军事虚拟现实仿真概念模型开发研究
作者:黄俊领,谭东风,张向波
单位:国防科大人文与管理学院
1 引言
军事仿真是军事科学研究的一个重要内容,军事仿真通过应用计算机及模型技术,对军事问题进干『研究和分析 由于军事仿真技术能够形象地按照问题的需要描述战争过程,描述武器系统、人员、战术、技术和指挥等 一场似想的战争中的作用和表现,帮助人们思考可能发牛的情况和采取的对策,分析在各种状态卜的仿真结果。
因此,军事仿真已成为军事领域中使用最为广泛的手段计划一个复杂的军事仿真系统需要对实际系统进行详细的分析和论证,每一次新的仿真计划都需要进行 次慨念分析,而不能对已有的概念分析成果进行重用。而且在军事建模与仿真中的第一步就是由仿真工程人员和军事人员相互交流,获取军事知识。由于军事人员和仿真技术人员知识背景不同,彼此的交流往往仔 许多 题,由j:而 相互理解的偏差常常会给 期的建模与仿 工作造成撇人的困难=以上两种情况的出现,尢疑给军事建馍 仿真[作带来厂重复劳动、延K周期、增加代价等弊端 随着我军分 、联合仿真应用的f{益普遍和深化,上述M题将口趋, 苇对 事仿真慨念模型的研究,就是为了解决这个 题
2 仿真概念模型综述
仿真概念模型是关于仿真系统[11的基本慨念及其关系的描述,其本质是一种领域奉体:规范的慨念模型近似一种“认识标准”,它可以促进军事人员Lj仿真工程人员之问的沟通tIj协作,建直不同人对问一问题的共识.使不同知识背景的人可以存概念模型的基础上进行交流,从而提高了仿真模型的正确性、互操作性。概念模 经过权威认证后叮以按一定的结构组成概念模型知识库,在此基础上进行知识共享和知识匝川t 一般而言,概念模型与具体的仿真实现形式无关。
2.1 仿真概念模型的概念
“仿真概念模型”源于九十年代前期和中期分布交互式仿真(DIS)团体用过的一种方法,即通过定义“概念模型”作为仿真开发者和用户一个关于仿真能够做什么的约定。高层体系统结构(}{I )联邦开发和执行过程(FEDEP)给出的联邦概念模型与本文提出的概念模型稍微有一点不同,因为联邦开发和执行过程(FEDEP)用“联邦目标”来表示大多数仿真开发所谓的“需求”,而“联邦需求”用来表示大多数仿真开发所谓的“规范”。
有些概念模型也有不同的内涵。《概念建模》|3 J杂志专注于数据建模、设计,以及实现这些与数据库有关的问题。术语“概念上的”、“逻辑上的”和“物理的”经常地被用在数据建模中来区分模型中抽象的层次和细节,但是却没有一个关于这些术语的通用精确的定义。一些概念建模的方法出自于知识工程和认知科学的观点。对于他们来说,概念建模包括构造关于人类知识的描述。Dalugach和Skipper根据许多现代仿真的大规模的知识工程问题的特征提出动态概念图和跟踪指令栅格。这些描述的主要用途之一是进行数据库/仿真设计和实现之前,校验分析者对用户应用领域知识的理解。另一些是利用系统工程的工具和原理结合国防建模与仿真办公室(DMSO)的任务空间概念模型技术框架(知识创造和集成的标准)、使命空间模型的共同的知识库、和相应的工具集进行仿真需求和行为描述的链接。在这个领域中的概念建模的研究经常集中于开发形式化的方法(经常是图形化的)来描述知识。
还用一些人对于概念模型持有约束性的观点,将它约束到仿真描述的方面上来,而不是用来从事仿真控制部分。本文中提到的仿真概念模型的定义是美国著名学者Dale K.Pace博士根据美国国防部推荐的关于模型的校核、验证和确认(w &A)实践指导的最新版本中的内容总结的。这个内涵对于仿真的开发和校验行为的支持很有帮助。
【定义2.1】:一个仿真概念模型是仿真开发者从构成一个仿真的软件、硬件、网络(如果是分布式仿真的话)和系统/装备等出发,将建模需求(仿真所要表现的东西)转化成详细设计框架(仿真怎么去做)的一种手段。
概念模型是仿真开发者对于仿真及其各部分概念的描述信息的收集。这种信息是由假设、算法、特征、关系和数据组成,它记述了仿真开发者怎样理解仿真所要表现的东西(实体,行动,任务,过程,交互等等)以及这种表现形式是怎样满足仿真需求的。因为一些仿真需求有执行的蕴含操作(比如仿真必须要与硬件、软件或系统进行实时的交互),所以仿真概念模型必须对这些需求就象其表现的要素那样作出响应。概念模型越清楚越准确,仿真开发才能越有可能充分地满足仿真需求以及论证这种被满足的 求( 饺验)
2.2 仿真概念模型的作用
建立被研究对象的仿真概念模型是进行建模与仿真研究的重要步骤。仿真概念模型提供了一种与具体仿真无关的关于现实世界的某些关注成分或现象的一种概念描述,它并非最终的仿真模型,但它是建模过程中的第一步。概念模型对建立实际仿真模型的帮助主要体现在以下三个方面:为仿真开发人员与领域专家提供共同交流的基础,即建立一种交流机制;帮助建模者明确被仿真系统中的概念,了解系统的详细操作过程从而帮助建模者建立仿真模型,即建立系统的功能模型和过程模型描述;为仿真模型的检验提供依据。
2.2.1 作为一种交流机制
概念模型主要解决的是不同主体之间交互问题。交互有几种表现形式:人与人的交互是人们之间相互理解,即:理解对方所指的事物并进行交流;人机交互实际是人和计算机按照某种约定的法则彼此传送信息的对话过程;程序与程序的交互是程序之间的互操作问题。具有不同知识背景的人员之间,如领域专家和仿真工程技术人员的沟通与交流是几乎所有仿真过