作战想定仿真实体模型构建方法研究

卢稳新 唐 锐 李官敏

（国防科技大学信息通信学院 湖北·武汉 430010）

0 引言

随着作战想定标准化的不断推进和计算机仿真技术的日益进步，各种功能强大的仿真软件可以在近似实际环境的仿真场景中构建出数以百千计的武器装备实体模型，不仅包括各种飞行器、车辆、舰船等武器装备，还能构建包括电台、传感器等在内的各种独立功能模块。技术上的强大推动力使得作战想定建模与仿真在作战评估中起着基础性的作用，无论是演训方案效能评估，还是武器装备性能论证都不再需要花费大量的人力、物力去进行长周期的评估论证，而是在虚拟的仿真环境当中通过几个人几台电脑去完成过去需要几十上百人才能完成的工作，并且获得更为精确的结果。但是，随着仿真技术的广泛应用，我们也面临着新的问题：基于不同的仿真平台、采用不同的建模方法所构建的实体模型种类繁杂、标准不一，严重制约了仿真技术在军事领域的效能发挥。

1 面临的挑战

在计算机仿真应用中，三维实体模型是一种非常常见的数据，三维实体模型数据在军事仿真、城市规划、建筑设计等方面的应用都十分广泛。随着计算机实体仿真技术在各行各业的大规模应用，软件开发商、企业用户、研究机构等不同的组织机构纷纷投入力量根据各自的需求和理解设计实现了多种多样的仿真实体模型描述方法。描述方法的多元异构给仿真实体模型的跨系统重用和互操作带来了巨大的障碍，降低作战仿真建模的效率。

构建作战想定仿真实体模型就是利用想定描述语言对想定中涵盖的作战力量、武器装备、设施、自然环境等进行形式化表达。但是，对于各种实体到底需要包含哪些要素，各要素描述粒度到底细化到何种程度，不同的开发单位往往有着不同的理解。这种对于作战想定仿真实体模型描述的随意性，一方面是由于工业部门与军事部门的需求对接匹配程度低，另一方面是由于缺乏开放、灵活的仿真实体构建方法。因此，亟需一种标准化、结构化的仿真实体建模方法，对真实世界军事行动中涉及到的各种军事实体建立具有完备性能和详尽信息的三维模型，既能够避免工业部门的重复劳动并降低研发成本，又能够充分满足军事部门对仿真要素和粒度的要求，在开放性方面也能够方便已构建实体模型的跨平台、跨系统共享。

2 一种开放式模块化建模方法

本文所研究的作战仿真实体模型构建方法是一种具有高度灵活性的模块式建模方法，其基本思想是：将作战想定中的实体（Entity）分解成一系列称之为组件（Component）的独立功能模块。想定的各种实体都可以由数量不等的组件元素通过接口（Connect）按照一定的聚合关系聚合而成，实体（组件）之间的交互、作用、通讯等动作（Action）即可通过接口进行。一个标准化的作战想定仿真实体模型可以由1个主件元素和多个组件元素组成，其中，接口关系和聚合关系将这些元素进行整合，原理如图1所示。

按照上述方法构建出的标准化作战想定仿真实体模型包含4个参数基类：基本参数（General）、组件参数(Component)、接口关系（Connect）和聚合关系（SubordinateObjects）。如图 2所示。

图2：作战想定仿真实体模型参数集合

其中，基本参数主要描述实体主要外观、运动和其他通用附加属性。每一个标准化作战想定仿真实体模型必有一个基本参数集合；组件为实体内部最小功能单元，可以由5类数据要素组成：侦察探测系统参数集合、枪弹武器系统参数集合、通信系统参数集合、指挥控制系统参数集合以及其他设备参数集合，它们分别描述了实体内部侦察探测系统、火力打击系统、通信系统、指挥控制系统以及其他扩展设备等内部单元的基本功能参数和业务关系等。每一个标准化作战想定仿真实体模型可以有多个组件；接口关系负责定义作战想定仿真实体模型内部各个组件的连接关系及其接口相关参数。每一个标准化作战想定仿真实体模型可以有多个接口；聚合关系负责定义作战想定仿真实体模型内部各个组件之间的相对位置关系及相关参数。每一个标准化作战想定仿真实体模型可以有多个聚合关系。详细的作战想定仿真实体模型数据要素组成如图3所示。

图1：作战想定仿真实体模型构建原理图

图3：作战想定仿真实体模型数据要素

这种化整为零、通过接口实现互操作和集成的方法使得实体模型的互操作和可重用在技术上易于实现，并在管理上更具应用价值，可以实现以下几个目标：（1）技术人员只需为构成武器装备的最底层组件元素预留出接口即可，组件性能参数及其与其他组件的聚合关系则由军事人员来设置；（2）军事人员只需对组件元素的参数组成和数据类型进行初始化或修订就能实现对仿真实体模型的构建、使用和维护；（3）各种仿真实体可以通过功能不同的组件叠加而构建，使得模型构建高度灵活；（4）具有通用性的组件元素在完成参数初始化后可以存储进模型库便于重复使用；（5）组件聚合关系灵活可变，功能相同的组件可用于不同类型的仿真实体；（6）该建模方法的高度开放性，使用者可以根据自身需要扩展新的组件元素。

3 小结

本文所研究的模块化仿真实体模型构建方法，具有开放、灵活的特点。首先，将作战想定仿真实体模型具有的性能指标归纳多个功能模块，在建模时先完成最底层组件元素的功能参数设定；然后，通过具有不同功能的组件元素的叠加来构成具有完备战技性能的武器装备。利用这种方法建立的实体模型具有高度的开放性，使用者可以通过改变组件功能参数或增加新组件来完成对实体性能的修订或构建新的实体。由于本文所研究的建模方法是一种开放式的模块化建模方法，因此适用于各种作战想定仿真中的实体模型构建，具有较大的实用价值。