水下航行器视景仿真系统的研究

表1 Rendering Method Texture Type Environment Map Tile X, Tile Y Color Depth Effects Alpha Sea State
Sea State #1
海洋模块的主要参数设置 3D(Sinusoidal) Modulate None 100, 100 61,137,233(RGB) High Quality 0.8 #1 Waveperiod Waveheight Seastate Texture
档的视景系统平台 其配置方式主要有基于 Unix 的工作站 和基于 NT 的高档微机 考虑到软件操作系统的通用性和
微机性能迅速增长的趋势 在水下航行器视景系统中选择
了高档微机 其硬件配置为
CPU 内存 显卡 声卡
P 933M × 2
1G 64M 显存 全面支持 OpenGL 1.1 版本 支持 Microsoft Direct Sound 的声卡
2 系统开发平台
2.1 开发软件
收稿日期 2001-07-05
修回日期 2001-11-23
基金项目 国防重点实验室基金资助项目(编号 JS26.9.1)
作 者 简 介 宋 志 明(1972-), 男, 内蒙古锡盟人, 博士, 研究方向为精确
制导 控制和仿真
虚拟作战视景仿真需要强有力的仿真支撑软件 近年 来曾出现多种工具和软件 如 OpenGL Vetree 3Dmax 等 而实时三维建模和仿真软件 MultiGen Creator 和 Vega 由于 其先进的功能在包括军事的各个工程领域的视景仿真开发 中得以广泛采用 其中 MultiGen Creator 是一套高逼真度 最佳优化的实时三维建模工具 拥有强大的多边形建模 矢量建模 大面积地形精确生成功能以及多种专业选项和 插件 能高效 优化地生成实时三维(RT3D)数据库 并与后续的 实时仿真软件紧密结合 完成视景仿真 它生成的 flt 文件 由于高度的逼真感 极小的磁盘空间 最少的多边形等一 系列优点而成为三维仿真领域中的标准文件格式[1] Vega 是开发实时视觉和听觉仿真 虚拟现实应用的业界领先的 软件环境 它包括图形开发环境 Lynx 一套应用编程接口 一系列相关的库 Audio Works2 实时多通道音响系统以及 丰富的可选模块以增强在特定应用中的功能[2] 在 Vega 的 图形界面 Lynx 中 把用 Creator 建立的各种 flt 模型文件添 加到场景中 设置了系统的初始化参数等之后 就可以对 各个模型设定放置位置 运动方式 视点位置 视点方式 特殊效果 物体和视点的运动方式都有两种方式 路径设 置和数据读入 路径设置可以在 Lynx 中直接进行 而数据 读入 包括实时和非实时两种 则需要编写程序 Vega 提
前已叙及海底需加雾以模拟水下环境 而其浓度一般 远大于海面上要求的雾效果 因此当视点移至海面上时 看不到远处景物和天空云彩 为此 可在 Vega 基本模块的
Environment Effect 中建立一个 地面雾 Ground Fog 效果 使其高度为 0 可见范围根据海底需要的雾浓度设 置 这样解决了海面上下雾浓度不一致的矛盾
海底环境有如下特点 深度大且随深度明暗变化较 大
面 1621
顶点 6350
文件大小 419K
(a) 导弹驱逐舰
Animation
螺旋桨 雷 达
面
顶点
文件大小 Animation
341
1342
89K
螺旋桨
b 鱼雷
图 1 部分实体模型图
面积宽广 建模时尺寸应当充分大 海水从底部向上看是 半透明的流动效果 为此在建立海下模型时采用以下步骤
万方数据
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系统仿真学报
2002 年 6 月
供了很多 API 函数来进行数据的读入 在 Lynx 中设置好各 种参数之后生成 adf 文件 这些 adf 文件可以直接利用 Vega 基本可执行文件来生成实时应用 也可以利用 C 或者 C++ 语言编写程序 解算数学模型或读入数据 控制视点方式 特殊效果的触发等等 经编译链接生成可执行文件之后 在命令行中输入 adf 文件名 从而生成实时应用
由海洋模块所建立的海面从底部看是透明的 为了从
万方数据
第 14 卷第 6 期
宋志明, 等 水下航行器视景仿真系统的研究
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水底向上看时能看到海面 可以采用以下方法 海底建模 时把顶面设置为单面透明的面 再使正面 不透明面 向 下 赋予半透明材质 alpha 值为 0.8 并贴上水的 rgb 图 片
第14 卷第6 期 2002 年 6 月
文章编号 1004-731X (2002) 06-0761-04
系统仿 真 学 报 JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION
Vol. 14 No. 6 June 2002
水下航行器视景仿真系统的研究
宋志明, 康凤举 唐 凯 高立娥 褚彦军
西北工业大学航海工程学院 西安 710072
2.2.2 软件需求
操 作 系 统 Microsoft windows NT4.0 或 Windows 2000
编程语言 Microsoft Visual C++5.0 以上
3 实体建模及海洋环境效果的生成
3.1 建立实体模型
本系统需建立的模型有舰艇类(包括航母 驱逐舰 护 卫舰 舰载直升机)以及被击毁后的各舰艇残骸 潜艇及其 残骸 鱼雷 水雷等实体模型 为了在仿真时能更方便地组 合各个模型和最少地使用系统资源 需要对模型作一规划 包括模型的种类 模型的数量 模型统一的尺码 基本的 X Y Z 和 H P R 的方向 每个模型的朝向 位置以及每个 模型最大的多边形数量等 为了节省系统资源 还应该合理 设置 LOD 的层数 每个层次间的切换距离 纹理的大小等 使用 MultiGen Creator 2.4.1建立的部分实体模型如图 1(a)和(b) 示
3.2 海底地形的建模
MultiGen Creator 中的选项 MultiGen Terrain 是一种 快速创建大面积地形/地貌数据库的工具[3] 根 据地形高 程数据和该区域的特定地理纹理数据 选择不同精度的 栅格数据多边形化的算法 可快速地生成海底地形 真实
地再现海底战场环境[4]
3.3 海洋环境的生成技术
SOቤተ መጻሕፍቲ ባይዱG Zhi-ming, KANG Feng-ju, TANG Kai, GAO li-e, CHU Yan-jun
Marine college ,Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China
Abstract: Based on software platform MultiGen Creator and Vega, the visual simulation system of autonomous underwater vehicle was developed. The software and hardware requirements of the vision node were proposed. The solution to a series of key techniques was discussed; such as the modeling method based on Creator, the effect generation of ocean environment based on modeling and Vega software environment, the development of visual simulation software and the implement of whole system. The simulation results show that this visual simulation system can realistically demonstrate the simulation process of autonomous underwater vehicle and besides, it satisfies the real time requirement of system simulation. Keywords: autonomous underwater vehicle; DIS; visual simulation; MultiGen Creator; Vega
最后 利用声音模块实时加入各种舰船发动机 海水 拍击海岸 舰载直升机发动机 鱼雷发射 鱼雷探测声波 以及爆炸等等的声响 从而形成一个非常逼真的水下战场 环境
2.2 开发软件运行环境需求
2.2.1 硬件需求
水下航行器的视景仿真 其场景范围大 内容丰富多
变 场景中运动实体的种类 数量多 且交互性复杂 需
要解决许多关键技术 如视点的选择和切换 动态地形的
生成和管理 地形匹配及跟踪 碰撞检测及战场动态效果
等等 所有这一切都需要海量地计算 为了满足系统的这
些要求 并同时获得较好的实时性及逼真度 必须选择高
现等关键技术 仿真结果表明 该视景系统逼真地演示出水下航行器仿真过程 并且满足系统仿
真的实时性要求
关键词 水下航行器 DIS 视景仿真 MultiGen Creator Vega
中图分类号 TP391.9
文献标识码 A
Research on Visual Simulation System of Autonomous Underwater Vehicle
10 10 Sea4.int
设 置 云 和 雾 则 用 Vega 基 本 模 块 的 Environment Effect 在该面板中新建一个名为 Sky 的环境效果 Type 选为 Box Clouds , Color 为白色 其它值为默认值 然后在 Environment 中选择合适的天空颜色 在预览中 就能看到海面和天空了 在 Environment 中设置一个雾 效果 Fog 远近的距离可以在预览时动态调整
a. 在 Creator 中新建一个长方体 长宽各为 10000 高 深 为 1000
b. 把 6 个面都翻转一次 使其可见面朝向里面 这样 在 海洋 中才能见到这些面
c. 前后左右四个面贴上颜色由上至下逐渐变暗的纹理 d. 去掉底面 用 Import 命令读取前面建立的海底 地形模型 如在视景仿真程序中再加上实时生成的蓝色雾效果 就形成了逼真的海洋环境 海面环境的逼真效果可利用 Vega 中的海洋模块来建 立[5] 首先 用该模块菜单栏的 Ocean 项中 New 命 令建立一个海洋 根据视点范围对静态和动态海面范围进 行 设 置 在 Observer 下 拉 式 菜 单 中 选 择 一 个 视 点 Observer 后 在 Active Preview 中就能预览到整个 的海面 然后 调整海面的纹理 波浪等 表 1 显示了本 系统海面各项主要参数的设置情况
摘 要 基于软件平台 MultiGen Creator 和 Vega 开发出 DIS 环境下水下航行器视景仿真系统
提出了视景节点的软硬件配置要求 论述了基于 Creator 的实体建模方法 基于 creator 建模和 Vega
软件环境的海面 水下等海洋环境效果的生成方法 视景仿真软件的开发过程以及整体系统的实
在陆地和空中的虚拟战场视景仿真方面 近年来已取 得大量研究成果 但对于水下战场的视景模拟 尤其是基 于先进的仿真软件平台 MultiGen Creator 和 Vega 国内外 研究并不多见 为此 我们利用 MultiGen Creator 和 Vega 平台开发出用于水下航行器分布交互仿真的视景仿真系 统 本文将就该系统的软硬件配置及各关键技术作一阐述
1 引言1
水下航行器将是未来战争的重要组成部分 深入研究 水下航行器作战对抗仿真技术 对于缩短水下武器系统研 制周期 提高对抗作战效能有着重要的作用 为了将基于 多武器平台的水下作战仿真过程及作战环境直观地表现出 来 有必要研制新一代逼真的实时视景仿真软件 将各仿 真节点所产生的信息数据实时转换为可被感受的场景动画 和声响 以利于仿真实验人员在线地对仿真过程和仿真结 果进行分析 评判和决策