分布式交互仿真

1、分布式交互仿真成員：李國(guó)棟 張申峰 張經(jīng)善 王森浩主要內(nèi)容概念與類型A組成及特點(diǎn)B關(guān)鍵技術(shù)C應(yīng)用與展望D 分布式交互仿真是一種新興的仿真技術(shù),它采用協(xié)調(diào)一致的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和數(shù)據(jù)庫(kù),通過(guò)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)將地域上分散的人、在回路中的仿真設(shè)備和仿真系統(tǒng)有機(jī)地聯(lián)為一個(gè)整體,形成一個(gè)人可以參與交互作用的、時(shí)空一致的、共用的綜合仿真環(huán)境。該技術(shù)允許為了各自目的而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)、不同時(shí)期的技術(shù)、不同供應(yīng)商的產(chǎn)品、不同的服務(wù)平臺(tái)聯(lián)接在一起,并且允許它們?cè)诰C合戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行互操作。分布式交互仿真系統(tǒng)DIS結(jié)構(gòu)圖 模擬軍事演習(xí)軍事仿真就其仿真逼真度可分為三種類型:真實(shí)仿真由實(shí)際的戰(zhàn)斗人員使用實(shí)際的武器系統(tǒng)和保障系統(tǒng),

2、在盡可能真實(shí)的作戰(zhàn)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演習(xí)。虛擬仿真由實(shí)際戰(zhàn)斗人員操作仿真的武器系統(tǒng)進(jìn)行的作戰(zhàn)仿真。典型的例子是仿真器聯(lián)網(wǎng)SIMNET。結(jié)構(gòu)仿真由仿真的人操作仿真的武器系統(tǒng)進(jìn)行的仿真。如作戰(zhàn)模型。分布式交互仿真就應(yīng)用角度可分為以下三種類型: 1)平臺(tái)級(jí)分布式交互仿真。平臺(tái)級(jí)分布式交互仿真主要用來(lái)連接武器裝備訓(xùn)練，仿真器,構(gòu)成一個(gè)綜合戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,用于分隊(duì)級(jí)多個(gè)訓(xùn)練仿真器間的聯(lián)合訓(xùn)練。 2)聚合級(jí)仿真協(xié)議ALSP。聚合級(jí)仿真協(xié)議ALSP主要用來(lái)聯(lián)接聚合仿真系統(tǒng),是使各仿真系統(tǒng)間能夠進(jìn)行互操作的軟件協(xié)議,它被廣泛用于支持美軍來(lái)聯(lián)接分析和訓(xùn)練系統(tǒng)。 3)高級(jí)體系結(jié)構(gòu)HLA134101112。 二、組成及特點(diǎn)

3、基于HLA RTI的分布式交互仿真HLA RTI體系主要包括三部分: 1)規(guī)則。保證聯(lián)邦中仿真應(yīng)用間按正確的方式進(jìn)行交互,描述各聯(lián)邦成員的責(zé)任及它們與RTI的關(guān)系。提供了十條規(guī)則,分別對(duì)聯(lián)邦和聯(lián)邦成員作了規(guī)定。 2)對(duì)象模型模板。定義HLA對(duì)象模型信息的通用方法,提供一種標(biāo)準(zhǔn)格式的HLA對(duì)象模型模板,以促進(jìn)模型的互操作性和資源的可重用性。3)接口規(guī)范說(shuō)明。定義聯(lián)邦成員與聯(lián)邦中其他成員進(jìn)行信息交互的方式,即RTI的服務(wù)。其定義了RTI的六大管理功能。 RTI的邏輯結(jié)構(gòu) RTI的邏輯結(jié)構(gòu)RTI由RTI全局執(zhí)行進(jìn)程RtiExec、聯(lián)邦執(zhí)行進(jìn)程FedExec和LibRTI庫(kù)組成。RtiExec是一個(gè)全

4、局進(jìn)程,主要功能是管理聯(lián)邦執(zhí)行的創(chuàng)建和析構(gòu),即FedExec進(jìn)程的創(chuàng)建和析構(gòu),每個(gè)聯(lián)邦成員通過(guò)與RtiExec通訊來(lái)進(jìn)行初始化,加入到相應(yīng)的聯(lián)邦執(zhí)行中。FedEx-ec管理一個(gè)與其一一對(duì)應(yīng)的聯(lián)邦仿真過(guò)程,管理聯(lián)邦成員的加入和退出,為聯(lián)邦成員間的數(shù)據(jù)通訊和協(xié)調(diào)運(yùn)行提供支持。LibRTI是一個(gè)C+ +庫(kù),給聯(lián)邦的開發(fā)者提供HLA接口規(guī)范中定義的服務(wù)。聯(lián)邦成員使用LibRTI庫(kù)來(lái)調(diào)用RTI服務(wù),該成員與其它成員的信息交互就是通過(guò)調(diào)用LibRTI庫(kù)的成員函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。二、組成及特點(diǎn)1. 分布式交互仿真技術(shù)的特點(diǎn) 分布式交互仿真技術(shù)是仿真技術(shù)的一個(gè)重要分支,以計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布計(jì)算和虛擬現(xiàn)實(shí)等多

5、種領(lǐng)域技術(shù)為支撐,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將地域上分散的不同類型、不同結(jié)構(gòu)的仿真實(shí)體有機(jī)地連接成一個(gè)整體,形成一個(gè)在時(shí)間和空間上相互耦合且一致的分布式虛擬環(huán)境,并具備較完善的人機(jī)交互特性,協(xié)調(diào)完成復(fù)雜的仿真任務(wù)。2. 分布式交互仿真系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn):1)沉浸感 2)交互性 3)想像力(Imagination)和虛擬環(huán)境的自主性4)分布式的系統(tǒng)結(jié) 5)共享的虛擬環(huán)境6)時(shí)間、空間和事件的一致性 7)開放性、可擴(kuò)展性、可重用性三、關(guān)鍵技術(shù) 分布式交互仿真是仿真技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合。仿真技術(shù)主要是開展仿真互聯(lián)、仿真信息技術(shù)、仿真表示和仿真接口等方面的工作;網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)性和安全保密性等。主要關(guān)鍵技術(shù)：

6、1)HLA技術(shù)2)建模技術(shù)3)計(jì)算機(jī)生成兵力CGF技術(shù)4)校驗(yàn)、驗(yàn)證和確認(rèn)技術(shù)VV&A5)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)6)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境生成技術(shù)7)人機(jī)界面技術(shù) 分布式交互仿真主要應(yīng)用于訓(xùn)練、武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)過(guò)程的評(píng)估、作戰(zhàn)仿真和采購(gòu)等,并已取得明顯的效果。 1)聯(lián)合作戰(zhàn)訓(xùn)練。訓(xùn)練仿真器是軍事領(lǐng)域中應(yīng)用最早、最廣、收效最為突出的一項(xiàng)仿真應(yīng)用。為了擴(kuò)大其應(yīng)用范圍及效果,現(xiàn)采用仿真器聯(lián)網(wǎng)。在訓(xùn)練領(lǐng)域,DIS的突出特點(diǎn)是能提供虛擬綜合戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,使部隊(duì)可以試驗(yàn)各種可能的行動(dòng)方案,并可大大減少風(fēng)險(xiǎn)和高額的開銷。尤其是對(duì)大規(guī)模的作戰(zhàn)訓(xùn)練,效益更高。 2)武器系統(tǒng)評(píng)估。由于DIS體系結(jié)構(gòu)開放性的特點(diǎn),可在系統(tǒng)中嵌入實(shí)際使用的作戰(zhàn)系

7、統(tǒng)和武器系統(tǒng),從而可以在近實(shí)戰(zhàn)的情況下,對(duì)作戰(zhàn)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)和效能的評(píng)估。 3)作戰(zhàn)研究。在DIS生成的逼真戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境支持下,受訓(xùn)人員不僅可以熟練掌握聯(lián)合作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)和作戰(zhàn)原則,開發(fā)作戰(zhàn)條令,規(guī)范和評(píng)估作戰(zhàn)計(jì)劃,指導(dǎo)任務(wù)預(yù)演,定義作戰(zhàn)需求,而且可以研究和發(fā)展新的作戰(zhàn)方式和方法,提高戰(zhàn)場(chǎng)指揮能力。 4)作戰(zhàn)模擬。美軍于1992年成立了六大戰(zhàn)斗實(shí)驗(yàn)室,該六大戰(zhàn)斗實(shí)驗(yàn)室分別針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上影響最大的六個(gè)方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。并于1993年開始實(shí)施“路易斯安娜”演習(xí),加強(qiáng)作戰(zhàn)能力和發(fā)展未來(lái)作戰(zhàn)思想。該計(jì)劃實(shí)質(zhì)在于利用計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)把美軍六大戰(zhàn)斗實(shí)驗(yàn)室的模擬器與各司令部及各軍種等有關(guān)單位聯(lián)系起來(lái),創(chuàng)造一種可共享的、人工合成的環(huán)境,進(jìn)行分布式交互模擬試驗(yàn)和演示,通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬等綜合性現(xiàn)代化手段,研究和探討新形勢(shì)下陸軍部隊(duì)建設(shè)的重大問(wèn)題。 5)武器系統(tǒng)采購(gòu)。將建模與仿真用于武器系統(tǒng)采購(gòu)的各個(gè)階段,已成為經(jīng)濟(jì)可行的采購(gòu)策略的有機(jī)組成部分。采用作戰(zhàn)性能建模來(lái)檢驗(yàn)各種不同的設(shè)計(jì)方案,可確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首次制造的正確性,降低研制費(fèi)用,縮短研制周期。 展望：展望： DIS系統(tǒng)涉及面廣,是一項(xiàng)浩大的過(guò)程?，F(xiàn)有的有關(guān)技術(shù)很多還處于實(shí)驗(yàn)室階段,還有很多問(wèn)題亟待解決。首先是仿真效果評(píng)估問(wèn)題?，F(xiàn)在還未建立起對(duì)系統(tǒng)仿真效果進(jìn)行科學(xué)評(píng)估的有關(guān)理論體系。其次是大范圍仿真模型的