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大型复杂装备虚拟操作训练系统设计方法研究

马立元  
【摘要】:本文将虚拟现实技术、计算机仿真技术、人工智能技术引入大型复杂装备操作训练,设计了大型复杂装备虚拟操作训练系统,为大型复杂装备操作训练提供了一种新的途径和方法。 本文对大型复杂装备虚拟操作训练系统的结构、过程建模方法、面向Agent设计方法、联邦仿真流程进行了深入研究,提出了大型复杂装备操作训练系统通用框架、基于OKDN(Operation Knowledge Description Net)过程建模方法、大型复杂装备操作训练系统的多Agent体系,结合视景仿真循环和HLA联邦循环设计了系统的仿真流程。论文最后应用上述技术完成了某型导弹分布式虚拟操作训练系统的开发。 论文主要研究内容包括: 一、基于HLA的大型复杂装备分布式操作训练系统通用框架研究。首先对虚拟操作训练系统中的作业模型、过程模型以及它们之间的关系进行了研究,为虚拟操作训练系统过程建模指明了思路。然后研究了单操作手虚拟操作训练的结构,给出了系统构成,并进而研究了基于HLA大型复杂装备虚拟操作训练系统结构,给出了HLA联邦与虚拟操作训练的通用映射关系。最后讨论了虚拟操作训练系统面向Agent的设计方法,划分了具体的Agent。 二、虚拟操作训练系统过程建模方法研究。首先分析了操作过程建模需求,然后研究了过程建模工具UML、PERT图、Petri网和IDEF3等,提出了扩展Petri网功能进行操作训练过程建模的思路,并提出了一种用于操作训练过程建模的高级Petri网技术一操作知识描述Petri网(Operation Knowledge Description Nets,OKDN)。OKDN是在随机赋时变迁Petri网(STPM)的基础上进行扩展的,在定义中增加了固定时延量和随机延时量,并对STPN中的变迁进行重新定义,使其不仅方便描述操作过程性知识,而且能够描述操作控制型知识。 三、虚拟操作训练系统多Agent体系设计研究。分别研究了智能训练任务生成Agent(ITPA)、受训者智能评估Agent(ITEA)、智能虚拟人Agent(IVMA)和智能过程控制Agent(IPCA)的设计方法。研究了使用决策表方法实现训练目标与训练任务的映射,设计了操作——响应模型以及误操作和操作延迟数据采集算法,采用混合控制方法实现了虚拟人运动控制,并设计了一种受训者操作水平的智能评估算法。 四、虚拟操作训练系统联邦成员仿真流程设计研究。首先对智能联邦成员间交互处理Agent(IIDFA)进行了研究,将其划分为联邦对象模型设计和联邦成员间交互模型设计两部分,并分别提出了对象模型和联邦成员间交互模型的设计方法。然后在ITPA、ITEA、


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