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摘要：本文从实际经验出发，探讨了Creator可视化仿真建模技术在军事仿真建模领域的应用， 并详细讨论了军事目标模型及地形的创建。
关键词：仿真建模；可视化；军事；应用
目前，人类社会正在从工业化迈向信息化，信息已经成为社会发展的战略资源，信息技术则成为社会生产力的重要组成部分。随着信息技术的飞速发展，计算机系统仿真技术在军事领域的应用也越来越广泛。现在，在军事上使用的多种仿真训练系统、分析评估系统等都是典型的系统仿真应用。在诸多的仿真技术中，由Multigen-Paradigm公司专门针对可视化仿真应用特点开发的实时可视化三维建模软件系统——MultigenCreator系列软件正受到越来越多用户的青睐。
1、 Creator可视化仿真建模技术
MultigenCreator可视化仿真建模技术是新一代实时仿真建模技术，它在满足实时性的前提下可生成面向仿真的、逼真性好的大面积场景。它可以为多种不同类型的图像发生器提供建模系统及工具，其OpenFlight格式在实时三维领域已成为最流行的图像格式。
Creator采用了模块化的开发方式，其主要功能模块包括：一、基本建模环境模块。该模块为用户提供了一个功能强大、交互式的可视化建模环境，用户可以快速地创建三维仿真模型。二、 地形建模模块。MultigenCreator的地形建模模块可以创建大面积地形模型数据库。三、 标准道路建模模块，它可利用高级算法快速生成标准路面数据模型。
Creator强大的建模功能和高度的实时性特点，尤其适用于军事仿真领域。在军事上，开发一些新技术或研究新策略时，往往需要人亲自参与检测和进行可行性评估。如：军事演习、训练、军事行动分析评估等，若在真实世界中进行，不仅会耗费大量的财力和物力，而且还可能造成不可预料的后果，甚至要付出生命的代价。对上述问题，应用Creator建模技术并借助相关驱动程序，构建出军事可视化仿真应用系统，以其来替代或部分替代上述实践，将是一个十分廉价又安全的解决方案。
2、 Creator可视化仿真建模技术在创建军事仿真模型中的应用
在军事仿真领域，往往需要创建三维军事目标模型，如：军用汽车、飞机、导弹、装甲车等。使用传统的三维图形建模技术，如MAYA、3DSstudio MAX等可以方便地创建三维模型，但是这些模型不适用于军事可视化仿真。这些建模技术以视觉效果为第一建模目标，能很容易实现炫目的光影、复杂的材质、逼真的光线追踪等效果、产生惟妙惟肖的人物动画，但结果却导致渲染一桢画面需要几十分钟甚至更长时间，这显然不能满足军事仿真的实时性要求。Creator可视化仿真建模技术则针对可视化仿真应用，集成了多种高级建模功能，完全可以在满足实时仿真要求的前提下，高效地创建三维仿真模型。
2．1创建三维军事仿真模型
Creator建模技术提供了一个功能强大、交互式的可视化建模环境，用它可以快速地创建三维仿真模型。利用Creator建模工具箱中的工具既可以创建各种类型的点和曲线，也可以创建各种平面图形，同时还可以方便快捷地创建各种几何体图形。用创建的这些点、线、面、体可以构建各种军事目标的基本框架模型。模型基本框架还远远不能表现真实的军事物体，真实世界中的物体都具有特定的颜色和质地，如战场环境、武器车辆和人员等。Creator技术通过为模型赋予相应的颜色、材质来模拟现实世界中的这些物体。应用Creator的属性工具箱可以方便地为创建的模型设置颜色、材质、纹理和线型等，通过属性设置可以使创建的模型对象具有更完整的几何外观，更接近真实的物体。
2．2修改三维军事仿真模型
利用Creator技术创建的仿真模型不仅实时性强,而且还便于修改。Creator建模技术提供的是一个“所见即所得”的交互式可视化建模环境,一方面可以应用修改工具箱中的工具在数据库窗口的图形视图中对所建的仿真模型进行修改处理。另一方面,Creator独创的层次化数据结构提供了一种更便捷编辑修改军事仿真模型的有效方法。Creator技术将OpenFlight格式模型数据库的层级视图无缝地与建模环境集成在一起,用它可以方便地对任意元素进行直接的编辑、修改和控制。我们在创建三维军事模型的同时,可以关注模型库的结构状态,实时地对军事模型进行检查和修改。
2．3 Creator高级建模技术在军事仿真建模中的应用
Creator还提供了诸如多层次细节、自由度控制、仪表建模、公告牌渲染等高级实时和渲染功能，使得其在军事可视化仿真领域的使用越来越广泛。
多层次细节（LOD）技术：LOD是一组代表同一物体又具有不同细节程度的仿真模型，利用该技术可使同一个军事模型表现出不同的细节程度。例如一架战斗机在远处时，只能看到其大致轮廓，随着它的飞近，将看到越来越多的细节情况。在Creator中应用LOD可以实现这种视觉变化。如上述战斗机，在仿真过程中，实时系统将根据当前视点到模型的距离，选择一个LOD来显示飞机模型。若视点离它较远，则使用细节较少的低LOD来显示，随着视点向飞机的移动，实时系统会逐渐用越来越复杂的LOD来代替低LOD模型。使用LOD技术可以提高仿真模型库的多边形利用率，在有限的条件下取得最佳的视觉效果。
自由度控制（DOF）技术：使用该技术可以使创建的军事仿真模型具有活动的能力。DOF节点可以控制其所有子节点按照设置的自由度范围进行运动。例如：在车辆建模时，我们用DOF技术可以为车门设置一个绕轴转动的自由度，使车门按照符合逻辑的方式运动。再如装甲车炮身的移动等也可以采用同样的方法来处理，这样可大大增强军用仿真模型的真实性。
仪表建模技术：运用Creator的仪表建模技术可以创建和优化各种武器装备的量表仪器面板的模板。如创建机载量表，它是飞行器座舱最常见的量表仪器。在飞行器座舱仿真模型中创建各种机载量表进行飞行仿真训练，可以节省军费开支，减少事故发生率，提高飞行技能。此外，Creator还包括动画、声音、光点等高级建模技术，这些技术在军事仿真领域也都具有很重要的应用。
3、 Creator可视化仿真建模技术在创建军事仿真地形中的应用
运用Creator技术不仅可以创建各种军事目标仿真模型，它同时可以实时、高效地创建大面积的仿真地形。Creator的地形建模技术模块创建的仿真地形其精度可接近真实世界，并具有高度逼真的地表特征。在军事仿真中，运用Creator创建的仿真地形可以真实地表现战场环境。创建军事仿真地形可按如下步骤进行：
3．1 规划仿真地形模型
在创建仿真地形之前，应首先根据仿真目标、场景需求、实时系统软硬件能力等规划仿真地形模型库。例如：模拟一架在40Km高空飞行的飞机，此时飞机具有较大的视角范围，因此地形的精度不需要很高。但是，若模拟装甲车辆的行驶状态，因为视角范围的限制，场景的可视范围比较小，故地面仿真对地形模型的精度要求就比较高。地形模型的复杂度将严重影响运行的效果，应根据实时系统软硬件的能力来设计，若系统不能以一定的桢频来渲染显示，就需要对地形数据进行适当的简化。
3．2 转换原始地形数据
要创建较真实的仿真地形，通常需要参考实际地形的数字高程模型。能够提供地形原始信息的数据格式有很多种，但是这些格式的地形数据不能直接被Creator应用，必须将它们用地形数据转换工具转换为Creator专用的数字高程数据格式（DED格式），才能被Creator读取，继而根据各种地形高程数据来创建军事仿真地形。
3．3 创建测试地形模型
使用DED格式的地形数据文件生成仿真地形，需要将地形高程数据导入Creator中，选择要处理的地面区域，设置Creator，将高程数据转换成地形多边形的各种控制参数。设置这些地形参数后，即可转换生成军事仿真地形。由于设置地形参数必须综合考虑多种因素，不同的参数将生成不同精度、复杂度的仿真地形模型，因此，要生成符合特定军事目的的仿真地形，需要进行很多次反复试验，且每次都需要花费较长的一段计算时间。所以在正式转换生成军事仿真地形之前，最好先从目标区域中选择一小块具有代表性的地形来进行必要的测试。
地形窗口中导入了地形数据后，在显示的地形中选择一小块合适的地形目标区域，接下来可根据具体的仿真应用目标依次来创建地形的细节层次（LOD），设置地图投影类型、选择地形转换算法。作好以上工作后，单击“OK”或“Apply”按钮即可以自动生成测试仿真地形模型库。测试地形模型生成以后，在Creator中将其打开，全面、仔细检查生成的仿真地形，如果地形参数设置不当，可能出现各种地形异常现象，对相应的地形设置进行调整，重新生成更有效的仿真地形。如此反复，直到生成符合特定要求的军事仿真地形，最后对满意的地形模型库在实时系统中运行，来检测其实际效果。
3．4 应用地形纹理和地形特征
在生成的仿真地形上应用地形纹理，可以使仿真地形模型在实时系统中呈现出更加逼真的视觉效果。地形纹理是指那些包含地形坐标信息的特殊纹理，体现了较真实的地表细节。地形纹理通过内含的地形坐标信息可以跟地形模型多边形准确地进行匹配。例如：可以将卫星图片或航空图片等典型的地形特定纹理直接应用到地形模型上，以达到很好的仿真效果。在地形模型库中除地形多边形外所有的多边形都属于地形特征，包括道路桥梁、地表建筑、自然景观、河流湖泊等。将这些地形特征添加到地形模型库中，可以极大地提高地形模型的真实性。
在应用地形纹理和地形特征时，应根据实际仿真应用需求确定应用的内容：对于一个基于高空飞行的仿真而言，大部分地形区域可能只需应用地形纹理或在一些重点区域内映射少量的特征模型即可满足视觉需求；相反对于一个基于地面的装甲车驾驶仿真而言，就需要一些高精度的地物模型才能满足一定的细节要求。
采用上述步骤可以生成小面积的仿真地形区域，对于面积较大的地形区域，Creator提供了批处理地形转换功能。该功能可将原地形区域分解成一系列规则形状的地形块，然后分别生成每个地块的仿真模型库，最后经过转换、组合来共同描述一个完整的地形，以满足实际的军事仿真需求。
随着信息技术的发展，Creator可视化仿真建模技术正不断进行着改进和完善，该技术以其强大的生命力在国防领域发挥着越来越大的作用，正不断地为各类军事演习、模拟训练、军事行动分析及武器系统评估等工作提供着方便快捷的解决方案，这些都将有力地推动国防现代化和信息化的进程。
参考文献：
[1] Creator软件包 ，帮助信息、Desktop Tutor等。
[2] Creator可视化仿真建模技术，华中科技大学出版社，2005年3月第一版。
关键词：仿真建模；可视化；军事；应用
目前，人类社会正在从工业化迈向信息化，信息已经成为社会发展的战略资源，信息技术则成为社会生产力的重要组成部分。随着信息技术的飞速发展，计算机系统仿真技术在军事领域的应用也越来越广泛。现在，在军事上使用的多种仿真训练系统、分析评估系统等都是典型的系统仿真应用。在诸多的仿真技术中，由Multigen-Paradigm公司专门针对可视化仿真应用特点开发的实时可视化三维建模软件系统——MultigenCreator系列软件正受到越来越多用户的青睐。
1、 Creator可视化仿真建模技术
MultigenCreator可视化仿真建模技术是新一代实时仿真建模技术，它在满足实时性的前提下可生成面向仿真的、逼真性好的大面积场景。它可以为多种不同类型的图像发生器提供建模系统及工具，其OpenFlight格式在实时三维领域已成为最流行的图像格式。
Creator采用了模块化的开发方式，其主要功能模块包括：一、基本建模环境模块。该模块为用户提供了一个功能强大、交互式的可视化建模环境，用户可以快速地创建三维仿真模型。二、 地形建模模块。MultigenCreator的地形建模模块可以创建大面积地形模型数据库。三、 标准道路建模模块，它可利用高级算法快速生成标准路面数据模型。
Creator强大的建模功能和高度的实时性特点，尤其适用于军事仿真领域。在军事上，开发一些新技术或研究新策略时，往往需要人亲自参与检测和进行可行性评估。如：军事演习、训练、军事行动分析评估等，若在真实世界中进行，不仅会耗费大量的财力和物力，而且还可能造成不可预料的后果，甚至要付出生命的代价。对上述问题，应用Creator建模技术并借助相关驱动程序，构建出军事可视化仿真应用系统，以其来替代或部分替代上述实践，将是一个十分廉价又安全的解决方案。
2、 Creator可视化仿真建模技术在创建军事仿真模型中的应用
在军事仿真领域，往往需要创建三维军事目标模型，如：军用汽车、飞机、导弹、装甲车等。使用传统的三维图形建模技术，如MAYA、3DSstudio MAX等可以方便地创建三维模型，但是这些模型不适用于军事可视化仿真。这些建模技术以视觉效果为第一建模目标，能很容易实现炫目的光影、复杂的材质、逼真的光线追踪等效果、产生惟妙惟肖的人物动画，但结果却导致渲染一桢画面需要几十分钟甚至更长时间，这显然不能满足军事仿真的实时性要求。Creator可视化仿真建模技术则针对可视化仿真应用，集成了多种高级建模功能，完全可以在满足实时仿真要求的前提下，高效地创建三维仿真模型。
2．1创建三维军事仿真模型
Creator建模技术提供了一个功能强大、交互式的可视化建模环境，用它可以快速地创建三维仿真模型。利用Creator建模工具箱中的工具既可以创建各种类型的点和曲线，也可以创建各种平面图形，同时还可以方便快捷地创建各种几何体图形。用创建的这些点、线、面、体可以构建各种军事目标的基本框架模型。模型基本框架还远远不能表现真实的军事物体，真实世界中的物体都具有特定的颜色和质地，如战场环境、武器车辆和人员等。Creator技术通过为模型赋予相应的颜色、材质来模拟现实世界中的这些物体。应用Creator的属性工具箱可以方便地为创建的模型设置颜色、材质、纹理和线型等，通过属性设置可以使创建的模型对象具有更完整的几何外观，更接近真实的物体。
2．2修改三维军事仿真模型
利用Creator技术创建的仿真模型不仅实时性强,而且还便于修改。Creator建模技术提供的是一个“所见即所得”的交互式可视化建模环境,一方面可以应用修改工具箱中的工具在数据库窗口的图形视图中对所建的仿真模型进行修改处理。另一方面,Creator独创的层次化数据结构提供了一种更便捷编辑修改军事仿真模型的有效方法。Creator技术将OpenFlight格式模型数据库的层级视图无缝地与建模环境集成在一起,用它可以方便地对任意元素进行直接的编辑、修改和控制。我们在创建三维军事模型的同时,可以关注模型库的结构状态,实时地对军事模型进行检查和修改。
2．3 Creator高级建模技术在军事仿真建模中的应用
Creator还提供了诸如多层次细节、自由度控制、仪表建模、公告牌渲染等高级实时和渲染功能，使得其在军事可视化仿真领域的使用越来越广泛。
多层次细节（LOD）技术：LOD是一组代表同一物体又具有不同细节程度的仿真模型，利用该技术可使同一个军事模型表现出不同的细节程度。例如一架战斗机在远处时，只能看到其大致轮廓，随着它的飞近，将看到越来越多的细节情况。在Creator中应用LOD可以实现这种视觉变化。如上述战斗机，在仿真过程中，实时系统将根据当前视点到模型的距离，选择一个LOD来显示飞机模型。若视点离它较远，则使用细节较少的低LOD来显示，随着视点向飞机的移动，实时系统会逐渐用越来越复杂的LOD来代替低LOD模型。使用LOD技术可以提高仿真模型库的多边形利用率，在有限的条件下取得最佳的视觉效果。
自由度控制（DOF）技术：使用该技术可以使创建的军事仿真模型具有活动的能力。DOF节点可以控制其所有子节点按照设置的自由度范围进行运动。例如：在车辆建模时，我们用DOF技术可以为车门设置一个绕轴转动的自由度，使车门按照符合逻辑的方式运动。再如装甲车炮身的移动等也可以采用同样的方法来处理，这样可大大增强军用仿真模型的真实性。
仪表建模技术：运用Creator的仪表建模技术可以创建和优化各种武器装备的量表仪器面板的模板。如创建机载量表，它是飞行器座舱最常见的量表仪器。在飞行器座舱仿真模型中创建各种机载量表进行飞行仿真训练，可以节省军费开支，减少事故发生率，提高飞行技能。此外，Creator还包括动画、声音、光点等高级建模技术，这些技术在军事仿真领域也都具有很重要的应用。
3、 Creator可视化仿真建模技术在创建军事仿真地形中的应用
运用Creator技术不仅可以创建各种军事目标仿真模型，它同时可以实时、高效地创建大面积的仿真地形。Creator的地形建模技术模块创建的仿真地形其精度可接近真实世界，并具有高度逼真的地表特征。在军事仿真中，运用Creator创建的仿真地形可以真实地表现战场环境。创建军事仿真地形可按如下步骤进行：
3．1 规划仿真地形模型
在创建仿真地形之前，应首先根据仿真目标、场景需求、实时系统软硬件能力等规划仿真地形模型库。例如：模拟一架在40Km高空飞行的飞机，此时飞机具有较大的视角范围，因此地形的精度不需要很高。但是，若模拟装甲车辆的行驶状态，因为视角范围的限制，场景的可视范围比较小，故地面仿真对地形模型的精度要求就比较高。地形模型的复杂度将严重影响运行的效果，应根据实时系统软硬件的能力来设计，若系统不能以一定的桢频来渲染显示，就需要对地形数据进行适当的简化。
3．2 转换原始地形数据
要创建较真实的仿真地形，通常需要参考实际地形的数字高程模型。能够提供地形原始信息的数据格式有很多种，但是这些格式的地形数据不能直接被Creator应用，必须将它们用地形数据转换工具转换为Creator专用的数字高程数据格式（DED格式），才能被Creator读取，继而根据各种地形高程数据来创建军事仿真地形。
3．3 创建测试地形模型
使用DED格式的地形数据文件生成仿真地形，需要将地形高程数据导入Creator中，选择要处理的地面区域，设置Creator，将高程数据转换成地形多边形的各种控制参数。设置这些地形参数后，即可转换生成军事仿真地形。由于设置地形参数必须综合考虑多种因素，不同的参数将生成不同精度、复杂度的仿真地形模型，因此，要生成符合特定军事目的的仿真地形，需要进行很多次反复试验，且每次都需要花费较长的一段计算时间。所以在正式转换生成军事仿真地形之前，最好先从目标区域中选择一小块具有代表性的地形来进行必要的测试。
地形窗口中导入了地形数据后，在显示的地形中选择一小块合适的地形目标区域，接下来可根据具体的仿真应用目标依次来创建地形的细节层次（LOD），设置地图投影类型、选择地形转换算法。作好以上工作后，单击“OK”或“Apply”按钮即可以自动生成测试仿真地形模型库。测试地形模型生成以后，在Creator中将其打开，全面、仔细检查生成的仿真地形，如果地形参数设置不当，可能出现各种地形异常现象，对相应的地形设置进行调整，重新生成更有效的仿真地形。如此反复，直到生成符合特定要求的军事仿真地形，最后对满意的地形模型库在实时系统中运行，来检测其实际效果。
3．4 应用地形纹理和地形特征
在生成的仿真地形上应用地形纹理，可以使仿真地形模型在实时系统中呈现出更加逼真的视觉效果。地形纹理是指那些包含地形坐标信息的特殊纹理，体现了较真实的地表细节。地形纹理通过内含的地形坐标信息可以跟地形模型多边形准确地进行匹配。例如：可以将卫星图片或航空图片等典型的地形特定纹理直接应用到地形模型上，以达到很好的仿真效果。在地形模型库中除地形多边形外所有的多边形都属于地形特征，包括道路桥梁、地表建筑、自然景观、河流湖泊等。将这些地形特征添加到地形模型库中，可以极大地提高地形模型的真实性。
在应用地形纹理和地形特征时，应根据实际仿真应用需求确定应用的内容：对于一个基于高空飞行的仿真而言，大部分地形区域可能只需应用地形纹理或在一些重点区域内映射少量的特征模型即可满足视觉需求；相反对于一个基于地面的装甲车驾驶仿真而言，就需要一些高精度的地物模型才能满足一定的细节要求。
采用上述步骤可以生成小面积的仿真地形区域，对于面积较大的地形区域，Creator提供了批处理地形转换功能。该功能可将原地形区域分解成一系列规则形状的地形块，然后分别生成每个地块的仿真模型库，最后经过转换、组合来共同描述一个完整的地形，以满足实际的军事仿真需求。
随着信息技术的发展，Creator可视化仿真建模技术正不断进行着改进和完善，该技术以其强大的生命力在国防领域发挥着越来越大的作用，正不断地为各类军事演习、模拟训练、军事行动分析及武器系统评估等工作提供着方便快捷的解决方案，这些都将有力地推动国防现代化和信息化的进程。
参考文献：
[1] Creator软件包 ，帮助信息、Desktop Tutor等。
[2] Creator可视化仿真建模技术，华中科技大学出版社，2005年3月第一版。