基于网络和虚拟多媒体技术的海战平台视景实现

罗泽峰　单广超

摘 要：有效构建具有多媒体动画和声音功效的海战视景仿真平台，建立虚拟现实的海战对抗环境。随着信息化条件下战争的需要，实现物联网网络联机下的多媒体虚拟海战视景仿真平台构建，具有节约演练经费，研究武器性能的重要意义。采用Creator及Vega Prime软件实现海战场视景环境和作战兵器的建模，实现舰船及尾流的视景仿真，实现三维虚拟海洋战场环境指从海底到海空的整体海洋环境。基于TCP/IP协议和C/S模型构建网络传输系统，实现了远程的控制和数据传输。设计和测试效果表明，构建的海战场多媒体效果极佳，实现和海、空、天、舰船以及攻击武器动画和声音的有机统一，网络测试效果也展现了良好稳定的联机传输和远程控制的性能。视景仿真平台的进一步开发将具有很大的应用前景。

关键词：网络；多媒体；海战；视景仿真

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）03-00-02

0 引 言

随着军事训练要求的不断加强，以及现代化武器装备的列装，高科技信息化条件下，进行一场全方位的演练演习具有很大的必要性，但耗费也必然巨大，军事训练成本随之在大大增加[1，2]。为满足高科技新装备条件下军事训练和模拟作战的需求，建立一个虚拟环境下的海战模拟平台，海战是声、光、景等并现的全真模拟场景，海战视景仿真平台的搭建，必将离不开多媒体技术和计算机网络技术的综合和应用，结合虚拟视景仿真技术，构建多媒体应用场景，搭建计算机网络平台，实现远程通信和控制，以及战场信息的实时传输，成为本系统设计的关键环节和基础[3]，在开展武器装备试验和战术演练中具有重要意义。

对此，本文旨在完整建立一个基于物联网技术和虚拟多媒体技术的海战平台，并实现战场的构建和武器对抗的视景仿真。采用Creator及Vega Prime软件实现海战场视景环境和作战兵器的建模，实现舰船及尾流的视景仿真，研究成果将应用在军事训练模拟和视景仿真中，具有较高的实用效果。

1 虚拟海战场多媒体环境构建及框架设计

1.1 虚拟海战场多媒体环境构建

本文的三维虚拟海洋战场环境指从海底到海空的整体海洋环境。应该包含三维虚拟海洋（海底、海面）、气象环境（雨、雪、雾等）、虚拟天空（云、风、太阳等）、三维实体模型（军舰、来袭武器、拖曳体等）和声音（海水声、风声、以及各种模型的运动声音效果等）。实现海洋战场环境三维虚拟海洋的首要任务是完成三维实体建模和模拟三维虚拟海洋，三维虚拟海洋包括海底地形和海面的构造，海底地形是指海底或河床的一部分，其地势起伏可测或具有明显的地形轮廓[4]。海面的构造主要包括海面的波浪、海风生成的浪花、泡沫、飘浮物等动态效果[5]。在此基础上才能更好地构造其他环境模型。这一切，构成了整个海战视景仿真平台的多媒体效果的基础。虚拟海战场多媒体环境构建如图1所示。

图1 虚拟海战场多媒体环境构建

1.2 虚拟多媒体技术框架设计

本文中采用了Vega Prime软件进行虚拟多媒体的视景仿真的设计和模型构建，本节介绍如何进行框架的设计和构造，这一部分的设计步骤包括如下：首先进行虚拟多媒体模型的预处理，包括了界面的设计和程序代码的编写和设计。在本阶段，要进行模型的建立，软件使用Multigen Creator，建立海战场景下的各种模型，并生成大地、海、空、天等场景；第二步是图形界面的设计，其中包括了环境设置，初始位置的设置，模型设置等，以及爆炸、碰撞、烟雾、轰鸣等特效设计都要包括在其中；第三步是程序的设计编写，它是完成整个虚拟多媒体技术实现的关键和难点，通过代码的编写，为用户提供其所需要看到的视觉和听觉上的多媒体场景效果。并通过它调用库函数生成模型库，还可以通过编写程序实现对多媒体场景的控制。整个场景收到仿真数据的作用而进行驱动和视景仿真。要实现很好的实战效果，这其中又包括了驱动程序的算法的实现，数据的实时处理，引信爆炸及碰撞的检测和作用、场景的切换和控制等。整个海战场虚拟多媒体视景环境的构建框图如图2所示。

图2 基于Vega Prime虚拟海战多媒体视景框架

1.3 实体建模实例

采用MultiGen Creator进行实体视景建模，它是一个高度专业化的建模工具，专门创建用于视景仿真的实时三维模型，Creator使得输入、结构化、修改、创建原型和优化模型数据库更容易。不仅可用于大型的视景仿真，也可用于娱乐游戏环境的创建。模型建造的基本过程就是由“点”连接成“面”，由“面”变化为“体”，然后赋上材质，贴上纹理，选择光照。下面就以来袭武器的三维几何建模过程为例，简要说明该软件的使用方法。复杂物体的几何建模与其类似。按步骤安装完软件后，运行软件，进入Creator的主界面。在选择好网格的单位和一些参数后，就可以开始建造模型了。在Face Tools中选择面的类型，然后在调整网格的大小，用鼠标在网格上选择合适的点，组成面。这里选择了把点连为多边形。以下以建造来袭的鱼雷武器模型为例，得出模型构建的虚拟图过程和最终效果如图3所示。其它海战环境虚拟现实多媒体技术构建不再详细的一一举例。

图3 来袭的鱼雷武器虚拟现实构建

2 视景仿真系统物联网网络组网设计

基于物联网基础，通过计算机网络通信传输，实现虚拟海战场的画面及声音等多媒体效果与仿真模型数据的同步和一致。如果不能实现网络即时通信，就难以实现真正的海战模拟视景仿真，更谈不上远程指挥与控制。要实现整个海战场视景仿真的系统和效果，需要设计和建立本系统的计算机网络实现通信和传输。根据仿真系统的设计和要求，需要建立一个分布式的网络系统，一般在建立分布式应用时最常用的就是客户机/服务器（C/S）模型，方案中客户应用程序向服务器程序请求服务。这种方式隐含了在建立C/S间通讯时的非对称性。计算机网络通信组网的实现使用，套接字编程均采用C/S模型的协作模式，即由客户进程向服务器进程发出请求，服务器进程执行被请求的任务并将响应结果返回给客户进程。系统对每一帧的处理分为App（应用）、Cull （截取）、Draw（绘制），绘制的过程中实现OpenGL的功能，就要求响应在vsChannel的EVENT_POST_DRAW或EVENT_PRE_DRAW 事件，其中EVENT_PRE_DRAW表示在已创建通道之后，开始场景绘制之前通知该事件订阅者，EVENT_POST_DRAW则表示在绘制通道之后，调用交换缓冲器之前通知该事件订阅者。关键代码实现如下：

Int CMyApp： ： configure （ ）

{vpChannel *channel = *vpChannel： ： begin （ ） ；

channel - > addSubscriber （ vsChannel： ： EVENT_POST_DRAW， this） ；

}void CMyApp：： notify （ vsChannel： ： Event， const vsChannel *channel， vrDrawContext *context）

{switch（event）{case vsChannel：：EVENT_PRE_DRAW：

vsChannel：：EVENT_POST_DRAW：

//这里添加OpenGL绘制代码}break；} }}}

3 系统仿真实现及网络测试

基于计算机网络技术和虚拟多媒体技术的海战平台视景仿真实现和设计中，首先进行海战场多媒体平台的设计和渲染，设计的方法前面已经介绍，虚拟多媒体技术设计是在Vega Prime 2.0软件平台上实现和完成的。设计得到的海洋环境如图4所示，

图4 海战场环境视景效果图

本系统的开发测试首先是在基于上述构建的计算机网络通信平台的基础上，创建一个的客户端，这客户端是一个基于对话框的MFC应用程序，根据C/S模型，进行相关的程序开发，并利用socket进行计算机网络组网测试和通信。实现对海战场的实时控制和视景仿真指挥，和数据信息的传输。网络组网后测试的效果参数图如图5所示，通过测试效果看出，虚拟海战场的作战模型数据能与客户端和联机实现有效的网络传输和信息共享，通过仿真及网络通信效果显示，数据传输性能稳定，实时性能好，无差错，并能实现视景仿真端信息的回传和参数在界面的准确显示和定位。

图5 计算机组网和参数传输效果测试

4 结 语

本文采用Creator及Viga Prime软件实现海战场视景环境和作战兵器的建模，实现舰船及尾流的视景仿真，采用多媒体网络技术实舰船航行、爆炸等声音效果。同时，基于TCP/IP协议构建网络传输系统，实现了远程的控制和数据传输。系统平台及视景效果展示了本系统具有很好的应用功能。下一步将对其继续开发，使得海战场作战模型更加多样化，视听效果更加逼真，计算机网络更加稳定。

参考文献

[1]王瑞，马艳. 基于分数阶傅里叶变换的线性调频脉冲信号波达方向估计[J].兵工学报，2014，35（3）：421-427.

[2]李振兴， 徐洪洲.基于经验模态分解的小波阈值降噪方法研究[J].科技通报，2012，2（9）：125-128.

[3]胡光波， 周勇， 徐骞. 改进向量量化算法的图像压缩研究[J]. 科学技术与工程， 2010， 10（14）： 3517-3519.

[4]志春，陈冠玮. 斜因子K均值优化数据聚类及故障诊断研究[J]. 计算机与数字工程，2014， 42（1）： 14-18.

[5]胡光波， 何席兵， 甘新年.基于分数阶Fourier变化累积量的目标检测算法[J]. 鱼雷技术， 2011， 19（5）： 344-348.