基于Skyline的全过程作战行动可视化仿真

阳烨涵，解文彬

（中国人民解放军陆军工程大学指挥控制工程学院，南京210000）

0 引言

全过程作战三维仿真涉及很多因素：除了地形，模型及附属设施之外，观察角度、任意时间推进、气象模拟、模型与实体真实比例建模缩放、能见度模拟等都是难点，在实现过程中需要解决以下问题：①作战区域的三维地形构建，我们采用Skyline TerraBuilder将航片、卫星影像与地形数据、数字高程模型以及各种矢量地理数据相叠加，再将多种不同分辨率数据融合、坐标变换和剪裁，构建出支持Skyline的mpt格式的场景文件。②作战模拟环境和实体的仿真的可信度和逼真度需求，只有提高模型与环境的分辨率和真实度，才能减小模拟仿真时技术问题带来的现实战场与模拟作战环境的差别。实现上述功能需求，主要面临着以下三个技术难点问题：①构建高分辨率的作战模拟仿真地形，排除环境干扰，贴合真实作战行动。②作战仿真行动的3D模型制作逼真程度，以及对模型的渲染，营房大地的贴画。③对运动物体的排列，速度加速度的调整，模型比例的分配。

1 实现方法

Skyline可以利用二三维数据搭建出一个对真实世界进行模拟的三维场景。TerraBuilder地形建立产品从图像和高程数据中创建三维地形数据库，构建出支持Skyline的mpt格式的场景文件，同时使用软件VirtuoZo 2014，利用数字影像或数字化影像完成摄影测量作业，创建出如同真实照片般的地理精准的三维地球模型。通过叠加航片、卫星影像、数字高程模型以及各种矢量地理数据，迅速方便地创建海量三维地形数据集，并提供给TerraExplorer客户端进行数据层和其他内容的叠加。TerroExplorer Pro用户可以根据需求，实现三维目标动态创建、位置移动以及属性改变以及TerraBuilder产生的地形文件基础上，通过创建编辑二三维图形图标、文字、三维模型、动态物体、浏览路径、业务矢量等构建三维场景。同时通过TerraExplorer家族产品，用户能够进行空间分析、对象编辑、图层叠加等操作，还可以通过API进行用户化定制，快速创建用户所需的三维GIS系统。3ds Max软件可生成专业品质的三维动画、渲染和模型。基于3ds max平台创建了以.3DS格式的武器装备模型，房屋模型，战术行动模型如图所示。再导入由Skyline创建的三维场景中，使用TerraBuilder进行地势的修改和重组，并添加了阴影效果使环境更加真实。TerraExplorer创建营房与场地环境和迷彩大地的贴图，实现在复杂天气情况下的作战行动可视化，这些数据详细描述了作战行动仿真的过程［1］。

图2 在3ds Max中构建与渲染的3D模型

2 场景加载

2.1 数据搜集

基于互联网的图像和数字高程模型数据精度普遍较低，难以满足高精度地形模型的构建。以谷歌影像为例，在主要城市，分辨率约为0.6 m，但在人口稀少的地区，分辨率只有30 m左右；谷歌地球的数字高程模型为SRTM数据，分辨率约为90 m。但军事行动仿真需要高精度分辨率的地理模型，为了使仿真环境与物理模型的分辨率相匹配，图像的分辨率必须大于0.5 m，数字高程模型的分辨率必须达到5 m。因此，使用软件Virtuo⁃Zo 2014将航片、卫星影像与地形数据、数字高程模型以及各种矢量地理数据相叠加，再将多种不同分辨率数据融合、坐标变换、和剪裁，构建出航摄影像支持Skyline的多项加工树模型（multino⁃mial processing tree models，MPT）格式的场景文件。将正射影像和数字高程模型导入渲染引擎，完成高精度地形模型构建。

2.2 数据处理

采用数字摄影测量方法进行数据处理，使用软件VirtuoZo 2014，VirtuoZo NT系统是全数字摄影测量系统。此系统是基于Windows NT的全数字摄影测量系统，利用数字影像或数字化影像完成摄影测量作业。由计算机视觉（其核心是影像匹配与影像识别）代替人眼的立体量测与识别，不再需要传统的光机仪器。

图3 使用VirtuoZo 2014创建的地形文件

图4 采用数字摄影测量方法进行数据处理

图5 支持Skyline的高精度地形模拟场景文件

3 作战仿真过程

以一次作战分队单元集合、转移、发射并撤收的行动仿真为例，以下图片包含了一个军队作战行动单元从集合至撤收的全部过程：图6为作战分队单元正在营区集合，图7为军队作战分队单元正在按照规定路线转移，图8为军队作战分队单元准备发射，图9为军队战术分队单元正在撤收。3D模型运动速度为30 km/h，加速度为20km/h，转弯速度为90 km/h。同时，现代战争战场环境瞬息万变，图10模拟了真实战场作战时爆炸的情况下军队作战分队单元的转移；为真实地呈现出模拟恶劣战场环境的多变性，实现在复杂天气情况下的真实战场行动，图11、图12为仿真雨雪天气下的军队作战分队单元的转移。

图1 在3ds Max中构建的3D模型

图6 为军队作战分队单元集合准备行动的过程，模拟场景真实的展现了作战分队的编制以及营区的真实场景。

图6 军队作战分队单元正在营区集合

图7 为作战分队单元正在按照规定路线转移的仿真过程，我们设定的路线为环绕发射场转移。该仿真过程模拟了现实的速度与加速度，为现代战争中作战分队单元转移时间精度的估算有着重要的意义。

图7 军队作战分队单元正在按照规定路线转移

图8 为军队作战分队单元准备发射，可以看到发射车辆和装置已经到达指定地点准备就绪，面朝发射场地，其余营区的车辆和发射装置以及操作人员在周围待命。

图8 作战分队单元准备发射

图9 为军队作战分队单元转移到指定地点成功发射后撤收的过程，通过图可知该图的描述为所有作战分队单元在没有特殊情况下（遭遇敌突然火力打击或恶劣天气自然灾害），按照原计划原路撤收的过程，营区其他装备车辆和操作人员没有接到紧急撤收的任务前原地待命。

图9 军队作战分队单元正在撤收

图10 为作战分队单元撤收时遭遇敌火力打击的紧急情况，转移的作战分队单元改变原计划机动至另一条路隐蔽观察敌情，值班人员迅速在发射台向上级汇报紧急情况请求指示，指挥人员下达战备等级转换任务，营区内所有人员转入一级战备状态，检查弹药数量和火力剩余情况。其余兵力出动掩护战斗分队安全转移至指定地点。该情况同时适用于分队转移时。

图10 模拟战斗时爆炸情况下作战分队单元的撤收

图11 为作战分队单元撤收时遭遇恶劣天气的影响，此图模拟了西北风8级时暴雪的场景，由于大部分车辆以及装备在温度急剧降低时会出现性能故障或损坏，且积雪会导致轮胎打滑和车辆操作不稳，且暴雪天气直接影响了车辆间的短波通信，因此应立即观察周围情况是否危险，将作战分队行动单元转移至指定隐蔽地点并出动第二分队首车尾车一起撤收，分别警戒前后，防止自然灾害导致通信受阻视野模糊而被敌夹击。该仿真模拟方案同时适用于作战分队单元转移时。

图11 在恶劣天气下的军队作战分队单元撤收行动（雪）

图12 为东北风9级暴雨情况下的军队作战分队单元撤收过程，积雨会导致车辆性能不稳以及轮胎打滑影响撤收进程与速度等。暴雨恶劣天气不同于暴雪，如果防护不妥当，会直接影响车辆驾驶的安全甚至营区安全，突发此类情况应迅速观察周围情况是否危险，派出人员进行现地勘察，将战术分队转移至勘察过后的安全隐蔽的高点，防止自然灾害导致通信受阻、车辆因暴雨而短路损坏。该仿真模拟方案同时适用于战术分队转移时。

图12 在恶劣天气下的军队作战分队单元撤收行动（雨）

4 结语

本文针对作战行动仿真数据的特点，使用3ds Max和VirtuoZo 2014构建的MPT高精度场景文件，在基于skyline的平台基础上，利用提供的二次开发接口，实现在复杂天气情况下的作战集合、执行发射任务、转移、撤收等的研究，对于突发情况和自然灾害处置方案进行完整全面的分析研究，实现了某分队作战行动全过程仿真，解决了信息仿真展示中遇到的问题。可以对作战分队单元转移与撤收的进行成千上万次精准推算，甚至对于部队的精准打击时间，和联合作战行动起到重要的作用，对作战行动规划、战斗部署计划、突发情况和自然灾害的处置以及伪装效果评价等均有着重要意义。