基于Unity3D的破甲彈作戰(zhàn)視景仿真

【摘要】為了真實(shí)地展現(xiàn)某型破甲彈的作戰(zhàn)過程，首先利用Maya軟件建立了破甲彈、藥型罩、坦克以及打擊目標(biāo)的模型，并將模型導(dǎo)入到Unity3D中，其次采用Unity3D自帶的地形系統(tǒng)建立了視景仿真的場景，最后根據(jù)某型破甲彈的作戰(zhàn)使用情況，設(shè)計了仿真動畫、特效以及坦克行駛路徑等效果，實(shí)現(xiàn)了某型破甲彈的作戰(zhàn)效果視景仿真。

【關(guān)鍵詞】破甲彈|作戰(zhàn)過程|Unity 3D|視景仿真

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，坦克，裝甲車等裝甲兵器依然占領(lǐng)重要地位，影響著戰(zhàn)爭的走勢。破甲彈是典型的反裝甲彈藥，在反裝甲能力上具有較高的侵徹能力和瞬時殺傷力，在反裝甲目標(biāo)的戰(zhàn)斗中有其重要的優(yōu)勢。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，仿真技術(shù)也日漸成熟，由計算機(jī)仿真系統(tǒng)和真實(shí)裝備數(shù)據(jù)建立仿真系統(tǒng)組成仿真環(huán)境，能夠再現(xiàn)武器裝備的作戰(zhàn)使用情況，因此，通過視景仿真技術(shù)，讓原本只能在現(xiàn)場觀察到的破甲彈毀傷效果得以在計算機(jī)上進(jìn)行形象化的演示[1]，為破甲彈的使用提供較為真實(shí)的作戰(zhàn)效果。

本文通過分析某型坦克用破甲彈的作用原理及作用過程，利用Maya建立破甲彈和坦克等模型，將模型導(dǎo)入Unity3D中，建立整個仿真的框架系統(tǒng)，最終完成某型破甲彈作戰(zhàn)過程視景仿真。

一、仿真模型建立

破甲彈的侵徹過程涉及較為復(fù)雜的過程動畫，在建模方面準(zhǔn)備采用Maya進(jìn)行建模。其內(nèi)嵌編程語言（Mel）使Maya中幾乎任何部分都可以被自定義設(shè)置，使得Maya更符合本文設(shè)計的工作流程[2]。

破甲彈外形由Bezier曲線創(chuàng)建，通過點(diǎn)擊確認(rèn)起始點(diǎn)，終點(diǎn)，然后通過添加錨點(diǎn)的方式，拉伸曲率，即可完成基本的破甲彈草圖，再用擠出命令，擠出破甲彈的基本形狀。在擠出完破甲彈的基本外形后，利用Maya的多邊形工具建立破甲彈的重要部件，再結(jié)合布爾運(yùn)算、擠出、橋接等代碼運(yùn)算功能，可以完成破甲彈模型的建立，如圖1所示。

坦克和打擊目標(biāo)模型同樣利用Maya的多邊形功能中的立方體、圓柱、多邊形管道進(jìn)行建立。在建立過程中可以利用Bezier曲線或者CV曲線加以輔助，擠出部分按照坦克及打擊目標(biāo)的形狀進(jìn)行設(shè)計。

二、基于Unity 3D破甲彈作戰(zhàn)過程視景仿真

（一）場景的建立

仿真場景的建立采用Unity3D自帶的地形（Terrain）模塊。該模塊能夠在scene窗口創(chuàng)建一個plane然后通過地形功能中的Raise/Lower Terrain來升起或下陷地形，使一塊原本平坦的地面產(chǎn)生山地等地形效果，再配合Smooth Height（平滑部分尖銳的突起下凹）等筆刷功能，即可創(chuàng)建將要使用的地形場，建立完成的仿真場景如圖2所示。

（二）仿真模擬

首先將Maya中建立的破甲彈、坦克、目標(biāo)模型皆轉(zhuǎn)為Fbx，導(dǎo)入到Unity 3D中，在場景中調(diào)整大小位置，為后續(xù)的仿真設(shè)計奠定基礎(chǔ)，其中坦克導(dǎo)入后的坦克模型如圖3所示。

模型導(dǎo)入后需要對模型進(jìn)行功能添加，以實(shí)現(xiàn)仿真效果。對于坦克其需要的功能有移動，武器系統(tǒng)，音頻聲音等，因此首先在移動上，需要改變模型在三維坐標(biāo)上的一個坐標(biāo)變量（Transform），而改變坐標(biāo)位置，對于坦克的轉(zhuǎn)動需要采用Rotation來控制旋轉(zhuǎn)，在音源方面只需要建立一個音頻庫，在需要的時候用過腳本控制播放就可以了，而對于坦克武器系統(tǒng)，需要通過調(diào)用實(shí)例化炮彈模型并施加一個力在剛體上，使炮彈發(fā)射出去，最終碰到目標(biāo)。在這次仿真系統(tǒng)設(shè)計中，功能方面是通過C#來實(shí)現(xiàn)的[3]。

（三）破甲彈毀傷過程動畫

通過對破甲彈侵徹過程的分析，結(jié)合Maya軟件的動畫系統(tǒng)，破甲彈毀傷過程動畫包括下面幾個部分：

第一階段為不穩(wěn)定飛行階段，此時炮彈剛剛出膛，尾翼尚未完全打開，飛行也不穩(wěn)定，而在編輯動畫候只需將破甲彈的旋轉(zhuǎn)軸偏離法線30°左右，即可達(dá)到效果，如圖4所示。

第二階段為尾翼張開穩(wěn)定低旋飛行，該階段由于破甲彈的在飛行時候并非靠自身旋轉(zhuǎn)達(dá)到飛行穩(wěn)定，所以在經(jīng)過短暫的飛行后，尾翼逐漸打開，破甲彈即可在不依靠高轉(zhuǎn)速的情況下達(dá)到穩(wěn)定飛行狀態(tài)。

第三階段為戰(zhàn)斗部爆炸，在碰撞檢測后實(shí)現(xiàn)引信將觸發(fā)炸藥，戰(zhàn)斗部發(fā)生，金屬射流逐漸生成，爆炸效果如圖5所示。

（四）Unity3D中的動畫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

Unity3D 的 Mecanim 動畫系統(tǒng)可以直接復(fù)用 Maya中制作的動畫文件中的數(shù)據(jù)，將Maya的動畫文件導(dǎo)入到場景中后，在監(jiān)測欄中，先在RIG中勾選Generic，和Animation中的Import Animation，否則在場景中動畫是無法運(yùn)行的，再從Avatar Definition模型中創(chuàng)建骨骼。在Animation選項(xiàng)卡中，主要為動畫進(jìn)行一個K幀分段，通過破甲彈對目標(biāo)毀傷作用的了解、分析和分解，將動畫分段并為動畫建立基礎(chǔ)層[4]，最后通過代碼設(shè)計和測試實(shí)現(xiàn)了動畫觸發(fā)后的循環(huán)播放。

三、結(jié)語

本文采用視景仿真技術(shù)建立了某型破甲彈的作戰(zhàn)過程。視景仿真技術(shù)是計算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展的一個分支，隨著仿真技術(shù)的發(fā)展未來的視景仿真系統(tǒng)，可以通過建立模型庫、歷史實(shí)驗(yàn)資料庫與武器裝備數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)仿真場景等信息數(shù)據(jù)庫，建立全方位、多層次、多視角的視景仿真平臺，并在視景仿真的基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的支撐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)過程進(jìn)行聲、光、視景全方位模擬，從直觀上表現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中各種軍事演習(xí)，武器試驗(yàn)等全過程的模擬仿真。中國軍轉(zhuǎn)民

參考文獻(xiàn)

[1]吳亞峰，杜化美，張月霞等.Unity4 3D開發(fā)實(shí)戰(zhàn)詳解[M].北京：人民郵電出版社，2013：200-350.

[2]韓世峰.破甲彈對運(yùn)動體斜侵徹的仿真研究[D].中北大學(xué)碩士論文，2013：2-11.

[3]張延，余紅英等.基于Unity3D/3DMAX的導(dǎo)彈視景仿真系統(tǒng)[J].科技視界，2013：18-28.

[4]曾宗元.帶誤差破甲彈射流特性及其對高速靶板斜侵徹的仿真研究[J].爆炸與沖擊，1988：1-2.

（作者單位：郭秋萍，駐沈陽地區(qū)第二軍事代表室；鄢芳勇，北方工程設(shè)計研究院有限公司；單誼，遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司；王巖，沈陽億贏機(jī)械零部件科技有限公司）