國內(nèi)外軍事仿真系統(tǒng)引擎發(fā)展概況

徐磊

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真被大量運(yùn)用到軍事領(lǐng)域，運(yùn)用仿真訓(xùn)練系統(tǒng)對(duì)官兵進(jìn)行模擬訓(xùn)練是目前很多國家軍事訓(xùn)練所采用的一種重要手段。本文介紹了國內(nèi)外軍事仿真訓(xùn)練系統(tǒng)引擎的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)于促進(jìn)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)在我軍軍事訓(xùn)練中的應(yīng)用，提供理論參考的意義。

關(guān)鍵詞：仿真系統(tǒng);軍事;發(fā)展

一、國外軍事仿真系統(tǒng)引擎技術(shù)的發(fā)展概況

美國軍事部門一直是軍事仿真系統(tǒng)的主要開發(fā)者，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最早由美國航空航天局（NASA）和軍事部門為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真提出并開發(fā)出來的一項(xiàng)高端技術(shù)。從90年代初起，美國率先將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于軍事領(lǐng)域，他們先后研制出了各種各樣的仿真訓(xùn)練系統(tǒng)供部隊(duì)訓(xùn)練，這種訓(xùn)練方式不僅節(jié)省了訓(xùn)練費(fèi)用，而且提高了訓(xùn)練質(zhì)量。歸納起來，主要用于以下幾個(gè)方面：

1.構(gòu)建虛擬戰(zhàn)場環(huán)境

通過相應(yīng)的三維戰(zhàn)場環(huán)境圖形圖像庫，包括作戰(zhàn)背景、戰(zhàn)地場景、各種武器裝備和作戰(zhàn)人員等，為使用者創(chuàng)造一種險(xiǎn)象環(huán)生、逼近真實(shí)的立體戰(zhàn)場環(huán)境，以增強(qiáng)其臨場感覺，提高訓(xùn)練質(zhì)量。例如，技術(shù)研究與試驗(yàn)建模體系結(jié)構(gòu)（MATREX）項(xiàng)目是美國陸軍最重要的建模與仿真環(huán)境，該項(xiàng)目可以提供統(tǒng)一的建模仿真架構(gòu)、輔助工具以及基礎(chǔ)設(shè)施，使得具有各種分辨率的真實(shí)、虛擬和構(gòu)造的軍事應(yīng)用之間的集成和使用便得非常容易;在阿富汗和伊拉克戰(zhàn)爭中，美軍采用綜合了航空照片、衛(wèi)星影像和數(shù)字高層地形數(shù)據(jù)來生成高分辨率的作戰(zhàn)區(qū)域三維地形環(huán)境，以幾乎一致的三維環(huán)境來訓(xùn)練執(zhí)行任務(wù)的戰(zhàn)斗機(jī)飛行員。

2.進(jìn)行單兵模擬訓(xùn)練

仿真訓(xùn)練系統(tǒng)最早就是針對(duì)單兵操作武器裝備的，因此在單兵訓(xùn)練系統(tǒng)中的應(yīng)用也最為廣泛和成熟。例如美國的“F-16”戰(zhàn)斗機(jī)虛擬訓(xùn)練模擬器采用了三維圖形可視化生成系統(tǒng)、全封閉立體頭盔顯示器、三維交互式聲音合成技術(shù)、Provision高性能圖形工作站等先進(jìn)的技術(shù)手段，并設(shè)計(jì)了與實(shí)物同樣大小的戰(zhàn)斗座艙;來自佛羅里達(dá)Raydon公司的虛擬勇士互動(dòng)（VWI）訓(xùn)練機(jī)幫助士兵在虛擬的戰(zhàn)場進(jìn)行訓(xùn)練并與仿真的車隊(duì)、坦克、裝甲車和直升機(jī)進(jìn)行互動(dòng);2010年，美國空軍已經(jīng)采購了空軍的建模與仿真訓(xùn)練工具包（AFMSTT）用于開發(fā)空中戰(zhàn)爭仿真（AWSM）模型，該模型提供了一個(gè)大型仿真環(huán)境，并被用于更多的軍事訓(xùn)練中;目前，美軍軍方宣布正式采用CryEngine 3游戲引擎，作為軍方Dismounted Soldier這一仿真模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的引擎，預(yù)計(jì)將在2012年1月完成整套系統(tǒng)的整合。

3.進(jìn)行近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練

運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分布式交互仿真并結(jié)合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，通過作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練中心控制設(shè)置在不同地域的作戰(zhàn)單位及各級(jí)指揮官處的模擬系統(tǒng)終端來實(shí)現(xiàn)不同地域、相同環(huán)境的模擬作戰(zhàn)訓(xùn)練。例如，美國陸軍的“近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)”（CCTT）采用先進(jìn)的主干光纖系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)并結(jié)合分布式交互仿真，建立一個(gè)虛擬作戰(zhàn)環(huán)境，能夠仿真包括“艾布拉姆斯”坦克、“布雷得利”戰(zhàn)車、HUMVEES武器系統(tǒng)在內(nèi)的多種武器裝備，供作戰(zhàn)人員在人工合成環(huán)境中完成作戰(zhàn)訓(xùn)練任務(wù)。

4.進(jìn)行諸軍兵種聯(lián)合演練

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，通過建立一個(gè)虛擬戰(zhàn)場，使參戰(zhàn)多方同處其中，并結(jié)合高度逼真的合成虛擬環(huán)境進(jìn)行對(duì)抗作戰(zhàn)演習(xí)和訓(xùn)練。例如，美軍開發(fā)的大規(guī)模合成虛擬訓(xùn)練環(huán)境（STOW）、聯(lián)合訓(xùn)練仿真系統(tǒng)（JISMS）等。美軍最近幾年舉行的一系列大規(guī)模軍事演習(xí)，如“千年挑戰(zhàn)2002”的聯(lián)合軍事演習(xí)（Millennium Challenge 2002， MC02）、虛擬紅旗（Virtual Red Flag）、“統(tǒng)一探索2006”軍事訓(xùn)練等都是在這些系統(tǒng)上完成的。這些演習(xí)幾乎都使用了跨全美的虛擬合成地理環(huán)境，其中包括了不同逼真度的動(dòng)態(tài)地形、各種道路、武器毀傷對(duì)物體與地形的影響和各種自然現(xiàn)象等。

二、國內(nèi)軍事仿真系統(tǒng)引擎技術(shù)的發(fā)展概況

我國是發(fā)展和應(yīng)用模擬訓(xùn)練技術(shù)較早的國家之一，先后研制成功了各種配套的飛行模擬器、防空導(dǎo)彈武器指揮控制模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。相繼掌握了計(jì)算機(jī)成像、圖形、圖像顯示技術(shù)、多媒體技術(shù)以及精確控制機(jī)體和彈體運(yùn)動(dòng)平臺(tái)技術(shù)等。二十世紀(jì)九十年代在分布式交互仿真（DIS）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)和計(jì)算機(jī)生成兵力（CGF）技術(shù)等方面的研究和應(yīng)用上獲得了跨越式發(fā)展，如成功研制空中飛行模擬試驗(yàn)機(jī)，建成了基于DIS和HLA混合坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)以及虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的綜合防空多武器平臺(tái)仿真示范系統(tǒng)等。

自1996年起，北京航空航天大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在國家863計(jì)劃地支持下，與浙江大學(xué)、國防科技大學(xué)、海軍潛艇學(xué)院、裝甲兵工程學(xué)院等單位共同研發(fā)建立分布式虛擬環(huán)境基礎(chǔ)信息平臺(tái)（Distributed Virtual Environment Network，DVENET）。DVENET通過專用廣域計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將不同地理位置的虛擬仿真終端互聯(lián)，整合到虛擬戰(zhàn)場中，進(jìn)行異地協(xié)同操作與戰(zhàn)術(shù)演練。DVENET主要由系統(tǒng)環(huán)境和一系列開發(fā)環(huán)境構(gòu)成，基于DIS標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，解決了一些關(guān)鍵問題，為今后的研究提供了理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

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