一種基于OpenSceneGraph的實(shí)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)仿真系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及實(shí)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)仿真領(lǐng)域，特別涉及一種基于OpenSceneGraph的實(shí)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng) 仿真系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)可視化是將存在于戰(zhàn)場(chǎng)中的態(tài)勢(shì)主體（包括人員、武器裝備、某個(gè)軍事 指標(biāo)或者發(fā)生在戰(zhàn)場(chǎng)中的事件）動(dòng)態(tài)地表現(xiàn)在圖形終端上，常見(jiàn)的形式是在以三維地形為 背景的圖形用戶窗口中，用特定的軍事符號(hào)表示態(tài)勢(shì)主體，如進(jìn)攻方向、集結(jié)地域、機(jī)動(dòng)路 線等。
[0003] 但現(xiàn)有戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)可視化技術(shù)對(duì)功能劃分不清晰，不能做到功能模塊化，造成不同 項(xiàng)目相同功能模塊重復(fù)開(kāi)發(fā)，使得開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)、成本投入大。
[0004] 其次，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)天氣環(huán)境的模擬大多通過(guò)紋理的替換來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣對(duì)太陽(yáng)、月 亮、星星及一天的光線變化仿真效果不夠真實(shí)。
[0005] 再者，現(xiàn)有技術(shù)地形如果沒(méi)有紋理，則造成地形顏色單一，地形沒(méi)有層次感，不夠 真實(shí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有戰(zhàn)場(chǎng)仿真系統(tǒng)中地形顏色單一、沒(méi)有層次感，不夠真 實(shí)，以及太陽(yáng)、月亮、星星及一天的光線變化仿真效果不夠真實(shí)的問(wèn)題，提供一種地形和天 氣仿真效果真實(shí)的一種基于OpenSceneGraph的實(shí)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)仿真系統(tǒng)及方法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
[0008] -種基于OpenSceneGraph的實(shí)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)仿真系統(tǒng)，包括，模型構(gòu)建模塊，用于生成 戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的態(tài)勢(shì)要素；環(huán)境仿真模塊，用于對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行仿真，所述環(huán)境仿真模塊包 括：
[0009] 地形仿真單元，用于根據(jù)由高程文件生成的地形數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行地形仿真；
[0010] 天氣仿真單元，用于通過(guò)計(jì)算不同時(shí)段太陽(yáng)所處的位置，得出相應(yīng)時(shí)段的光照顏 色和強(qiáng)度，同時(shí)，并根據(jù)所要仿真的不同的天氣情況下的天空環(huán)境將其渲染到天空上。
[0011] 優(yōu)選的，所述態(tài)勢(shì)要素包括飛機(jī)、坦克、導(dǎo)彈、軍標(biāo)圖形。
[0012] 優(yōu)選的，所述地形仿真單元采用金字塔形分層技術(shù)構(gòu)建不同高度不同顏色的著色 模型，并通過(guò)視點(diǎn)計(jì)算實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載地形數(shù)據(jù)。
[0013] 優(yōu)選的，通過(guò)計(jì)算不同時(shí)段的太陽(yáng)高度角、太陽(yáng)方位角得到所述不同時(shí)段太陽(yáng)所 處的位置，根據(jù)太陽(yáng)位置計(jì)算出光照顏色和強(qiáng)度參數(shù)并傳入GPU進(jìn)行渲染。
[0014] 優(yōu)選的，所述天氣情況包括：晴天、陰天、雨天、雪天；所述天空環(huán)境包括：太陽(yáng)位 置、月亮、星星、光照；
[0015] 晴天時(shí)：在日間讀取太陽(yáng)紋理，并渲染出太陽(yáng)的位置和光照顏色和強(qiáng)度；夜間讀 取月亮紋理，停止渲染太陽(yáng)的位置和光照，通過(guò)GPU隨機(jī)渲染星星的位置；
[0016] 陰天時(shí)：日間和夜間均停止渲染太陽(yáng)、月亮紋理以及太陽(yáng)光照，加入全局霧特效， 所述全局霧特效通過(guò)太陽(yáng)位置來(lái)計(jì)算全局霧的顏色，使整個(gè)場(chǎng)景達(dá)到陰沉的效果；
[0017] 雨天、雪天時(shí)：日間和夜間均停止渲染太陽(yáng)、月亮紋理以及太陽(yáng)光照，加入全局霧 特效，其中，雨、雪通過(guò)OpenSceneGraph引擎的粒子系統(tǒng)模擬實(shí)現(xiàn)。
[0018] 優(yōu)選的，所述仿真系統(tǒng)還包括：
[0019] 調(diào)度模塊，用于通過(guò)配置文件自定義加載、配置模塊到系統(tǒng)中，所述模塊包括環(huán)境 仿真模塊、實(shí)時(shí)更新模塊、模型構(gòu)建模塊；
[0020] 實(shí)時(shí)更新模塊，用于實(shí)時(shí)更新整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)三維環(huán)境以及態(tài)勢(shì)要素屬性信息。
[0021] 優(yōu)選的，所述實(shí)時(shí)更新模塊包括：
[0022] 網(wǎng)絡(luò)通信單元，用于接收戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的態(tài)勢(shì)要素屬性信息并對(duì)其更新；
[0023] 幀循環(huán)更新單元，所述環(huán)境仿真模塊以及更新后的態(tài)勢(shì)要素屬性信息傳入GPU進(jìn) 行渲染后，通過(guò)所述幀循環(huán)更新單元進(jìn)行一次更新，將此更新一直循環(huán)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境 的實(shí)時(shí)更新。
[0024] 優(yōu)選的，所述態(tài)勢(shì)要素屬性信息包括飛機(jī)、坦克、導(dǎo)彈的位置變化及軍標(biāo)圖形的變 化信息。
[0025] -種仿真方法，基于如上所述的一種基于OpenSceneGraph的實(shí)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)仿真系統(tǒng)， 包括：
[0026] 步驟S1、倉(cāng)ij建系統(tǒng)框架，初始OpenSceneGraph引擎；
[0027] 步驟S2、創(chuàng)建場(chǎng)景仿真管理器，初始化態(tài)勢(shì)仿真系統(tǒng)；
[0028] 步驟S3、調(diào)度模塊讀取模塊配置文件進(jìn)行解析，解析模塊路徑信息并判斷是否加 載該模塊，所述模塊包括環(huán)境仿真模塊、模型構(gòu)建模塊、實(shí)時(shí)更新模塊；
[0029] 步驟S4、根據(jù)判斷出的信息加載所述模塊；
[0030] 步驟S5、所述環(huán)境仿真模塊加載地形和天氣數(shù)據(jù)進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)地形環(huán)境和天氣的仿 真；所述實(shí)時(shí)更新模塊通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信單元和幀循環(huán)更新單元實(shí)時(shí)更新所述態(tài)勢(shì)要素屬性信 息和戰(zhàn)場(chǎng)的三維地形環(huán)境。
[0031] 優(yōu)選的，在所述步驟S3中，所述調(diào)度模塊加載模塊的步驟為：
[0032] 步驟a.解析配置文件，得到待加載模塊的路徑及是否加載的信息。
[0033] 步驟b.調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)將模塊加載到進(jìn)程中；
[0034] 步驟c.調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)獲取到該模塊的入口函數(shù)指針，入口函數(shù)指針?lè)祷卦撃K 的統(tǒng)一對(duì)外接口指針；
[0035] 步驟d.通過(guò)該模塊返回的統(tǒng)一對(duì)外接口指針訪問(wèn)該模塊。
[0036] 優(yōu)選的，所述模塊具有統(tǒng)一的對(duì)外接口函數(shù)、具有統(tǒng)一的入口函數(shù)、能夠擴(kuò)展接口 函數(shù)、提供統(tǒng)一的接口查詢(xún)函數(shù)。
[0037] 優(yōu)選的，在所述步驟S5中，所述環(huán)境仿真模塊通過(guò)所述地形仿真單元對(duì)地形環(huán)境 仿真，通過(guò)所述天氣仿真單元對(duì)天氣進(jìn)行仿真。
[0038] 優(yōu)選的，在所述步驟S5中，所述網(wǎng)絡(luò)通信單元用于接收戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的態(tài)勢(shì)要素 屬性信息并對(duì)其更新，當(dāng)所述態(tài)勢(shì)要素屬性信息中包含有新增或刪除一態(tài)勢(shì)要素時(shí)，通過(guò) 系統(tǒng)加載的模型構(gòu)建模塊讀取所要增加的態(tài)勢(shì)要素的參數(shù)信息，進(jìn)行該態(tài)勢(shì)要素的模型創(chuàng) 建，或?qū)σ獪p少的態(tài)勢(shì)要素的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除；
[0039] 當(dāng)所述態(tài)勢(shì)要素屬性信息中包含修改態(tài)勢(shì)要素屬性的信息時(shí)，根據(jù)屬性修改信息 修改態(tài)勢(shì)要素屬性。
[0040] 優(yōu)選的，經(jīng)過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)通信單元處理的態(tài)勢(shì)要素屬性信息和經(jīng)過(guò)環(huán)境仿真模塊的 得到的地形和天氣仿真數(shù)據(jù)經(jīng)GPU渲染后通過(guò)所述幀循環(huán)更新單元進(jìn)行更新，實(shí)現(xiàn)整個(gè)戰(zhàn) 場(chǎng)環(huán)境的實(shí)時(shí)更新。
[0041] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
[0042] 1、根據(jù)高程數(shù)據(jù)查找顏色表數(shù)據(jù)，通過(guò)插值計(jì)算賦值給地形頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，讓地形數(shù) 據(jù)在沒(méi)有紋理的情況下更加有層次感。
[0043] 2、通過(guò)地球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的科學(xué)算法模擬實(shí)現(xiàn)年、月、日和時(shí)、分、秒的計(jì)算，為態(tài)勢(shì) 渲染中光點(diǎn)位置和光線屬性的計(jì)算提供數(shù)據(jù)，點(diǎn)光源技術(shù)（即太陽(yáng)）作為環(huán)境光模型，采用 真實(shí)的地球太陽(yáng)物理關(guān)系計(jì)算光源相對(duì)地球位置，以標(biāo)準(zhǔn)色帶取色方法模擬不同時(shí)間太陽(yáng) 光顏色，并通過(guò)粒子系統(tǒng)模擬出雨、雪、光照等效果，以達(dá)到更加真實(shí)的天氣環(huán)境效果。
[0044] 3、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)各功能模塊化，可靈活選擇需要的組件，組裝出符合需求的項(xiàng)目，可 大大縮短項(xiàng)目的重復(fù)開(kāi)發(fā)，即節(jié)省時(shí)間又減少開(kāi)發(fā)成本。
[0045] 4、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，更加利用掌控戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)變化。
【附圖說(shuō)明】：
[0046] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2中環(huán)境仿真模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2中實(shí)時(shí)更新模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048] 圖3為本發(fā)明一種基于OpenSceneGraph的實(shí)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)仿真系統(tǒng)在實(shí)施例1和實(shí)施 例2中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0049] 圖3A為本發(fā)明實(shí)施例1計(jì)算Diffuse光的公式中的Θ角示意圖。
[0050] 圖3B為本發(fā)明實(shí)施例1中Specular分量計(jì)算公式中各參數(shù)的向量圖。
[0051] 圖3C為OpenSceneGraph引擎的粒子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雨雪效果的流程圖。
[0052] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2中調(diào)度模塊加載模塊的步驟示意圖。
[0053] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中一種戰(zhàn)場(chǎng)仿真方法的步驟示意圖。
[0054] 圖中標(biāo)記：1-本發(fā)明一種基于OpenSceneGraph的實(shí)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖，20-環(huán)境仿真模塊，210-地形仿真單元，220-天氣仿真單元，30-調(diào)度模塊，40-實(shí)時(shí)更新 模塊，410-網(wǎng)絡(luò)通信單元，420-幀循環(huán)更新單元，50-模型構(gòu)建模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 下面結(jié)合試驗(yàn)例及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解 為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本 發(fā)明的范圍。
[0056] 實(shí)施例1
[0057] -種基于OpenSceneGraph的實(shí)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)仿真系統(tǒng)，包括：
[0058] I.數(shù)據(jù)層，為其提供數(shù)據(jù)支撐的，所述數(shù)據(jù)層包括：
[0059] 真實(shí)模型庫(kù)：提供武器裝備的真實(shí)模型數(shù)據(jù)。
[0060] 軍標(biāo)庫(kù)：提供符合中國(guó)軍隊(duì)標(biāo)準(zhǔn)的圖形和符號(hào)的數(shù)據(jù)庫(kù)，在仿真系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)部隊(duì) 編制和配置、武器裝備及行動(dòng)計(jì)劃的圖形圖標(biāo)。
[0061] 地形數(shù)據(jù)：戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的高精度地形數(shù)據(jù)。
[0062] II.支撐層，為本發(fā)明仿真系統(tǒng)三維渲染技術(shù)提供軟件工具，包括：
[0063] OpenGL(Open Graphics Library):跨編程語(yǔ)言、跨平臺(tái)的編程接口規(guī)格的專(zhuān)業(yè)的 圖形程序接口。
[0064] OpenSceneGraph :開(kāi)源的基于工業(yè)圖形標(biāo)準(zhǔn)OpenGL的高層次圖形開(kāi)發(fā)接口。
[0065] VirtualPlanetBuilder :基于 OpenSceneGraph 引擎的地形創(chuàng)建工具。
[0066] III.應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)各功能模塊組合的，所述應(yīng)用層包括：
[0067] 模型構(gòu)建模塊50,用于生