分布式交互仿真

1、分布式交互仿真成员：李国栋 张申峰 张经善 王森浩主要内容概念与类型A组成及特点B关键技术C应用与展望D 分布式交互仿真是一种新兴的仿真技术,它采用协调一致的结构标准、协议和数据库,通过局域网和广域网将地域上分散的人、在回路中的仿真设备和仿真系统有机地联为一个整体,形成一个人可以参与交互作用的、时空一致的、共用的综合仿真环境。该技术允许为了各自目的而设计的系统、不同时期的技术、不同供应商的产品、不同的服务平台联接在一起,并且允许它们在综合战场环境下进行互操作。分布式交互仿真系统DIS结构图 模拟军事演习军事仿真就其仿真逼真度可分为三种类型:真实仿真由实际的战斗人员使用实际的武器系统和保障系统,

2、在尽可能真实的作战环境中进行实战演习。虚拟仿真由实际战斗人员操作仿真的武器系统进行的作战仿真。典型的例子是仿真器联网SIMNET。结构仿真由仿真的人操作仿真的武器系统进行的仿真。如作战模型。分布式交互仿真就应用角度可分为以下三种类型: 1)平台级分布式交互仿真。平台级分布式交互仿真主要用来连接武器装备训练，仿真器,构成一个综合战场环境,用于分队级多个训练仿真器间的联合训练。 2)聚合级仿真协议ALSP。聚合级仿真协议ALSP主要用来联接聚合仿真系统,是使各仿真系统间能够进行互操作的软件协议,它被广泛用于支持美军来联接分析和训练系统。 3)高级体系结构HLA134101112。 二、组成及特点

3、基于HLA RTI的分布式交互仿真HLA RTI体系主要包括三部分: 1)规则。保证联邦中仿真应用间按正确的方式进行交互,描述各联邦成员的责任及它们与RTI的关系。提供了十条规则,分别对联邦和联邦成员作了规定。 2)对象模型模板。定义HLA对象模型信息的通用方法,提供一种标准格式的HLA对象模型模板,以促进模型的互操作性和资源的可重用性。3)接口规范说明。定义联邦成员与联邦中其他成员进行信息交互的方式,即RTI的服务。其定义了RTI的六大管理功能。 RTI的逻辑结构 RTI的逻辑结构RTI由RTI全局执行进程RtiExec、联邦执行进程FedExec和LibRTI库组成。RtiExec是一个全

4、局进程,主要功能是管理联邦执行的创建和析构,即FedExec进程的创建和析构,每个联邦成员通过与RtiExec通讯来进行初始化,加入到相应的联邦执行中。FedEx-ec管理一个与其一一对应的联邦仿真过程,管理联邦成员的加入和退出,为联邦成员间的数据通讯和协调运行提供支持。LibRTI是一个C+ +库,给联邦的开发者提供HLA接口规范中定义的服务。联邦成员使用LibRTI库来调用RTI服务,该成员与其它成员的信息交互就是通过调用LibRTI库的成员函数来实现的。二、组成及特点1. 分布式交互仿真技术的特点 分布式交互仿真技术是仿真技术的一个重要分支,以计算机技术、网络技术、分布计算和虚拟现实等多

5、种领域技术为支撑,通过网络将地域上分散的不同类型、不同结构的仿真实体有机地连接成一个整体,形成一个在时间和空间上相互耦合且一致的分布式虚拟环境,并具备较完善的人机交互特性,协调完成复杂的仿真任务。2. 分布式交互仿真系统主要有以下特点:1)沉浸感 2)交互性 3)想像力(Imagination)和虚拟环境的自主性4)分布式的系统结 5)共享的虚拟环境6)时间、空间和事件的一致性 7)开放性、可扩展性、可重用性三、关键技术 分布式交互仿真是仿真技术与网络技术的结合。仿真技术主要是开展仿真互联、仿真信息技术、仿真表示和仿真接口等方面的工作;网络技术包括网络结构、实时性和安全保密性等。主要关键技术：

6、1)HLA技术2)建模技术3)计算机生成兵力CGF技术4)校验、验证和确认技术VV&A5)网络技术6)战场环境生成技术7)人机界面技术 分布式交互仿真主要应用于训练、武器系统设计与开发过程的评估、作战仿真和采购等,并已取得明显的效果。 1)联合作战训练。训练仿真器是军事领域中应用最早、最广、收效最为突出的一项仿真应用。为了扩大其应用范围及效果,现采用仿真器联网。在训练领域,DIS的突出特点是能提供虚拟综合战场环境,使部队可以试验各种可能的行动方案,并可大大减少风险和高额的开销。尤其是对大规模的作战训练,效益更高。 2)武器系统评估。由于DIS体系结构开放性的特点,可在系统中嵌入实际使用

7、的作战系统和武器系统,从而可以在近实战的情况下,对作战系统进行技术和效能的评估。 3)作战研究。在DIS生成的逼真战场环境支持下,受训人员不仅可以熟练掌握联合作战战术和作战原则,开发作战条令,规范和评估作战计划,指导任务预演,定义作战需求,而且可以研究和发展新的作战方式和方法,提高战场指挥能力。 4)作战模拟。美军于1992年成立了六大战斗实验室,该六大战斗实验室分别针对战场上影响最大的六个方面进行实验。并于1993年开始实施“路易斯安娜”演习,加强作战能力和发展未来作战思想。该计划实质在于利用计算机和通信网络把美军六大战斗实验室的模拟器与各司令部及各军种等有关单位联系起来,创造一种可共享的、人工合成的环境,进行分布式交互模拟试验和演示,通过计算机模拟等综合性现代化手段,研究和探讨新形势下陆军部队建设的重大问题。 5)武器系统采购。将建模与仿真用于武器系统采购的各个阶段,已成为经济可行的采购策略的有机组成部分。采用作战性能建模来检验各种不同的设计方案,可确保系统设计性能和系统设计的首次制造的正确性,降低研制费用,缩短研制周期。 展望：展望： DIS系统涉及面广,是一项浩大的过程。现有的有关技术很多还处于实验室阶段,还有很多问题亟待解决。首先是仿真效果评估问题。现在还未建立起对系统仿真效果进行科学评估的有关理论体系。其次是大范围仿真模型