基于数字地球的虚拟海战场环境仿真

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基于数字地球的虚拟海战场环境仿真

曾 鹏1，陈长征1，李苏军2

(1. 北京市947信箱10分箱，北京 100083；2. 国防科技大学多媒体研发中心，长沙 410073)

摘 要：分析传统海战场仿真方法的不足，提出以数字地球平台为基础来实现大规模虚拟海战场环境仿真的思路，从基于数字地球的大规模海洋表面生成、三维战场实体嵌入以及利用想定驱动虚拟海战场环境仿真3个方面展开虚拟海战场环境仿真技术的研究，通过实验给出实际的仿真效果。

关键词：仿真；数字海图；数字地球；虚拟海战场；想定驱动

Simulation of Virtual Sea Battlefield Environment

Based on Digital Earth

ZENG Peng 1, CHEN Chang-zheng 1, LI Su-jun 2

(1. The 10th Sub-box of 947 Letter Box in Beijing City, Beijing 100083;

2. Multimedia R&D Center, National University of Defense Technology, Changsha 410073)

【Abstract 】This paper analyzes the deficiency of traditional simulation methods in virtual sea battlefield, and proposes the idea of realizing the simulation of large-scale virtual sea battlefield based on the digital earth. It extends the research on simulation technology of the virtual sea battlefield from three facets of large-scale ocean surface rendering based on digital earth, embedment of the three-dimensional combat entity and scenario-driven simulation of the virtual sea battlefield environment. The effect of simulation is given. 【Key words 】simulation; digital chart; digital earth; virtual sea battlefield; scenario-driven

计 算 机 工 程Computer Engineering 第35卷 第8期 Vol.35 No.8 2009年4月

April 2009

·开发研究与设计技术·文章编号：1000—3428(2009)08—0269—02

文献标识码：A

中图分类号：TP391.41

1 概述

随着海洋战略思想的深入人心，世界各国军事研究人员

一直对虚拟海战场环境的建设极为关注。从早期的SIMNET 计划到面向21世纪建立的下一代战争演练系统WARSIM ，美军已初步建成数字陆战场；并计划到2030年实现陆战场的全面数字化，同时建立虚拟海战场和空战场；拟在2050年前后建成陆海空天一体化的虚拟战场。目前，美军已经具备满足陆、海、空、特种部队等多军兵种军事训练的能力，并能实现虚拟与实际武备的对接，部分成果已用于一定规模的联合军事演习中。从目前国内发展情况来看，虚拟海战场的建设还停留在训练模拟器材等面向小区域的海上场景，而在面向大规模海战场态势的分析和理解时，指挥员仍普遍采用传统的基于数字海图的态势标绘和二维作业推演。造成这种现状的主要原因有：(1)海平面广阔，时空粒度与尺度跨度较大。 (2)海浪受力复杂，其波动受到重力、摩擦力、科氏力等各种力的综合影响。(3)时空互动。海浪是一个流体，海洋现象不但空间和时间上是动态的，更多的是时空互动，因此，很难用一个通用的方程来表示。(4)战场实体的嵌入以及实体与海战场环境间的交互较为复杂。然而，随着海战场感知手段的不断增强，海战场环境保障方式开始向数字化、可视化、多比例尺三维海图方向发展，以纸质海图、二维电子海图和沙盘为主的海战场环境保障手段已无法满足信息战的迫切需求。随着数字地球和数字海洋的提出以及虚拟现实技术、计算机技术和数据仓库技术的快速发展，展开基于数字地球的虚拟海战场环境仿真技术的研究能够为我军海上作战、训练和海上抢险救灾以及多军兵种联合作战提供良好的信息保障和技术支持。

2 基于数字地球的海洋表面生成

数字地球与数字海洋的提出为虚拟海战场与数字地球的结合提供了契机，也为虚拟海战场环境建设提供了良好的基础平台[1]。在该平台实现了三维虚拟海战场环境的生成，主要体现在海洋球面生成、LOD 球面高度网格生成和海面光照效果模拟等方面[2]。

2.1 海洋球面生成

由于地球的球体特性，要构建基于数字地球的海洋表面模型必须在三维球面上进行。这需要求解海洋表面各点(x , y ,

z )的值，

同时考虑时间因素t ，生成动态海洋表面 h (x , y , z , t )，转换为经纬度坐标即h (a , β, t )，该点的实际高度值为

surface surface (,

)(,)(cos ,)h h f αβαβαββ=+⋅⋅N 其中，cos β为修正值；surface N 为(a ,β)切平面的法向量。得到某时刻t 海洋表面各点的高度值就可以实现某时间点t i 海洋表面的生成，如图1所示。

图1 海洋表面点的高度值与对应的效果图

作者简介：曾 鹏(1978－)，男，博士，主研方向：虚拟现实，计算机仿真；陈长征，高级工程师；李苏军，博士研究生 收稿日期：2008-09-20 E-mail ：zengpeng_chsh@