羅澤峰　單廣超

摘 要：有效構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)絡聯(lián)機下的多媒體虛擬海戰(zhàn)視景仿真平臺構建，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。基于TCP/IP協(xié)議和C/S模型構建網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)了遠程的控制和數(shù)據(jù)傳輸。設計和測試效果表明，構建的海戰(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統(tǒng)一，網(wǎng)絡測試效果也展現(xiàn)了良好穩(wěn)定的聯(lián)機傳輸和遠程控制的性能。視景仿真平臺的進一步開發(fā)將具有很大的應用前景。

關鍵詞：網(wǎng)絡；多媒體；海戰(zhàn)；視景仿真

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

0 引 言

隨著軍事訓練要求的不斷加強，以及現(xiàn)代化武器裝備的列裝，高科技信息化條件下，進行一場全方位的演練演習具有很大的必要性，但耗費也必然巨大，軍事訓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和計算機網(wǎng)絡技術的綜合和應用，結合虛擬視景仿真技術，構建多媒體應用場景，搭建計算機網(wǎng)絡平臺，實現(xiàn)遠程通信和控制，以及戰(zhàn)場信息的實時傳輸，成為本系統(tǒng)設計的關鍵環(huán)節(jié)和基礎[3]，在開展武器裝備試驗和戰(zhàn)術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)技術和虛擬多媒體技術的海戰(zhàn)平臺，并實現(xiàn)戰(zhàn)場的構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，研究成果將應用在軍事訓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)境構建及框架設計

1.1 虛擬海戰(zhàn)場多媒體環(huán)境構建

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、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]。海面的構造主要包括海面的波浪、海風生成的浪花、泡沫、飄浮物等動態(tài)效果[5]。在此基礎上才能更好地構造其他環(huán)境模型。這一切，構成了整個海戰(zhàn)視景仿真平臺的多媒體效果的基礎。虛擬海戰(zhàn)場多媒體環(huán)境構建如圖1所示。

圖1 虛擬海戰(zhàn)場多媒體環(huán)境構建

1.2 虛擬多媒體技術框架設計

本文中采用了Vega Prime軟件進行虛擬多媒體的視景仿真的設計和模型構建，本節(jié)介紹如何進行框架的設計和構造，這一部分的設計步驟包括如下：首先進行虛擬多媒體模型的預處理，包括了界面的設計和程序代碼的編寫和設計。在本階段，要進行模型的建立，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計，其中包括了環(huán)境設置，初始位置的設置，模型設置等，以及爆炸、碰撞、煙霧、轟鳴等特效設計都要包括在其中；第三步是程序的設計編寫，它是完成整個虛擬多媒體技術實現(xiàn)的關鍵和難點，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、結構化、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)實多媒體技術構建不再詳細的一一舉例。

圖3 來襲的魚雷武器虛擬現(xiàn)實構建

2 視景仿真系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡組網(wǎng)設計

基于物聯(lián)網(wǎng)基礎，通過計算機網(wǎng)絡通信傳輸，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，需要設計和建立本系統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)通信和傳輸。根據(jù)仿真系統(tǒng)的設計和要求，需要建立一個分布式的網(wǎng)絡系統(tǒng)，一般在建立分布式應用時最常用的就是客戶機/服務器（C/S）模型，方案中客戶應用程序向服務器程序請求服務。這種方式隱含了在建立C/S間通訊時的非對稱性。計算機網(wǎng)絡通信組網(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，即由客戶進程向服務器進程發(fā)出請求，服務器進程執(zhí)行被請求的任務并將響應結果返回給客戶進程。系統(tǒng)對每一幀的處理分為App（應用）、Cull （截取）、Draw（繪制），繪制的過程中實現(xiàn)OpenGL的功能，就要求響應在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)絡測試

基于計算機網(wǎng)絡技術和虛擬多媒體技術的海戰(zhàn)平臺視景仿真實現(xiàn)和設計中，首先進行海戰(zhàn)場多媒體平臺的設計和渲染，設計的方法前面已經(jīng)介紹，虛擬多媒體技術設計是在Vega Prime 2.0軟件平臺上實現(xiàn)和完成的。設計得到的海洋環(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建的計算機網(wǎng)絡通信平臺的基礎上，創(chuàng)建一個的客戶端，這客戶端是一個基于對話框的MFC應用程序，根據(jù)C/S模型，進行相關的程序開發(fā)，并利用socket進行計算機網(wǎng)絡組網(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)機實現(xiàn)有效的網(wǎng)絡傳輸和信息共享，通過仿真及網(wǎng)絡通信效果顯示，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)在界面的準確顯示和定位。

圖5 計算機組網(wǎng)和參數(shù)傳輸效果測試

4 結 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)絡技術實艦船航行、爆炸等聲音效果。同時，基于TCP/IP協(xié)議構建網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)了遠程的控制和數(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，計算機網(wǎng)絡更加穩(wěn)定。

參考文獻

[1]王瑞，馬艷. 基于分數(shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻脈沖信號波達方向估計[J].兵工學報，2014，35（3）：421-427.

[2]李振興， 徐洪洲.基于經(jīng)驗模態(tài)分解的小波閾值降噪方法研究[J].科技通報，2012，2（9）：125-128.

[3]胡光波， 周勇， 徐騫. 改進向量量化算法的圖像壓縮研究[J]. 科學技術與工程， 2010， 10（14）： 3517-3519.

[4]志春，陳冠瑋. 斜因子K均值優(yōu)化數(shù)據(jù)聚類及故障診斷研究[J]. 計算機與數(shù)字工程，2014， 42（1）： 14-18.

[5]胡光波， 何席兵， 甘新年.基于分數(shù)階Fourier變化累積量的目標檢測算法[J]. 魚雷技術， 2011， 19（5）： 344-348.