舰船虚拟现实仿真技术发展综述
国内正在研制中的协同仿真平台COSIM是一个人机界面良好的、面向多学科领域、符合OMG/MDA规范,基于组件技术,支持高层体系结构HLA,具有通用性、开放性和可扩展性的建模、调试、运行、评估的一体化建模仿真环境。在协同仿真平台中,支持采用多学科领域)CAX/DFX工具建模,通过模型功能服务化,模型实体组件化,模型接口形式化技术,多学科虚拟样机(复杂协同仿真模型)是由三类不同粒度的仿真组件模型复合构成,包括元素模型,组件模型(由基于状态机的仿真引擎与元素或组件复合构成)和成员模型(符合HLA接口的组件模型),以支持组件化灵活、快捷地构造复杂、分布式实时仿真系统和非实时仿真系统。
一体化建模仿真开发环境(WISE)软件正在完善HLA相关功能,该工具采用层次化、构件化的软件设计技术,提高了仿真软件的重用性、继承性、扩充性和可靠性,软件中使用代码自动生成技术,生成的仿真软件既可以独立运行,包含基本的模型库,又可以提供雷达、电子对抗、火炮等武器系统工程领域的基本模型,实现了模型文档和仿真文档的自动生成,正在实现与几类RTI的接口,可提供对象模型开发工具,开发符合HLA标准的FOM、SOM模型,并可自动生产联邦成员仿真软件。
HLA开发平台的下一步发展方向是,建立领域专用的、图形化的定义环境;只需要一次开发的翻译器,能将图形化的表述转化为高级语言表示的描述。
海洋环境三维图像建模工具是与分布交互仿真实现密不可分的。海洋环境是由海面、海底、水下空间及相关景物组成的自然环境。通过海洋环境的三维图像显示技术和舰艇等武器实体建模方法,模拟海上多武器平台对抗作战过程,已成为舰船武器系统设计论证、作战演示的重要技术手段。
近年来国际上曾出现过多种视景仿真支撑软件,如OpenGL、Vetree、Vega、Blue-sky等,其中Vega逐渐成为业界主流平台,我国每年用于从美国引进该种视景仿真工具的费用达数百万美元。但是Vega中海洋模块或者其它支撑软件中,仅有海面而没有水下空间仿真的功能。在一些水下作战等仿真系统中,只能基于底层语言开发视景仿真,编程工作量大、开发效率低,因此开发出有自主知识产权的海洋环境视景建模仿真工具是当前我国仿真业发展的迫切需求,有必要研究波浪、海底、水下空间建模方法和可视、非可视物理量显示技术,从而建立海洋环境视景仿真工具的体系结构、仿真建模规范,建立完善的实体模型库等。
4 船舶行业仿真技术的展望
与国内外先进仿真技术研究水平相比,我国船舶行业仿真技术的发展还存在一定差距,重视程度不够、研究投资力度不足是原因之一。为此,我们下一步努力的目标有:
4.1 坚持引进开发与自主版权仿真工具研制相结合的方向
引进西方国家的一些先进软件工具,有利于吸收先进技术,尽快建立先进的仿真系统,并产生应用效益,同时锻炼仿真队伍。但另一方面,为了打破垄断并摆脱跟踪状态,有必要自主研发工具产品。
4.2 重视培养船舶行业的专业仿真队伍
应在船舶行业逐渐培养一支专业的仿真骨干队伍,承担起开发适应行业特点的仿真工具软件并不断开拓应用方向的任务。专业仿真工作者的职责之一,要把学院式研究结果转化为普及型工具,使型号专家易于使用。在数字机用于仿真的初期,仿真专业工作者曾致力于解决仿真积分方法、步长与仿真误差以及并行算法等技术问题,研究出MATLAB、SIMULINK通用仿真软件工具,推动了数字仿真应用的普及。随着舰船作战系统规模的扩大、博奕对抗、人工智能仿真的需求,使仿真系统日益复杂化,没有一支专业的队伍去从事研究也是难于完成的。
此外,还有必要加强智能化仿真等新的建模与仿真技术研究,如仿真代理(agent)、完全代理仿真等,基于agent的建模工具可用来开发快速运行的模型,可快速探索多种可能性并得到分布结果的模型,已和神经网络、遗传算法相结合去解决决策建模等问题,是军事建模技术发展的具有生命力的方向。
参考文献
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