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虚拟海战场环境三维可视化仿真是目前国内外海军作战仿真领域中令人关注的焦点和新的发展方向。论文选题具有前瞻性,符合现代战争发展的需求,也具有一定的难度。然而,本文作者在查阅了大量中外文献的基础上,着力研究了海洋战场环境下三维动态场景实时交互仿真技术,所做的工作具有很高的理论意义和实用价值。
战场环境仿真是作战仿真的重要内容。逼真的战场环境实时仿真是作战仿真的基础,它为保障分析、作战评估等试验提供了仿真平台。但是受计算机硬件条件和有关技术发展水平所限,实现大规模战场环境的实时视景仿真还存在较大的困难。战场环境模拟往往要复现战场的各种物理环境,如战场视觉环境、声学环境、电磁环境等,其复杂性决定了只有调动计算机的全部资源,才能尽可能满足模拟的要求。
本课题是一个软件研发项目,研究基于PC机的三维动态场景及其交互技术,利用计算机的三维动画、虚拟现实、网络和多媒体技术手段,构造出较逼真的海面战场环境和战情动态发展。微软DirectX提供的组件涵盖了计算机的所有资源,它的图形环境、3D环境、声音环境以及交互能力、通讯能力,都为战场环境模拟系统提供了先决条件。最新版本DirectX 9.0包含了对.net支持的托管部分,使我们轻松实现利用.net编程语言(如C#)开发DirectX程序的目的。
作者在研究分析了DirectX技术的基础上,着重探讨了托管DirectX技术及其各组件在战场模拟技术的应用,具体就海洋战场环境的模拟技术及相关实体模型的仿真和三维场景的渲染进行了研究与实现,并针对海洋战场环境多人演练与指挥系统进行了软件平台的开发。论文实验的开发基于Microsoft .net Framework 1.1,使用Visual C#编程语言和Visual Studio.net 2003集成开发环境,对利用硬件加速的多媒体程序开发包DirectX 9.0b SDK进行托管开发来完成对虚拟海战场环境的三维可视化仿真进行的具有预研性质的研究工作。
本文在吸收了国内外关于海军作战环境模拟技术的部分研究成果的基础上,对虚拟海战场环境的三维视景仿真技术做了初步的探索和研究。对战场环境模拟技术、海洋战场环境、海洋战场实体和海洋战场自然景观及特效四个方面内容进行了研究,建立了各环境要素的数据模型树状关系图,采用DirectSound组件实现三维音效,DirectPlay组件实现指令传达与通信,基于Direct3D技术实现了天空盒、地形地貌和海面波浪等海洋战场环境仿真,飞机、舰船等海洋战场实体以及云(烟)雾、雨雪及爆炸火焰等海洋战场自然景观的计算机仿真。论文的实验方案、研究方法,研究步骤均能较好地反映现代海战仿真的特点和要求。
本论文所作的具体工作和研究成果包括:
(1) 基于DirectX的实时编程技术,研究它在战场环境(视景环境、声学环境、控制指挥环境和数据通信环境)模拟技术中的各种应用,并研究其托管技术以最大限度地提高系统的实时动态仿真和交互性能;
(2) 基于托管Direct3D技术的海洋战场环境,如天空盒、地形地貌和海面波浪的模型仿真以及纹理映射和贴图技术;
(3) 基于托管Direct3D技术的海洋战场实体,如飞机、舰船的模型仿真技术以及机动目标的运动形式和运动轨迹的研究;
(4) 基于托管Direct3D技术的海洋战场中的自然景观,如云(烟)雾、雨雪及火焰、爆炸等特殊效果的模拟仿真技术。