基于XSIM的三维视景系统设计

陈冲 岳晋忠 董泽泽

摘 要 随着互联网技术的迅速发展，简单的二维地图和二维的仿真场景已经不能满足人们对于高质量、高效率以及高逼真度的仿真效果要求，对于军事仿真领域所提出的需求越来越高。XSIM作为一款可扩展的仿真平台，其内的模型开发和配置、想定的编辑和态势显示，都是其在军事推演中的亮点。但是其模型和推演过程的二维显示方式，是其在仿真领域的弱势，大大限制了其在其他领域的应用。这里我们提出了一种基于XSIM平台的三维视景系统构设的方法。

关键词 军事仿真;XSIM;三维视景

1 总系统设计

三维视景系统的构设是为了迎合日益增加的市场需求而提出的。在今天这个人工智能、大数据高速发展的时代，仅仅是在二维场景的基础上进行的推演仿真已经满足不了市场的要求。XSIM可扩展仿真平台是一个基于组件化建模与离散事件仿真技术的建模仿真平台，为各领域各层级的仿真建模提供了一个可靠的平台。平台提供了模型管理、时间管理、数据采集等服务以及开发接口，其内遵守的HLA/DIS/TENA等多种国际标准协议，为三维场景系统的实现提供了技术基础。

对于基于XSIM的三维视景系统构设这方面，我们要解决的核心的问题是，在现有的二维场景的基础上，对其进行坐标和模型向三维方向的转化。平台所提供的时间管理、数据采集无论是二维还是三维场景都是适用的。围绕其功能作用我们可以将三维场景系统分为：三维想定编辑、三维态势显示[1]。

三维想定编辑分系统是不仅仅在二维地图状态下进行想定编辑，在其二维的基础上，进行三维场景的构建，并实现其在三维场景的基础上实现想定编辑;三维态势显示分系统主要用于对于编辑完成的想定在三维场景中运行显示。

2 分系统设计

2.1 三维想定编辑

三维想定编辑分系统对XSIM平台现有的二维想定编辑模块的升级，现有的二维想定编辑功能模块将会到得保留，我们所提出的方案是将三维场景嵌套并替换掉现有的二维显示想定编辑区域。在保留现有的功能区基础上，来开发新的三维想定编辑区域。当然现有的功能模块对应的二维想定编辑显示区域与三维显示区域所存在的差别就要靠我们自己来探索和实现了。当然，保留的许多功能模块与三维想定编辑是通用的，地图的缩放、漫游、模型的选定[2]。

2.2 三维态势显示

三维态势显示分系统也就是我们在其他仿真引擎中所用到的场景的三维显示。与Unity 3D构建的场景可以关联Oculus中的VR插件来使用VR眼镜来查看场景相似，我们所构建的三维态势显示分系统的最终的目的是将VR、AR技术应用到XSIM平台中。不难想象，如果该技术得到实现，XSIM平台将不仅仅是应用于军事推演，VR技术的加入将使其可以应用到实兵穿戴训练中。三维场景系统的亮点就在于三维态势显示上面，该功能如果在技术层面上得到实现，必将会改变XSIM平台的应用格局。难点在于二维态势到三维场景的转换，二维平面地形到三维立体空间的转换。

3 坐标转换技术

实现XSIM的三维场景系统的构设离不开坐标的转换。现有的二维态势显示模块二维平面转换为三维立体场景显示，就要涉及二维坐标到三维坐标的转换。对于二维平面坐标到三维空间坐标的转换，在实现上也即是计算机视觉中图像坐标系到相機坐标系的转换。

图像处理、立体视觉等方向涉及的四个坐标系：世界坐标系、相机坐标系、图像坐标系、像素坐标系之间的关联和转换关系相信大家都有所耳闻。不同于传统意义上的世界坐标系到像素坐标系，这里我们要实现的是图像坐标系到相机坐标系的转换。对于相机坐标系到图像坐标系之间关系查阅文献资料可获得[3]。

这里给出矩阵转换关系：

4 结束语

在人工智能、大数据、AR、VR热火朝天的今天，本文所提出的基于XSIM平台的三维场景系统构设，是平台应用到AR、VR的基础，为XSIM仿真平台在未来成为军事仿真引擎主角提供了可能。系统所构设的三维想定编辑、三维态势显示都是军事仿真所必不可少的模块。系统具有通用性强、可扩展性好等特性，可广泛应用于各种军事仿真推演和模拟训练系统建设中。更进一步，AR、VR技术的应用，将使得平台在实兵穿戴模拟训练领域大有可为之处。

参考文献

[1] 苏耀峰.基于XsimStudio的态势回放系统设计[J].中国科技信息，2016（Z1）：86-88.

[2] 苏玉婷，侯磊，李艳飞.基于可扩展仿真平台的战术机动模型设计与实现[J].火力与指挥控制，2019（5）：125-130.

[3] 合恩.矩阵分析[M].北京：机械工业出版社，2005：168.

[4] 阮开智，翟文华，张志强，等.基于Xsim平台的防空导弹武器系统仿真平台设计[J].系统仿真学报，2020（1）：142-148.