单兵防空作战三维可视化仿真系统设计

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闫冲冲， 等 基于 EV-Globe 的单兵防空作战三维可视化仿真系统设计
数字海洋、军事等领域。
2 系统功能模块结构
出于对空作战对于防空作战三维可视化系统在功能、使 用灵活性和操作简便性等方面的高要求，文中将防空三维可 视化仿真系统划分为数据管理、军标管理、态势管理、场景显 示四个功能模块，其总体功能结构如图 1 所示。
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《电子设计工程》2012 年第 4 期
示进攻方向的曲线和箭头，标绘效果如图 3 所示。
图 3 进攻方向的矢量箭头图 Fig. 3 Aggression direction vector arrowhead chart 因为矢量军标具有明确的方向性，所以它对于部队的行 进、进攻方向等一系列战场态势的趋势具有很好的表达效果。 3）实体军标的构建 三维实体军标主要是针对空间对象 以及用算法等难以建立的不规则实体等对象，通过加载其构 建好的三维软件模型来表征其战场角色。 目前许多商品化的 建 模 软 件 如 3DMaX、Multigen、Softimage、Lightwave 等 均 提 供 了强大的制作三维实体的功能，借助此类建模工具建模是多 数仿真系统首选的 3D 建模方法 ，当 然 也可 以 使 用 DirectX 技 术编写自己的建模工具软件，通过这些方式使用三维实体模 型 来 构 建 相 应 的 武 器 模 型 ，然 后 在 场 景 中 进 行 显 示 [7]。 本系统所使用的软件平台提供了强大的接收三维模型 文件导入的功能，包括 X 模型、dae 模型、obj 模型、3ds 等模型 文件，而且对于导入的一些模型仍可以与直接建模的符号一 样进行编辑和修改，如图 4 所示为一架战斗机的三维模型标 绘效果。
Design of solo-soldier 3D visualization simulation in aerial
defense system based on EV-Globe
YAN Chong-chong， HAO Yong-sheng， GE Zhi-jun （Missile Engineering， Ordnance Engineering College， Shijiazhuang 050003， China）
图 4 三维实体军标模型图 Fig. 4 Three-dimensional entity martial marker chart 三维实体模型标绘的方式能够形象、直观的表示抽象军 标符号所包含的内容，便于理解，但是无法表达某些军标符 号的含义，如进攻方向等，因此在标绘中常常与矢量军标结 合起来使用。 3.2 三维战场环境的构建与标绘 战场环境仿真通常情况下采用过程建模的思想来进行 仿真。 过程建模的基本思想就是通过程序算法和其参数来表
标的建立都是一个建模的过程，总结起来，大致可分为纹理 军标的构建、矢量军标的构建、实体军标的构建等几类。
1） 纹理军标的构建 纹理军标是采用纹理映射技术在 三维空间中表达相关的军标内容，其主要用来在三维空间中 表 达点 状 的 军标 符 号 和无 具 体 方向 性 的 符 号[5]。 纹 理 军 标 构 建的基本过程为：首先在三维空间中建立一个具有各向同性 的面；然后将二维军标作为纹理映射到该面上形成三维空间 中的军标符号。 公告板技术就是一种纹理映射的特效技术， 其基本原理是：通常是一个多边形，空间物体通过合适的算 法，形成二维纹理，通过纹理映射，粘贴到这个多边形上，从 而从观察者的角度看， 就仿佛看到了真实的三维空间物体， 它是使平面物体产生立体感的有效方法。
体固有的视觉习惯，大大缩短了大脑对于战场部分信息的解 据一体化管理，二、三维矢量联动，地理标注和三维分析等功
收 稿 日 期 ：2011-12-06
稿 件 编 号 ：201112026
能，如今已成功应用在数字油田、土地利用监测、电信、地矿、
作者简介：闫冲冲（1987—）男，河南灵宝人，硕士研究生。 研究方向：检测技术与自动化装置。
当前， 在为战场指挥决策提供可靠信息的各种手段中， 释过程，便于人们理解。 其次，它可以实现对于军标符号的多
目视显示仍是最有效和最快的方式[1]。 因而，对战场态势及战 角 度 观 察 ，方 便 指 挥 员 从 多 个 方 向 观 察 战 场 态 势 ，提 高 军 事
场环境的可视化仿真在作战辅助决策支持系统中发挥着其 指挥人员熟悉战场的效率。 再者对于高空目标，三维可视化
重要作用。 传统的二维战场态势可视化方法固然有很多优 可以将其表示在相应的 Z 方向位置上，从而很好的避免了军
点，诸如二维军标号的体系完整，使用规定明确，方向固定， 标符号的重叠现象。
便于理解等， 但是随着现代战争对于可视化的要求不断提
鉴于三维可视化对于空中作战目标和其他态势的表达
高，二维态势显示也暴露出越来越多的缺陷。 例如二维态势 有着较好的可行性，所以三维可视化已经逐渐取代二维态势
地图界面进行有目的性的缩小、放大、旋转等操作。 ②设置显示属性。 根据操作者的实际需求，设置显示的
相关属性，譬如是否全屏显示、色彩对比度、环境特效等属性。 ③信息查询。 对任意目标点的坐标、两点间距离及是否
通视等情况的查询与分析。
3 系统设计
3.1 三维军标的构建与标绘 三维军标的构建是一个比较复杂的问题，每一种类型军
显示由于无法直观表现第三维信息而使得其对于作战区域 显示成为可视化仿真系统的主流表达方式。
细节性表达不够，再者二维矢量地图对于战场军事情况信息 的表达的更新周期较长，时效性差，特别是新建的建筑物及
1 EV-Globe 平台简介
桥梁工事，难以在二维矢量图上及时体现，这样一来 海 量 空 间 信 息 服 务 平 台 是 北 京 国 遥
第 20 卷 第 4 期 Vol.20 No.4
电子设计工程 Electronic Design Engineering
2012 年 2 月 Feb. 2012
基于 EV-Globe 的单兵防空作战三维 可视化仿真系统设计
闫冲冲， 郝永生， 葛志军 （军械工程学院 导弹工程系， 河北 石家庄 050003）
和战场环境的三维渲染，直观具体的表达了防空作战中的空域态势，通过实例证明了该系统良好的可视化效果，有效
地提高了单兵防空作战的信息感知能力。
关键词： 单兵防空作战； 三维可视化； 仿真系统； 粒子系统； EV-Globe
中图分类号： TP319
文献标识码： A
文 章 编 号 ：1674－6236（2012）04-0038-04
摘要： 传统的二维态势可视化在对战场军事情况表达过程中存在着更新周期长， 作战区域细节性表达能力差等缺
陷。 针对这一缺陷，在以计算机图形学为基础的三维可视化基础上，设计了基于 EV-Globe 的单兵防空作战可视化 仿
真系统，将三维空间理念引入到单兵终端防空作战的空域战场可视化显示中，具体阐述了军事标号的三维模型构建
Abstract: In traditional two-dimensional （2D） situation， the battlefield visualization process of the military situation face problems in long expression update cycle， and poor skills in describing the details of the operational area. To solving these problems， designed solo-soldier in aerial defense visual simulation system based on EV-Globe， which depends on the threedimensional （3D ） computer graphics visualization. Introduce the 3D concept to the terminal of aerial defense visual display of the battlefield airspace， specifically addressed the military grade construction and 3D model of the battlefield environment， 3D rendering， visual expression of a specific air defense operations in the airspace situation， demonstrated by the example of the visualization system is good， effective improved the perception of solo-soldier in aerial defense capability. Key words: solo-soldier in aerial defense； 3D visualization； simulation system； particle system； EV-Globe
挥 决 策精 确 性 分析 产 生 较大 影 响[2]。
新天地信息技术有限公司自主研发的三维信息服务平台。
相比 较 而 言，以 计 算 机图 形 学 为基 础 的 三 维 战 场 态 势 可 EV-Globe 将 三 维 影 像 和 矢 量 显 示 技 术 与 主 流 GIS 平 台 无 缝
视化具有很多优点[3]。 首先三维可视化表达直观明了，符合人 的 集 成 在 一 起 ，实 现 了 全 球 影 像 3D 高 速 浏 览 ，矢 量/栅 格 数
纹理军标的标绘效果如图 2 所示，图中印有“国遥新天 地”字样的标绘就是利用公告板技术设计的纹理军标，可以 根据所要标绘的实际对象进行相关的命名编辑。 如“指挥所” “地面工事”等。
图 2 纹理军标效果图 Fig. 2 Texture martial marker chart 2）矢量军标的构建 矢量军标主要是采用一定的计算机 图形算法来实现线状军标符号和具有方向的军标符号在三 维虚拟战场环境中的组合表达。 这种军标只要获得它的属性 信息就可以进行军标的构建和绘制。 构建和绘制主要有两种 方式： 一种可以通过直接读取数据库存储的信息进行构建； 另一种是用户直接通过鼠标在屏幕上点击确定控制点来进 行 绘 制[6]。 以表达进攻方向的箭头为例，在绘制时首先要给定箭头 的突破口，然后在箭头方向上给出若干个定位点和箭头的顶 点，最后按照箭头的比例要求，应用曲线拟合函数绘制出表