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      基于網(wǎng)絡(luò)和虛擬多媒體技術(shù)的海戰(zhàn)平臺視景實現(xiàn)

      2015-03-31 14:46:09羅澤峰單廣超
      物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2015年3期
      關(guān)鍵詞:海戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)多媒體

      羅澤峰 單廣超

      摘 要:有效構(gòu)建具有多媒體動畫和聲音功效的海戰(zhàn)視景仿真平臺,建立虛擬現(xiàn)實的海戰(zhàn)對抗環(huán)境。隨著信息化條件下戰(zhàn)爭的需要,實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)下的多媒體虛擬海戰(zhàn)視景仿真平臺構(gòu)建,具有節(jié)約演練經(jīng)費,研究武器性能的重要意義。采用Creator及Vega Prime軟件實現(xiàn)海戰(zhàn)場視景環(huán)境和作戰(zhàn)兵器的建模,實現(xiàn)艦船及尾流的視景仿真,實現(xiàn)三維虛擬海洋戰(zhàn)場環(huán)境指從海底到海空的整體海洋環(huán)境?;赥CP/IP協(xié)議和C/S模型構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng),實現(xiàn)了遠(yuǎn)程的控制和數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)計和測試效果表明,構(gòu)建的海戰(zhàn)場多媒體效果極佳,實現(xiàn)和海、空、天、艦船以及攻擊武器動畫和聲音的有機(jī)統(tǒng)一,網(wǎng)絡(luò)測試效果也展現(xiàn)了良好穩(wěn)定的聯(lián)機(jī)傳輸和遠(yuǎn)程控制的性能。視景仿真平臺的進(jìn)一步開發(fā)將具有很大的應(yīng)用前景。

      關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò);多媒體;海戰(zhàn);視景仿真

      中圖分類號:TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:2095-1302(2015)03-00-02

      0 引 言

      隨著軍事訓(xùn)練要求的不斷加強(qiáng),以及現(xiàn)代化武器裝備的列裝,高科技信息化條件下,進(jìn)行一場全方位的演練演習(xí)具有很大的必要性,但耗費也必然巨大,軍事訓(xùn)練成本隨之在大大增加[1,2]。為滿足高科技新裝備條件下軍事訓(xùn)練和模擬作戰(zhàn)的需求,建立一個虛擬環(huán)境下的海戰(zhàn)模擬平臺,海戰(zhàn)是聲、光、景等并現(xiàn)的全真模擬場景,海戰(zhàn)視景仿真平臺的搭建,必將離不開多媒體技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合和應(yīng)用,結(jié)合虛擬視景仿真技術(shù),構(gòu)建多媒體應(yīng)用場景,搭建計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺,實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信和控制,以及戰(zhàn)場信息的實時傳輸,成為本系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和基礎(chǔ)[3],在開展武器裝備試驗和戰(zhàn)術(shù)演練中具有重要意義。

      對此,本文旨在完整建立一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和虛擬多媒體技術(shù)的海戰(zhàn)平臺,并實現(xiàn)戰(zhàn)場的構(gòu)建和武器對抗的視景仿真。采用Creator及Vega Prime軟件實現(xiàn)海戰(zhàn)場視景環(huán)境和作戰(zhàn)兵器的建模,實現(xiàn)艦船及尾流的視景仿真,研究成果將應(yīng)用在軍事訓(xùn)練模擬和視景仿真中,具有較高的實用效果。

      1 虛擬海戰(zhàn)場多媒體環(huán)境構(gòu)建及框架設(shè)計

      1.1 虛擬海戰(zhàn)場多媒體環(huán)境構(gòu)建

      本文的三維虛擬海洋戰(zhàn)場環(huán)境指從海底到海空的整體海洋環(huán)境。應(yīng)該包含三維虛擬海洋(海底、海面)、氣象環(huán)境(雨、雪、霧等)、虛擬天空(云、風(fēng)、太陽等)、三維實體模型(軍艦、來襲武器、拖曳體等)和聲音(海水聲、風(fēng)聲、以及各種模型的運動聲音效果等)。實現(xiàn)海洋戰(zhàn)場環(huán)境三維虛擬海洋的首要任務(wù)是完成三維實體建模和模擬三維虛擬海洋,三維虛擬海洋包括海底地形和海面的構(gòu)造,海底地形是指海底或河床的一部分,其地勢起伏可測或具有明顯的地形輪廓[4]。海面的構(gòu)造主要包括海面的波浪、海風(fēng)生成的浪花、泡沫、飄浮物等動態(tài)效果[5]。在此基礎(chǔ)上才能更好地構(gòu)造其他環(huán)境模型。這一切,構(gòu)成了整個海戰(zhàn)視景仿真平臺的多媒體效果的基礎(chǔ)。虛擬海戰(zhàn)場多媒體環(huán)境構(gòu)建如圖1所示。

      圖1 虛擬海戰(zhàn)場多媒體環(huán)境構(gòu)建

      1.2 虛擬多媒體技術(shù)框架設(shè)計

      本文中采用了Vega Prime軟件進(jìn)行虛擬多媒體的視景仿真的設(shè)計和模型構(gòu)建,本節(jié)介紹如何進(jìn)行框架的設(shè)計和構(gòu)造,這一部分的設(shè)計步驟包括如下:首先進(jìn)行虛擬多媒體模型的預(yù)處理,包括了界面的設(shè)計和程序代碼的編寫和設(shè)計。在本階段,要進(jìn)行模型的建立,軟件使用Multigen Creator,建立海戰(zhàn)場景下的各種模型,并生成大地、海、空、天等場景;第二步是圖形界面的設(shè)計,其中包括了環(huán)境設(shè)置,初始位置的設(shè)置,模型設(shè)置等,以及爆炸、碰撞、煙霧、轟鳴等特效設(shè)計都要包括在其中;第三步是程序的設(shè)計編寫,它是完成整個虛擬多媒體技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵和難點,通過代碼的編寫,為用戶提供其所需要看到的視覺和聽覺上的多媒體場景效果。并通過它調(diào)用庫函數(shù)生成模型庫,還可以通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)對多媒體場景的控制。整個場景收到仿真數(shù)據(jù)的作用而進(jìn)行驅(qū)動和視景仿真。要實現(xiàn)很好的實戰(zhàn)效果,這其中又包括了驅(qū)動程序的算法的實現(xiàn),數(shù)據(jù)的實時處理,引信爆炸及碰撞的檢測和作用、場景的切換和控制等。整個海戰(zhàn)場虛擬多媒體視景環(huán)境的構(gòu)建框圖如圖2所示。

      圖2 基于Vega Prime虛擬海戰(zhàn)多媒體視景框架

      1.3 實體建模實例

      采用MultiGen Creator進(jìn)行實體視景建模,它是一個高度專業(yè)化的建模工具,專門創(chuàng)建用于視景仿真的實時三維模型,Creator使得輸入、結(jié)構(gòu)化、修改、創(chuàng)建原型和優(yōu)化模型數(shù)據(jù)庫更容易。不僅可用于大型的視景仿真,也可用于娛樂游戲環(huán)境的創(chuàng)建。模型建造的基本過程就是由“點”連接成“面”,由“面”變化為“體”,然后賦上材質(zhì),貼上紋理,選擇光照。下面就以來襲武器的三維幾何建模過程為例,簡要說明該軟件的使用方法。復(fù)雜物體的幾何建模與其類似。按步驟安裝完軟件后,運行軟件,進(jìn)入Creator的主界面。在選擇好網(wǎng)格的單位和一些參數(shù)后,就可以開始建造模型了。在Face Tools中選擇面的類型,然后在調(diào)整網(wǎng)格的大小,用鼠標(biāo)在網(wǎng)格上選擇合適的點,組成面。這里選擇了把點連為多邊形。以下以建造來襲的魚雷武器模型為例,得出模型構(gòu)建的虛擬圖過程和最終效果如圖3所示。其它海戰(zhàn)環(huán)境虛擬現(xiàn)實多媒體技術(shù)構(gòu)建不再詳細(xì)的一一舉例。

      圖3 來襲的魚雷武器虛擬現(xiàn)實構(gòu)建

      2 視景仿真系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)設(shè)計

      基于物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ),通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信傳輸,實現(xiàn)虛擬海戰(zhàn)場的畫面及聲音等多媒體效果與仿真模型數(shù)據(jù)的同步和一致。如果不能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)即時通信,就難以實現(xiàn)真正的海戰(zhàn)模擬視景仿真,更談不上遠(yuǎn)程指揮與控制。要實現(xiàn)整個海戰(zhàn)場視景仿真的系統(tǒng)和效果,需要設(shè)計和建立本系統(tǒng)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信和傳輸。根據(jù)仿真系統(tǒng)的設(shè)計和要求,需要建立一個分布式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),一般在建立分布式應(yīng)用時最常用的就是客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)模型,方案中客戶應(yīng)用程序向服務(wù)器程序請求服務(wù)。這種方式隱含了在建立C/S間通訊時的非對稱性。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信組網(wǎng)的實現(xiàn)使用,套接字編程均采用C/S模型的協(xié)作模式,即由客戶進(jìn)程向服務(wù)器進(jìn)程發(fā)出請求,服務(wù)器進(jìn)程執(zhí)行被請求的任務(wù)并將響應(yīng)結(jié)果返回給客戶進(jìn)程。系統(tǒng)對每一幀的處理分為App(應(yīng)用)、Cull (截?。?、Draw(繪制),繪制的過程中實現(xiàn)OpenGL的功能,就要求響應(yīng)在vsChannel的EVENT_POST_DRAW或EVENT_PRE_DRAW 事件,其中EVENT_PRE_DRAW表示在已創(chuàng)建通道之后,開始場景繪制之前通知該事件訂閱者,EVENT_POST_DRAW則表示在繪制通道之后,調(diào)用交換緩沖器之前通知該事件訂閱者。關(guān)鍵代碼實現(xiàn)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:

      //這里添加OpenGL繪制代碼}break;} }}}

      3 系統(tǒng)仿真實現(xiàn)及網(wǎng)絡(luò)測試

      基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬多媒體技術(shù)的海戰(zhàn)平臺視景仿真實現(xiàn)和設(shè)計中,首先進(jìn)行海戰(zhàn)場多媒體平臺的設(shè)計和渲染,設(shè)計的方法前面已經(jīng)介紹,虛擬多媒體技術(shù)設(shè)計是在Vega Prime 2.0軟件平臺上實現(xiàn)和完成的。設(shè)計得到的海洋環(huán)境如圖4所示,

      圖4 海戰(zhàn)場環(huán)境視景效果圖

      本系統(tǒng)的開發(fā)測試首先是在基于上述構(gòu)建的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信平臺的基礎(chǔ)上,創(chuàng)建一個的客戶端,這客戶端是一個基于對話框的MFC應(yīng)用程序,根據(jù)C/S模型,進(jìn)行相關(guān)的程序開發(fā),并利用socket進(jìn)行計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)測試和通信。實現(xiàn)對海戰(zhàn)場的實時控制和視景仿真指揮,和數(shù)據(jù)信息的傳輸。網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)后測試的效果參數(shù)圖如圖5所示,通過測試效果看出,虛擬海戰(zhàn)場的作戰(zhàn)模型數(shù)據(jù)能與客戶端和聯(lián)機(jī)實現(xiàn)有效的網(wǎng)絡(luò)傳輸和信息共享,通過仿真及網(wǎng)絡(luò)通信效果顯示,數(shù)據(jù)傳輸性能穩(wěn)定,實時性能好,無差錯,并能實現(xiàn)視景仿真端信息的回傳和參數(shù)在界面的準(zhǔn)確顯示和定位。

      圖5 計算機(jī)組網(wǎng)和參數(shù)傳輸效果測試

      4 結(jié) 語

      本文采用Creator及Viga Prime軟件實現(xiàn)海戰(zhàn)場視景環(huán)境和作戰(zhàn)兵器的建模,實現(xiàn)艦船及尾流的視景仿真,采用多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實艦船航行、爆炸等聲音效果。同時,基于TCP/IP協(xié)議構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng),實現(xiàn)了遠(yuǎn)程的控制和數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)平臺及視景效果展示了本系統(tǒng)具有很好的應(yīng)用功能。下一步將對其繼續(xù)開發(fā),使得海戰(zhàn)場作戰(zhàn)模型更加多樣化,視聽效果更加逼真,計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定。

      參考文獻(xiàn)

      [1]王瑞,馬艷. 基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的線性調(diào)頻脈沖信號波達(dá)方向估計[J].兵工學(xué)報,2014,35(3):421-427.

      [2]李振興, 徐洪洲.基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的小波閾值降噪方法研究[J].科技通報,2012,2(9):125-128.

      [3]胡光波, 周勇, 徐騫. 改進(jìn)向量量化算法的圖像壓縮研究[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程, 2010, 10(14): 3517-3519.

      [4]志春,陳冠瑋. 斜因子K均值優(yōu)化數(shù)據(jù)聚類及故障診斷研究[J]. 計算機(jī)與數(shù)字工程,2014, 42(1): 14-18.

      [5]胡光波, 何席兵, 甘新年.基于分?jǐn)?shù)階Fourier變化累積量的目標(biāo)檢測算法[J]. 魚雷技術(shù), 2011, 19(5): 344-348.

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