

圖5 計算機(jī)組網(wǎng)和參數(shù)傳輸效果測試

4 結(jié) 語

本文采用Creator及Viga Prime軟件實現(xiàn)海戰(zhàn)場視景環(huán)境和作戰(zhàn)兵器的建模，實現(xiàn)艦船及尾流的視景仿真，采用多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實艦船航行、爆炸等聲音效果。同時，基于TCP/IP協(xié)議構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程的控制和數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)平臺及視景效果展示了本系統(tǒng)具有很好的應(yīng)用功能。下一步將對其繼續(xù)開發(fā)，使得海戰(zhàn)場作戰(zhàn)模型更加多樣化，視聽效果更加逼真，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定。

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