王钦钊 WANG Qin-zhao；黄钊 HUANG Zhao；李小龙 LI Xiao-long
（装甲兵工程学院，北京 100072）
（Academy of Armored Forces Engineering，Beijing 100072，China）
摘要： 为了降低装甲分队作战训练的实施难度和成本，将分布式仿真技术应用与军事训练中，基于RV引擎开发了装甲分队模拟训练系统。运行结果表明，该系统具有真实性和对抗性的特点，可以满足装甲分队模拟训练的要求。
Abstract： The distributed simulation technology is applied in military training in order to reduce the difficulty and cost of armored unit combat training, and the simulation training system of armored unit is developed based on RV engine. And the results show that the system has truthful and confrontational characteristics, and it’s able to meet the requirements of armored unit simulation training.
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关键词 ： 装甲分队；模拟训练；游戏引擎；建模仿真
Key words： armored unit；simulation training；game engine；modeling and simulation
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A
文章编号：1006-4311（2015）02-0194-02
0 引言
我军新型的装甲装备由于价格昂贵、操作复杂、数字化特征明显，加上装备寿命维护的限制，导致装甲分队实装训练的实施难度和成本过高[1]。随着军事仿真技术的飞速发展，模拟训练已经成为部队军事训练的重要组成部分。近年来，随着模拟训练观念的变化和网络信息技术的迅猛发展，将游戏引擎引入军事仿真中进行二次开发，以此作为军事模拟系统开发平台逐渐成为了国内外研究的热点，这样不仅可以简化仿真系统的复杂度，缩短开发时间，还可以通过游戏自带的建模、动画、光影等特效提高视景的真实性，南京军区开发的“光荣使命”、北约军用训练系统VBS3都是其中的典型代表。
本文采用和VBS3相同的RV引擎开发出一套逼真度高、沉浸感强的分队作战仿真系统用于代替复杂武器装备进行训练。该系统的建成可以为装甲分队提供从分队模拟训练到作战方案推演，甚至包括新型装备论证试验等涵盖装甲装备多层需求的仿真平台。
1 装甲分队模拟训练系统设计方案
1.1 系统实现的目标 装甲分队模拟训练系统旨在构建一种人在环（Human in Loop）的人机仿真（Human-Machine Simulation）训练方式，可以实现单个成员专业技能和车内协同训练，分队战术模拟对抗训练。该模拟训练系统是一种战术层级的仿真训练系统，其仿真粒度介于单车乘员技能训练（各种操作模拟器等）和演习训练模拟系统（即战争模拟）两个层级之间，既可以训练装甲车辆各个乘员的操作技能，培养其战场意识和战术素养，又能提高指挥员的指挥协调能力，提高分队整体作战的能力。
1.2 系统总体设计 装甲分队模拟训练系统，采用分布交互仿真技术、虚拟战场技术和HLA/RTI[2]，实现实兵在环的装甲分队模拟对抗训练，具有交互式操作、导调控制、成绩评定、态势记录与重演等功能[3]。如图1。
装甲分队模拟训练系统主要由中央控制台、红方装甲分队、蓝方装甲分队等部分组成。
2 装备模型的建立
2.1 装备实体建模 RV引擎自带的实体建模套装软件Oxygen 2可以方便地进行武器设备、战斗车辆、单兵等的专业建模。使用Oxygen 2建模时，采用模块化结构设计方法，按照逻辑和空间位置将装甲车辆实体化为不同的模块，以此来提高建模效率和可管理性。
同时，采用细节层次（Levels of Detail，LOD）技术为同一实体提供不同细节程度的模型对象，从而满足不同视点变化的要求，提高绘制算法的效率。在此模型基础上，结合纹理映射技术和碰撞检测算法以及材质与光照的应用就可以建立视觉效果优秀、真实感强的实体模型。
2.2 装甲装备火控系统建模 在操作和功能上是否与实装高度一致是检验仿真模型的一项重要标准，本文以火控系统建模为例，说明该模拟训练系统中装备功能的建模方法。
火控计算机内部存放着由各弹种的射表所逼近的弹道函数能完成瞄准角和方位修正量的计算。不同的火控系统，由于原理、结构和工作方式存在不同之处，数学模型也不完全相同，但是它们之间存在共性。
在诸多影响因素中，目标水平速度值、目标垂直速度值、目标距离值对射击影响较大。同时，假定射击是在标准条件下进行，不考虑横风、药温、气温等影响[4]。因此火控模型的建立，即可简化为建立激光测距模型、瞄准角模型、水平和垂直提前量模型。
2.2.1 激光测距模型的建立与实现 本文为了简化激光测距模型，只对战斗工作状态的测距范围、测距精度等进行了考虑，所建模型不影响火控功能的实现。
主要设计步骤为：将坦克瞄准镜与激光测距仪合二为一（实装也如此），瞄准镜的位置也就是测距仪的位置。当炮长按下激光测距按钮，激光测距仪发射一条与视线同一方向的模拟测距激光束FCS_Laserbeam，利用模拟激光束来判断是否和视场中的其它物体发生了碰撞；当碰触到物体时调用测距函数测算距离，然后判断该距离是否在激光测距仪的测量范围内。若在200~4000米的范围内，则视为测距正常，并将激光测距的准确值转换为相应精度的数值。若距离信息不在200~4000米的范围内或者激光轨迹体没有和视场内的其它物体碰撞，则视为测距超界，返回超界信息。
2.2.2 瞄准角模型的建立与实现 瞄准角模型的实现，本文采取与实际的火控系统相同的处理方式，即事先由射表数据用最小二乘法逼近获得弹道系数，再在程序中实时调用弹道函数进行求解计算。瞄准角与距离的关系式：
α=a·D3+b·D2+c·D+d （1）
式中：D为距离，a、b、c、d为弹道系数。瞄准角的计算只需把距离代入式（1）中，就可以求出任意距离火炮的瞄准角，然后驱动火炮上移至相应角度。
2.2.3 方位和高低提前量模型的建立与实现 本文设计水平和竖直提前量模型时，通过操纵台跟踪目标，系统读取操纵台转角信号可以获得火炮水平（_tazimuth）和垂直（_televation）方向的运动角度，将其转化为火炮水平（_azimuthspeed）和垂直（_elevationspeed）方向的运动角速度并循环解算其在2s内的平均角速度，将其转换为瞄准镜的跟踪速度；获取激光测距仪模块测得的坦克和目标之间的距离值（_range），并根据距离计算弹丸击中目标所需要的时间；获得方位提前量，驱动实体模型火炮调至相应位置。
3 模拟训练系统的运行
想定编辑完成存放于中央控制台系统服务器中，经过测试运行后便可组织实施训练。
开始训练前，由管理员负责训练科目和想定的选择，并控制训练的开始和结束。组织者可通过控制二、三维观测器中的观察视点在虚拟战场中任意漫游，以此来对整个训练过程中的战场态势和红蓝双方的作战行动进行实时的监控和观察。分队内部基于战术要求，形成指挥车、战斗车辆等上下级关系，分别承担分队指挥、控制、通信、进攻等作战任务。参训人员根据想定的设定扮演各装甲车辆中车长、炮长、驾驶员等战斗角色，操纵控制设备来参与训练。炮长操作视景如图2。
训练结束后，管理员中的成绩评定系统会对该次训练给出较为全面的评定结果。
4 结束语
本文研究的装甲分队模拟训练系统，基于RV引擎能够精确地复现仿真对象，采用与现实一致的外形细节和物理特性，不仅可以提供给参训者范围广阔的虚拟战场环境和高逼真度的视觉效果，而且还能使虚拟装备的操作与实装保持一致。运行结果表明，使用该模拟系统进行训练时，参训者可以沉浸在真实的战场环境中，最终达到以模拟训练代替实装训练的目的。
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参考文献：
[1]李伟,强宝民.某型导弹地面设备模拟训练系统的构建于研究[J].计算机仿真.2006,23(9).
[2]IEEE Std. IEEE Stand for Modeling and Simulation (M&S) High Level Architecture (HLA) -Framework and Rules[S]. The Institute of Electrical and Electronic Engineers, 2001: 1516-2000.
[3]马丽.基于HLA的模拟训练仿真系统开发设计[J].电脑与信息技术,2012(1):33-36.
[4]朱竞夫.坦克火力控制系统[M].国防工业出版社，1995.