原创《基于VegaPrime的水声对抗态势三维显示子系统设计》
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【摘 要】 利用视景仿真技术构建三维水声对抗环境, 进行初期的模型和算法验证,另一方面模拟各种复杂的测试场景,实现了舰潜水声对抗态势的三维视景显示.通过系统运行的实验结果表明,该设计可有效增强水声对抗中水下态势的可视化效果.
【关键词】 视景仿真 对抗态势 视点 三维
传统对水声对抗过程及态势信息的显示和研判主要是通过文字、表页、二维图形等形式实现、交互不够直观,指挥员不便直观地掌握对抗进程和综合态势.为此,本文研究将视景仿真技术应用到水声对抗仿真系统中,通过设计三维态势显示子系统,实现对抗关键过程和态势的三维可视化.
一、三维态势显示子系统总体设计
本文采用Vega Prime 虚拟仿真平台进行海战场的可视化仿真[1,2],设计实现了三维态势显示子系统.通过系统网络接收实时的姿态信息、目标位置,把接收到的实测数据导入三维场景中驱动目标模型实现三维模型运动.
系统采用Creator 软件完成各实体的建模,通过VegaPrime 完成三维场景的渲染[2],系统软件在Windows 下采用VS.Net2003 进行程序开发,按照功能模块化和结构标准化的设计原则,以提高系统可靠性,便于系统性能扩充和维护.
二、关键技术
2.1 场景建模
三维建模主要由Creator 软件完成,典型目标模型包括：舰艇、潜艇、鱼雷、水声对抗器材、水下测控装备和海洋环境.在Lynx Prime 图形编辑器中创建各实体对象,包括舰艇、潜艇、水下测控装备、水声对抗器材、海洋环境等,为了使每一个对象选择相应的三维模型( 即将对象与FLT 文件关联起来),将FLT 文件导入Lynx Prime[3,4].然后根据需要设定模型的各项参数：主要包括海洋环境特征参数（如海浪、海况、风力、天气等）设置,动目标（舰艇、潜艇）尾流特效设置,目标运动的六自由度参数（X,Y,Z, 仰角, 偏角, 转动角）设置,最后保存设置到ACF 文件中.
2.2 目标属性装订及三维模型加载
目标属性装订主要完成对抗平台、水声对抗器材和水下测控装备的属性初始化,目标属性包括设备代码,目标标牌、经纬度、姿态、速度、方位和工作状态等参数.
三维模型的加载有两种实现方式,一是静态加载,即在初始化时,将目标和模型一一对应,缺陷是程序运行过程中,目标的模型不能更改,也不能为新添加的目标装订模型；二是动态加载,其优点是目标模型可以在程序运行时动态更改,并可为新目标装订所需的三维模型.考虑到水声对抗参演兵力是随着水下战法、对抗规模而变化的,静态加载方式无法满足需求,因此设计中采用动态加载方式.
2.3 场景更新
程序通过读取仿真数据文件或实时接收测控装备（DGPS等）通过网络发送来的鱼雷、目标和的位置、姿态等目标实测数据信息,驱动三维模型在虚拟场景中运动,从而达到场景的实时更新.
系统通过水声对抗环境下对抗实体（舰艇和潜艇）、声纳等对抗器材的状态、变化过程及对抗效果,呈现出整个海战场的水声对作战态势、对抗试验、对抗效果和进程.
场景更新模块主要完成目标位姿数据的接收解析、驱动算法实现、数据处理、信息融合、碰撞检测与响应、更新场景.
系统启动后,若是回放模式,则读取数据文件；首先判断工作模式,若是实时模式,则初始化Socket,接收UDP 包,解包后根据数据帧格式提取目标的位置、姿态数据并判断是否更新,若有变化则更新目标位置和姿态,并在场景中显示.
2.4 视点变换
视点【2】相当于摄像机镜头或人的眼睛, 通过变换视点可以调整观察目标的视角, 从而全方位地观察海战态势和目标状态.为了同时观察舰艇和潜艇, 设置了2 个通道（Channel）, 在每个通道中设置6 个不同视点( 前、后、左、右、俯、仰), 对目标运动过程进行全方位观察.视点采用限定-随动观察模式, 将观察者的观察对象设为舰艇或潜艇等目标,通过改变观察者相对于目标的位置和方位,就可以改变视点.程序运行过程中,可通过鼠标在目标列表中选择任一目标为观察对象,并通过键盘来切换视点,从不同视点观察对抗过程的三维演示.
2.5 对抗态势显示
态势信息包括相对距离、航速、空间位置和运动姿态等.各对抗实体的运动参数及相对态势在位姿信息显示区域实时更新显示, 可通过鼠标和键盘, 切换当前视窗显示的对象,实时监控各实体的运动状态.态势显示窗口包含两个通道,默认分别显示舰艇和潜艇,以绿色矩形框显示自定义的对抗演练海区,通过菜单和按钮可对海图进行放大、缩小、漫游、局部放大、测量任两点( 或两目标) 之间的距离和相对方位.
三、系统测试
图1 是系统测试运行界面,系统通过IP 网络实时接收各测量设备传来的目标状态和运动信息,通过收集的实时数据驱动目标模型在场景中运动,从而实现整个三维场景的实时更新.其中, 动态视景显示窗口包含两个通道,通过左侧大通道对目标进行近距离观察,右上角小通道用于显示大范围场景,可实现宏观试验态势的可视化.右侧操作面板从上到下依次为目标初始参数设置区、目标实时位置姿态信息显示区和对抗进程、态势回放控制区.根据系统测试运行的仿真实验结果表明,该三维显控仿真系统效果良好, 实时逼真地展现了水声对抗全过程.
系统设计论文参考资料：
该文总结:本文是一篇关于三维显示和VegaPrime和水声方面的相关大学硕士和系统设计本科毕业论文以及相关系统设计论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料。
