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实时动态交互视景仿真

徐东平  
【摘要】: 仿真技术是一门综合性技术,具有可靠、无破坏性、可重复、安全、经 济、不受气候条件和场地、空间限制等优点,它与人类生活密切相关。实时 动态交互视景仿真(RTDIVS-Real Time Dynamical Interactive Visual Simulation)是先进分布式仿真系统(ADS-Advance Distributed Simulation) 的核心,是虚拟样机(VP-Virtual PrototypeS)研究的重要内容,是研究信息 人格化表现支撑技术的新兴领域,它正在支持着国防建设、工业制造、交通 管理、工程预演、城市规划、航空航天、培训、教育、医学、以及房地产、 商业、娱乐等广泛领域的发展。因此,相关研究受到世界范围内广大专家、 学者密切关注。这一技术最早由美国国防部(DOD-Department Of Defense) 应用于军事对抗演习及作战概念研究。特别在1996年,美国国防建模与仿 真办公室(DMSO-Defense Modeling&Simulation Office)对分布式交互仿真 (DIS-Distribute Interactive Simulation)系统环境进行深入研究,并总结以往 经验,提出重要支撑规范——高层体系结构(HLA-High Level Architecture),以及联邦(Federation)、联邦成员(Federates)、联邦执行 (Federation Execution)概念,为开发大型RTDIVS系统奠定了坚实的基础。 二十世纪九十年代中后期,我国国内仿真界、相关研究机构及企业,顺风扬 帆,百柯争流[172]~[200],在视景建模、仿真、协作虚拟样机(CVP-Collaborative VirtUal Prototyping)等研究与应用方面,取得了不少成绩。 在论文中,作者回顾了仿真发展历史,分析了RTDIVS信息反映本质 特征,认为:仿真系统建立是以人为信息宿主的信息模型反映实例;从理论 高度阐述了仿真系统建立的思想基础,指出:仿真行为是研究对象的抽象与 综合认知,仿真系统应以数学特性相似以及几何特性相似为依据,构成研究 对象的同态系统。论文以作者建立的信息模型反映理论为指导,针对 RTDIVS的主要矛盾,即网络有限带宽与视景运动交互参数实时传输矛盾, 对仿真建模理论、软件开发方法、信息编码理论进行了深入研究,建立了二 维图像自动矢量化标注交互软件平台,深入探讨了三维视体自主运动控制机 理,提出了视景联邦综合开发方法(VF-SDM-Visual Federation Synthetic DevdoPment Method)。VF-SDM是一种“螺旋、渐近、独立、同步”开发 方法,这种方法实现了视景仿真系统对象模型、仿真模型、视景联邦模型、 运动体控制模型、视景显示同步模型分解与协调。在VF-SDM指导下,作 者研究、设计了视景联邦文本文法及其存储转换图灵控制机,以及视景联邦 实时动态交互视景仿真 概念组成图形语言,并且结合HLA思想,建立了视景联邦运行基础支撑结 构 VFRTI(Visual Federation RUn Time I曲as咖cture),VFRTI将有效支持多 领域视景仿真系统开发。作者的“信息模型反映”理论强调信息化的过程, 并将信息化过程的一般规律用于仿真系统建立之中。由此理论指导建立的分 布交互视景仿真系统开发工程方法及实践,体现了对客观对象进行主观人格 化信息表示创造性的仿真思想。 论文主要内容包括10章,第1章概述了计算机仿真发展与现状,提出 RTDIVS概念,并明确了研究目标;第2章从理论角度论述了仿真系统的思 想基础,指出,仿真是针对研究对象的抽象与综合认知,仿真系统是在相似 理论基础上建立的研究对象的同态系统;第3章概括了系统的抽象表达工 具,即几何模型、逻辑代数、关系代数、类别代数,以及连续模型、离散模 型,图灵计算模型等;第4章对一些重要的软件开发方法论进行了深入广泛 地研究分析,并在此基础上提出视景联邦综合开发方法,其详细思想在第9 章进行论述;第5章全面阐述了信息人格化概念表示、编码与存储表示,以 及多媒体集成形式化描述和集成方式,建立了图像自动矢量化分层标注与二 维媒体交互,这是对客观对象(图像)进行主观人格化信息表示(自动矢量 化图形)的仿真应用实例之一;第6章对图形仿射与透视、自主体运动进行 探讨,是对客观对象(视景运动)进行主观人格化信息表示(三维图形仿射 及自主运动控制)重要的仿真思想;第7章以DISHLA为基础,对视景分 布仿真高层体系结构进行分析,提出了视景仿真联邦表示、视景联邦文本文 法及其存储结构转换图灵机;第8章分析了RTDIVS支撑结构,介绍了视 景仿真支撑软件Vegs重要功能及组成;第9章,RTDIVS简易联邦与开发, 详细介绍了作者提出的VF-SDM思想、简易视景联邦运行基础结构、简易 联邦数据映像与基本功能以及RTDIVS开发平台与开发步骤;第10章,疏 浚作业视景仿真系统设计举例。 VF石DM及VFRTI成功地用于国家9.5攻关项目“疏浚


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