作战仿真 STOW -战争综合演练场
美军建模与仿真网上信息概览
美军建模与仿真网上信息概览（1）摘要：本文通过美军披露在互联网上公开网页中的大量信息来追踪美军的仿真模拟的组织机构，技术体系，应用系统，学术活动等，并选择“美国国防部建模与仿真办公室”（DMSO－Defense Modeling and Simulation office）下属的“建模与仿真信息分析中心”（MSIAC－Modeling and Simulation InformationAnalysis Center）列出的建模与仿真网页目录，概要地介绍美军仿真与模拟的概貌以及有关情况。
关键词：美军仿真建模今天，越来越多的国家重视“超前的智能较量”。
西方发达国家，特别是美国，在这方面做了大量的工作，并取得了一些成功的范例。
“海湾战争”、“科索沃冲突”等近期的几场高技术局部战争，都包含有大量“超前智能较量”的内涵。
前不久，美国又进行了太空战模拟演习，充分表明了他们对于仿真模拟的重视。
在这种形势下，我们有必要对美军仿真模拟的组织机构、技术体系、应用系统、学术活动等进行分析研究。
本文选择“美国国防部建模与仿真办公室”和国防部信息技术中心（DTIC—— Defense Technical Information Center）协同主办的“建模与仿真信息分析中心”（MSIAC）列出的建模与仿真网页目录，并循此目录探讨美军仿真与模拟情况。
1 美军建模与仿真（M&S）的主要网页l.1 关键的建模与仿真网页（Key M&S Sites）DMSO，国防部建模与仿真办公室（Defense Modeling and Simulation opce）。
HLA，国防部高级体系结构（DoD High Level Architecture）。
MSRR，建模与仿真资源知识库（Modeling & Simulation Resource RePosi－tory）。
1.2 联合建模与仿真网页（Joint M&S Sites）ALSP，聚合级仿真协议（Aggregate Level Simulation Protocol）。
舰船作战系统仿真技术应用研究_邓建辉
第29卷第6期指挥控制与仿真V ol.29 No.6 2007年12月 Command Control & Simulation Dec.2007 文章编号：1673-3819(2007)06-0082-04舰船作战系统仿真技术应用研究邓建辉（海军装备研究院系统所，北京 100073）摘要：阐述了系统仿真中涉及的新技术，介绍了仿真新技术在国内外舰船作战系统中的应用情况，分析了我国舰船仿真技术的发展现状及与国外的主要差距，提出了舰船作战系统仿真应用的建议。
关键词：仿真技术；仿真应用；舰船作战系统中图分类号：TP391.9；E917 文献标识码：AApplication Research of Simulation Technology of Shipborne Combat SystemDENG Jian-hui(System Research Institute of Naval Academy of Armament, Beijing 100073, China) Abstract: This paper summarizes new technologies of simulation system, and introduces their application in shipborne combat system of our country and foreign countries. It analysis the development state of our military simulation technology and its major differences to the foreign countries, and puts forward the development ways of the simulation application for shipborne combat system in future.Key words:simulation technology; simulation application; shipborne combat system仿真技术在国防和国民经济领域有着巨大的应用潜力和极大的应用价值。
雷小永-ch7 分布式虚拟环境DVE
DIS Standards ( IEEE Standard 1278）
IEEE 1278-1993 - Standard for Distributed Interactive Simulation Application protocols IEEE 1278.1-1995 - Standard for Distributed Interactive Simulation Application protocols IEEE 1278.1-1995 - Standard for Distributed Interactive Simulation Application protocols - Errata (May 1998) IEEE 1278.1A-1998 - Standard for Distributed Interactive Simulation Application protocols IEEE-1278.2-1995 - Standard for Distributed Interactive Simulation Communication Services and Profiles IEEE 1278.3-1996 - Recommended Practice for Distributed Interactive Simulation - Exercise Management and Feedback
本讲内容： 分布式虚拟环境介绍 分布式虚拟环境的设计原则 分布式虚拟环境的多维属性
DVE资源
Winter Simulation Conference IEEE/ACM NetGames Interactivity-Constrained Server Provisioning in Large-Scale Distributed Virtual Environments ，IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems - TPDS , vol. 23, no. 2, pp. 304-312, 2012 An approach to tuning distributed virtual environment performance by modifying terrain ,H. Lally Singh, Denis Gračanin, Krešimir Matković ,Published in 2012. On Delay Adjustment for Dynamic Load Balancing in Distributed Virtual Environments ,Yunhua Deng, Rynson W. H. Lau Journal: IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics - TVCG , vol. 18, no. 4, pp. 529-537, 2012 Comparison of predictive contract mechanisms from an information theory perspective , Xin Zhang, Tomás Ward, Séamus Mcloone Journal: ACM Transactions on Multimedia Computing, Communications, and Applications - TOMCCAP , pp. 1-18, 2012 An approach to Distributed Virtual Environment performance modeling: Addressing system complexity and user behavior ,H. Lally Singh, Denis Gracanin Conference: Virtual Reality, IEEE Annual International Symposium - VR , pp. 71-72, 2012 MS 2012 papers
什么是“虚拟现实 ”综述
什么是“虚拟现实+”？■赵沁平（中国工程院院士、虚拟现实技术与系统国家重点实验室主任）赵沁平教授长期从事计算机软件、虚拟现实技术等方向的科研工作，主持完成了国家自然科学基金，国家863计划、国防科技预研等二十余项国家科技计划项目。
在我国，他带领团队最早开发建立了分布式虚拟环境，研制了实时三维图形平台，分布交互仿真应用程序运行平台等虚拟现实的基础软件，特别是他组织研发了虚实融合的飞机驾驶舱设计评估系统、机械装置拆装维护训练系统、北京奥运会开幕式节目创意仿真与流程监控系统、建国60周年国庆阅兵方案三维推演和决策系统。
他是我国虚拟现实技术的顶级领军人才。
今天国家新闻出版广电总局党组成员、副局长孙寿山同志和吴尚之同志来到现场，和我们一起聆听赵教授的主题演讲。
今天赵教授演讲的题目是《虚拟现实+》。
讲这个题目，一方面是考虑到虚拟现实技术在生活中出现得越来越多，包括今年地坛庙会上都挂了一个牌子，写着“虚拟现实”。
但是我们对它并不清楚，如虚拟现实技术的内涵和外延，产生和发展的来龙去脉，虚拟现实技术如何影响我们的生产生活，及其未来的发展趋势等等，都是我们需要了解的。
在座的同志可能对虚拟现实技术及其应用还不十分了解，实际上在军事、医学、航空航天、智慧城市等诸多领域，虚拟现实技术大有用武之地。
另一方面，从国家层面来讲，虚拟现实技术正在全面进入国家发展战略，成为各行各业科学发展新的信息技术支撑平台，虚拟现实+成为发展趋势。
同时还要再说一句，从世界范围来看，虚拟现实技术已经成为国际间竞争激烈的高科技领域，成为硬实力的重要内容，成为软实力的重要依托。
赵教授曾说，虚拟现实与各行业的关系类似于数学和物理，将成为人难以区分的真实和虚拟两个世界，或者是虚实混合的新世界。
现在让我们请赵教授开讲，请他给我们讲解虚拟现实的神奇和奥妙。
欢迎赵教授！赵沁平：尊敬的各位领导，各位朋友，感谢中央和国家机关“强素质·作表率”读书活动给我这样一个机会，也感谢主持人对我刚才的介绍。
美军建模与仿真网上信息概览
美军建模与仿真网上信息概览（1）摘要：本文通过美军披露在互联网上公开网页中的大量信息来追踪美军的仿真模拟的组织机构，技术体系，应用系统，学术活动等，并选择“美国国防部建模与仿真办公室”（DMSO－Defense Modeling and Simulation office）下属的“建模与仿真信息分析中心”（MSIAC－Modeling and Simulation InformationAnalysis Center）列出的建模与仿真网页目录，概要地介绍美军仿真与模拟的概貌以及有关情况。
关键词：美军仿真建模今天，越来越多的国家重视“超前的智能较量”。
西方发达国家，特别是美国，在这方面做了大量的工作，并取得了一些成功的范例。
“海湾战争”、“科索沃冲突”等近期的几场高技术局部战争，都包含有大量“超前智能较量”的内涵。
前不久，美国又进行了太空战模拟演习，充分表明了他们对于仿真模拟的重视。
在这种形势下，我们有必要对美军仿真模拟的组织机构、技术体系、应用系统、学术活动等进行分析研究。
本文选择“美国国防部建模与仿真办公室”和国防部信息技术中心（DTIC—— Defense Technical Information Center）协同主办的“建模与仿真信息分析中心”（MSIAC）列出的建模与仿真网页目录，并循此目录探讨美军仿真与模拟情况。
1 美军建模与仿真（M&S）的主要网页l.1 关键的建模与仿真网页（Key M&S Sites）DMSO，国防部建模与仿真办公室（Defense Modeling and Simulation opce）。
HLA，国防部高级体系结构（DoD High Level Architecture）。
MSRR，建模与仿真资源知识库（Modeling & Simulation Resource RePosi－tory）。
1.2 联合建模与仿真网页（Joint M&S Sites）ALSP，聚合级仿真协议（Aggregate Level Simulation Protocol）。
分布交互仿真
分布交互仿真技术分布交互仿真技术（Distributed Interactive Simulation Technology）是一种将分布在不同地点的、自治的单一仿真系统，通过计算机网络连接成一个集数学仿真、半实物仿真和人在回路中仿真为一体的、交互式的仿真的技术。
分布交互仿真技术以计算机网络为基础，把分散在不同地点的软硬件设备及有关人员联系起来，生成人工合成的多武器平台这样一种电子环境，从而形成了一种虚拟的作战环境。
它是研究并建立系统的硬件或软件的有效模型，通过模型在实验系统上的运行来研究真实的或假想的动态系统在其所处的环境中的性能的技术。
这一技术的核心是分布、交互和仿真。
分布是指分布交互仿真系统中没有中央计算机，计算能力是分布的，而且，在地理位置上也是分布的，系统各个单元之间可以相隔很远的距离。
交互是指分布交互仿真系统中不同结点之间具有交互作用，人在回路中的仿真系统的互操作性，比如在武器仿真系统中的武器平台（飞机、导弹舰艇等）之间、武器平台与各种环境（地形、大气、海洋等）之间的交互作用。
仿真是指分布交互仿真系统以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机为工具，建立系统的计算机模型，对系统进行实验研究。
分布交互仿真技术的发展： 1.>早期的分布交互仿真SIMNET。
80年代初，美国国防高级研究计划局和美国陆军共同制定了一项合作研究计划，即开发一个称为SIMNET的大规模交互战斗仿真网络，将分散在各地的多个地面车辆（坦克、装甲车）仿真器用计算机网络联系起来，用于对坦克乘员（以后推广到包括固定翼飞机和直升机驾驶员）和分队指挥员进行战术训练，也可以对单个武器系统的性能进行研究和评估，从而开创了分布交互仿真技术发展的新阶段。
SIMNET的特征是以分布式交互仿真、计算机综合形成的三维环境和虚拟战斗把成千上万的战斗人员“浸入”到一种由计算机产生的灵镜电子战场。
到1990年，这个系统包括了约260个地面装甲车辆仿真器和飞机飞行模拟器，以及通讯网络、指挥所和数据处理设备，这些设备分布在美国和德国的11个城市 2.>分布交互仿真的标志Digital Information System（DIS）将现代化测量技术和计算机结合，可以直接测量多种物理量（如距离、位移、瞬时速度、平均速度、力、温度、压强、电压、电流强度）的现代化测量仪器。
分分布交仿真
1、分布交互仿真系统体系结构研究与设计
分布交互仿真系统的面向对象特性 分布交互仿真系统体系结构的概念 分布交互仿真典型应用系统的体系结构 分布交互仿真系统体系结构的特点 分布交互仿真系统体系结构设计
l 对远程结点仿真实体的某个属性，在上一次收到的该实体同一属 性的值的基础上，采用DR模型进行外推，在收到下一次该实体状态 的更新值后，再对给实体属性的DR模型进行更新
— DR算法公式：
l 一阶、二阶、三阶；定步长和变步长
l 阈值，阶数
时空一致性问题的解决方案——外推算法
分交互仿真系统体系结构的概念
体系结构的分类
— 网络体系结构：规定物理上的流通和网络协议（网络拓扑结构和硬 件环境）
— 数据体系结构：解释网络上流通的数据内容（协议、标准） — 软件体系结构：规范使用网络和产生数据的应用软件（支撑环境和
应用模型）
体系结构的发展
— SIMNET、DIS——互操作性——协议标准：缺乏可重用性、可伸缩 性
xt ytzt
导弹弹体
6
系
X t ,Yt , Z t
直角
x to y to z to
t ( x ), t ( z ), t ( y )
地面 系
X 向前 Y 向上 Z 向右
7
, ,h
经纬系 Geodetic
, ,h
极坐标
地形系
X g ,Y g , Z g
8
xg yg zg
Topograph
ic
时空一致性问题（1）
时空一致性定义
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STOW －战争综合演练场阿强摘要：STOW －战争综合演练场美国 DARPA 和大西洋司令部联合资助战争综合演练场 STOW（Synthetic Threat Of War）项目，1997年10月，举行了STOW97联合演练，STOW97是军事仿真演练的一个重要里程碑。
在STOW项目体系结构和协议基础上，美国国防部建模与仿真办公室于1996年9月正式颁布了新一代的分布交互仿真技术标准高层体系结构（High Level Architecture, HLA），解决了DIS不能满足大规模仿真的需求，通过建立一个通用的高层仿真体系，达到各种模型和仿真的互操作性和可重用性。
除了美国之外，欧洲以及日本、新加坡、韩国等东亚国家从20世纪90年代初开始了切实积极的研究，一些著名大学和研究所的研究人员陆续推出了多个实验性分布式虚拟现实系统或开发环境。
我国一些高校和科研院所的研究人员从不同角度开始对虚拟现实进行研究，国家科技部、国家自然科学基金委员会等开始对虚拟现实领域的研究给予资助。
关键字：虚拟现实 VR系统 STOW 3D1.1军用仿真技术包括几个方面1.1.1 建模技术它是仿真技术的核心和基础1.1.2 硬件技术仿真系统的硬件包括计算机和各种物理效应设备。
1.1.3. 软件技术包括仿真支撑软件等。
它使模型和硬件得以有机结合。
1.1.4. 用户界面技术用户界面是人与仿真世界交流的途径,在军事仿真系统中的主要目标是实现直观分析和真实逼真的训练环境。
虚拟现实(VR)成为作战仿真界面设计方面的热点。
1.1.5. 网络技术网络在大规模逼真作战仿真系统中的作用是使各种军用仿真设施能够实现资源共享1.2虚拟现实概念及起源1.2.1 虚拟现实概念虚拟现实简称，是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。
1.2.2 VR思想的起源可追溯到1965年会议上的《终极的显示》报告，一词是80年代初美国公司的创建人之一T Jaron Lanier提出来的。
系统在若干领域的成功应用，导致了它在90年代的兴起。
虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域的应用过程中的结晶和反映，不仅包括图形学、图像处理、模式识别、网络技术、并行处理技术、人工智能等高性能计算技术，而且涉及数学、物理、通信，甚至与气象、地理、美学、心理学和社会学等相关。
总的来说，实物虚化、虚物实化和高性能的计算处理技术是技术的3个主要方面。
实物虚化是现实世界空间向多维信息化空间的一种映射，主要包括基本模型构建、空间跟踪、声音定位、视觉跟踪和视点感应等关键技术，这些技术使得真实感虚拟世界的生成、虚拟环境对用户操作的检测和操作数据的获取成为可能。
1.3虚拟现实基于的技术1.3.1 基本模型构建技术它是应用计算机技术生成虚拟世界的基础，它将真实世界的对象物体在相应的虚拟世界中重构，并根据系统需求保存部分物理属性。
例如车辆在柏油地、草地、沙地和泥地上行驶时情况会有所不同，或对气象数据进行建模生成虚拟环境的气象情况（阴天、晴天、雨、雾）等等。
1.3.2空间跟踪技术。
主要是通过头盔显示器、数据手套、数据衣等常用的交互设备上的空间传感器，确定用户的头、手、躯体或其他操作物在虚拟环境中的位置和方向。
1.3.3声音跟踪技术：利用不同声源的声音到达某一特定地点的时间差、相位差、声压差等进行虚拟环境的声音跟踪。
1.3.4视觉跟踪与视点感应技术。
使用从视频摄像机到平面阵列、周围光或者跟踪光在图像投影平面不同时刻和不同位置上的投影，计算被跟踪对象的位置和方向。
1.3.5高性能计算处理技术主要包括数据转换和数据预处理技术；实时、逼真图形图像生成与显示技术；多种声音的合成与声音空间化技术；多维信息数据的融合、数据压缩以及数据库的生成；包括命令识别、语音识别，以及手势和人的面部表情信息的检测等在内的模式识别；分布式与并行计算，以及高速、大规模的远程网络技术。
虚物实化是指确保用户从虚拟环境中获取同真实环境中一样或相似的视觉、听觉、力觉和触觉等感官认知的关键技术。
能否让参与者产生沉浸感的关键因素除了视觉和听觉感知外，还有用户能否在操纵虚拟物体的同时，感受到虚拟物体的反作用力，从而产生触觉和力觉感知。
力觉感知主要由计算机通过力反馈手套、力反馈操纵杆对手指产生运动阻尼从而使用户感受到作用力的方向和大小。
触觉反馈主要是基于视觉、气压感、振动触感、电子触感和神经、肌肉模拟等方法来实现的。
2.1美国大学虚拟现实技术研发现状高校是推动虚拟现实技术基础研究的重要力量。
北卡罗来纳大学(UNC)计算机系是进行虚拟现实研究最早最著名的大学。
他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。
麻省理工学院(MIT)是研究人工智能、机器人和计算机图形学及动画的先锋，这些技术都是VR技术的基础。
1985年MIT成立了媒体实验室，进行虚拟环境的正规研究。
媒体实验室建立了一个名叫BOLIO的测试环境，利用这一环境，MIT建立了一个虚拟环境下的对象运动跟踪动态系统。
密歇根大学(University of Michigan)在80年代成功开发了基于符号表示和规则推理的Agent建模环境Soar项目，后来被广泛应用于人工智能、行为建模和人机接口等方面的研究。
Soar项目通过提供改进了的空军仿真兵力来扩充LORALMODSAF。
这一计划将使美国国防部在虚拟仿真战役中具有智能化的时态推理能力、多目标管理和传感能力，使管理和操纵敌方兵力的人员减至最少。
华盛顿大学(UW)的人机界面技术实验室(HITLab)在新概念的研究中起着领先作用，同时也在进行感觉、知觉、认知和运动控制能力的研究。
HIT将VR研究引入了教育、设计、娱乐和制造领域。
伊利诺斯州立大学(UI)研制出支持远程协作的车辆设计分布式VR系统，不同国家和地区的工程师们可以通过计算机网络进行实时协作设计。
乔治梅森大学(GMU)研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。
加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的远程沉浸实验室采用实时建模和远程传输共享的方法开发了远程沉浸式交互系统。
3.1我国虚拟现实技术发展及应用现状我国VR技术的研究起步于20世纪90年代初。
随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展，VR技术得到相当的重视。
科技部和国防科工委已将VR技术的研究列为重点攻关项目，国内众多机构都在进行VR的研究和应用，取得了一系列研究成果。
国内最早开展VR技术试验的是西安虚拟现实工程技术研究中心。
北京航空航天大学是国内最早进行VR 技术研究的机构之一，其虚拟现实技术与系统国家重点实验室开发了若干支撑VR理论与技术研究的硬件设备和软件平台。
浙江大学CAD＆CG国家重点实验室专注于几何、图形和视觉计算理论与算法、虚拟现实、可视分析、基础平台软件和应用系统等方面的研究。
北京大学设计了基于PC机的VR系统。
哈尔滨工业大学计算机系已经成功地合成了人的高级行为中的动作、语音和语调的协调同步。
北方业大学CAD中心是我国最早开展计算机动画研究的单位之一，完成了通讯图像显示系统的多媒体平台及相关音频资料库的建设。
上海大学CIMS中心开发了一套基于IRIX的虚拟科技园区环境实时漫游系统。
此外还有很多科研院所进行了VR技术的研究与开发。
如清华大学国家光盘工程研究中心、西安交大信息工程研究所等。
总之，近年来VR相关技术研究取得了快速发展，其技术潜力是巨大的，应用前景也很广阔，但仍存在许多尚未解决的理论问题和技术障碍。
4.1美国作战技术仿真技术的发展信息化条件下,战争的实质是体系对抗,而电子信息装备作为武器装备体系的中枢,其作战效能不仅与预警探测、情报侦察、电子干扰、反辐射武器、情报处理和指挥控制等对抗对象有关,而且与自然环境、火力运用、作战任务、作战样式、作战过程等紧密相联,完全依靠实战或实装来检验电子信息装备效能、训练部队的装备运用是不现实的。
在这种情况下,合理运用作战仿真技术,对于评估武器系统体系作战效能、提升部队训练效果、优化作战战术战法等具有重要意义[1]。
美军对作战仿真系统的研究与应用一直处于世界领先地位,也已成为提高美军部队作战能力的有效手段4.1.1从上到下形成粗细得当、层次合理的政策体系通过对美国VR技术发展现状和政策的了解，不仅美国信息技术领域的诸多重大战略规划均涉及VR技术，而且政府下属的各大部门均制定具体的VR技术的发展计划，从上到下形成粗细得当、层次合理的政策体系。
4.1.2 产、学、研结合，政府研究机构与企业、高校展开紧密的合作美国非常注重VR技术的应用，由于虚拟现实在训练、实验等方面具有重大的应用价值，所以VR技术往往最先应用于国防、航天等部门。
在这些部门取得良好的应用效果后，促使VR技术向其他部门扩散。
医疗、教育、娱乐等领域为VR技术的应用提供了广阔的空间。
美国VR技术也是产、学、研结合的典范，政府研究机构与企业、高校展开紧密的合作，并取得丰硕的成果。
4.1.3 着重政府引导的同时，加强企业创新主体地位美国VR技术发展模式中，政府与企业的关系基本上是政府引导、企业主导。
政府的引导作用不仅体现在其政府下属的各大部门都积极资助VR技术的研发，更重要的是政府通过政策和法律明确了政府的宏观指导作用，运用立法规划的手段对VR的发展和应用予以支持，充分利用自由发展和市场竞争的规则，动员高校、企业及其他机构成为VR技术研发的主导力量，保护和促进企业间的竞争。
企业的主导作用体现在不仅为政府筹集巨大资金，而且企业在VR研发和商业化中获取相当的技术和经济效益，为企业发展积蓄力量，增强企业的竞争力。
4.1.4从政府到民间各大研究机构都不惜重金投入VR技术的研发虚拟现实目前在技术上仍处于探索中。
近来，随着因特网技术、基于图像绘制技术、增强现实技术等的进展，虚拟现实又有不少新的成果。
纵观美国VR技术的发展，从政府到民间各大研究机构都不惜重金投入VR技术的研发。
5.1 对我国的启示5.1.1需从策略层面对具体的技术领域进行布局和计划。
我国《规划纲要》、863计划等重大发展规划中都将VR技术列为重点发展和资助领域，但对VR技术的某些重点领域和技术热点领域缺少具体的发展计划，因此，在发展和应用VR 技术方面，应结合本国国情不仅从战略高度重视技术的长远规划，而且需从策略层面对具体的技术领域进行布局和计划。
5.1.2加深学科和部门之间的合作与协调，注重技术应用，促进产、学、研结合。
我国VR技术的应用还存在明显差距，在技术的商业化、市场化等方面十分落后，还没有具体的VR产品面向市场。