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仿真引擎的關鍵技術范文1
關鍵詞：云計算；信息系統(tǒng)仿真；關鍵技術
隨著云計算的不斷發(fā)展，已在很多領域取得卓越的成效。將云計算的理念和技術引入信息系統(tǒng)仿真領域，可以為信息系統(tǒng)仿真提供更加強大的基礎設施、仿真平臺及仿真軟件等的支持，更能進一步提高仿真的效率和降低成本。
1 云計算概述
1.1 什么是云計算
云計算仍處在發(fā)展階段，關于云計算（Cloud Computing）的定義可謂眾說紛紜，據(jù)ISO組織的調(diào)查，云計算的定義多達20多種。可以看下面幾種定義。從谷歌的角度來看，云計算是以用戶為中心的，是以任務為中心的，是強大的，是易于訪問的，是智能的，是可編程的。百度百科中的定義是這樣的，云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。美國國家標準與技術研究院（NIST）給出的定義，云計算是一種模式，能以泛在的、便利的、按需的方式通過網(wǎng)絡訪問可配置的計算資源（例如網(wǎng)絡、服務器、存儲器、應用和服務），這些資源可實現(xiàn)快速部署與，并且只需要極少的管理成本或服務提供商的干預。
云計算的三種服務模式：
⑴基礎設施即服務（IaaS）：為用戶提供按需的基礎設施服務。
⑵平臺即服務（PaaS）：提供用戶應用程序運行的軟件平臺，并作為一項服務提供給用戶，包括軟件開發(fā)測試、部署、運行環(huán)境以及應用程序托管服務。
⑶軟件及服務（SaaS）：“將軟件作為服務”是將某些特定應用軟件功能封裝成服務。該軟件的單個實例運行于云上，并為多個最終用戶或客戶機構提供服務。
1.2 云計算的特點
⑴超大規(guī)模：云中具有成千上萬臺服務器，云能賦予用戶前所未有的計算能力。
⑵虛擬化：云支持用戶在任意位置，使用各種終端獲取應用服務，所請求的資源來自云而不是固定的有形的實體。應用在云中某處運行，實際上用戶無需了解，也不用擔心應用運行的具置，只需要一臺筆記本或者一個手機，就可以通過網(wǎng)絡服務來實現(xiàn)我們需一切，甚至包括超級計算這樣的任務。
⑶高可靠性：云使用了數(shù)據(jù)多副本容錯、計算節(jié)點同構可互換等措施來保障服務的高可靠性，使用云計算比使用本地計算機更加可靠。
⑷通用性：云計算不針對特定的應用，在云的支撐下可以構造出千變?nèi)f化的應用。
⑸高可擴展性：云的規(guī)模可以動態(tài)伸縮 ，滿足應用和用戶規(guī)模增長的需要。
⑹按需服務：云是一個龐大的資源池，你按需購買，云可以象自來水、電、煤氣那樣計費。
⑺極其廉價：云的自動化集中式管理使大量企業(yè)無需負擔日益高昂的數(shù)據(jù)中心管理成本，云的通用性使資源的利用率較之傳統(tǒng)系統(tǒng)大幅提升，因此用戶可以充分享受云的低成本優(yōu)勢，經(jīng)常只要花費幾百美元、幾天時間就能完成以前需要數(shù)萬美元、數(shù)月時間才能完成的任務。《紐約時報》使用亞馬遜的云計算服務在不到24個小時的時間處理了1100萬篇文章，累計花費240美元，如使用自己的服務器，需要數(shù)月和多得多的費用。
1.3 云計算的發(fā)展現(xiàn)狀
目前Google、亞馬遜、雅虎、微軟、Oracle、IBM、Dell、SUN等國際上知名的IT公司都在積極地研究和部署云計算，并已經(jīng)開始提供云計算商業(yè)服務。Google正在運營云計算商用平臺---在線應用服務托管平臺Google應用引擎（GAE），軟件開發(fā)者可以在此之上編寫應用程序，企業(yè)客戶可以使用定制化的網(wǎng)絡服務。典型的應用方式有Gmail、Google Picasa Web以及可收費的Google應用軟件套件Google Apps。云計算在軍事領域也已得到了高度的重視。美國國防信息系統(tǒng)局（DISA）從2008年開始著手云計算應用，為美國軍方和國防部開發(fā)一系列的云計算方案，并在2012年9月4日，了《2013-2018年戰(zhàn)略規(guī)劃》，將云計算列入了“戰(zhàn)略技術清單”。
國內(nèi)，云計算發(fā)展得也很快。中國電信在上海構建了一個擁有2PB存儲空間的云存儲平臺e云；中國移動研究院已經(jīng)建立起1000臺機器的云計算試驗中心；瑞星、金山、360安全衛(wèi)士等均推出了云安全解決方案；華為、中興公司都做出了云計算戰(zhàn)略部署；2008年，IBM就在無錫和北京建立了兩個云計算中心。中國電子學會云計算專家委員會于2008年11月25日成立，目前已舉辦了四屆中國云計算大會。
2 云計算在信息系統(tǒng)仿真中的應用
2.1 應用模式
根據(jù)云計算的三種服務模式，其在信息系統(tǒng)仿真中的應用也可有三種模式：
⑴基礎設施即服務（IaaS）：服務機構（運營商）提供基礎設施資源，如虛擬主機/存儲/網(wǎng)絡/數(shù)據(jù)庫管理等，用戶無需購買服務器、網(wǎng)絡設備和存儲設備，只需通過網(wǎng)絡（如軍網(wǎng)或民用互聯(lián)網(wǎng)）申請、審批、付費（或租賃），即可搭建自己的應用系統(tǒng)。服務機構提供海量數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算、信息處理和查詢消息傳遞等可靠、低成本的服務。
對于信息系統(tǒng)仿真來說，該服務類型可以有效避免硬件建設的重復投資，降低資源使用成本和推廣應用門檻，從而促進信息系統(tǒng)仿真的普及。
⑵平臺即服務（PaaS）：提供用戶應用程序運行的軟件平臺，并作為一項服務提供給用戶，包括軟件開發(fā)測試、部署、運行環(huán)境以及應用程序托管服務。
對于信息系統(tǒng)仿真來說，該服務類型適宜搭建全軍參與的仿真系統(tǒng)。試想，如果上級機構或技術實力很強的研究機構能夠提供信息系統(tǒng)仿真系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)服務引擎、模型構建引擎、模型運行引擎、平臺管理服務引擎、系統(tǒng)集成架構與接口等標準化、規(guī)范化，甚至一體化的解決方案和服務，那不僅會提高信息系統(tǒng)仿真系統(tǒng)的建設質(zhì)量和應用水平，而且會顯著提高全軍上下參與信息系統(tǒng)仿真建設的積極性，發(fā)揮更多人的聰明才智，且能從大大減少的重復研發(fā)中有效降低信息系統(tǒng)仿真成本。
⑶軟件及服務（SaaS）：“將軟件作為服務”是將某些特定應用軟件功能封裝成服務。該軟件的單個實例運行于云上，并為多個最終用戶或客戶機構提供服務。
對于信息系統(tǒng)仿真來說，該服務類型是統(tǒng)一技術體制，提高信息共享程度的極佳途徑； 也是減少“煙囪”、“孤島”的有效手段。
2.2 關鍵技術
⑴虛擬化技術：云計算的虛擬化技術不同于傳統(tǒng)的單一虛擬化，它是涵蓋整個IT架構的，包括資源、網(wǎng)絡、應用和桌面在內(nèi)的全系統(tǒng)虛擬化，它的優(yōu)勢在于能夠把所有硬件設備、軟件應用和數(shù)據(jù)隔離開來，打破硬件配置、軟件部署和數(shù)據(jù)分布的界限，實現(xiàn)IT架構的動態(tài)化，實現(xiàn)資源集中管理，使應用能夠動態(tài)地使用虛擬資源和物理資源，提高系統(tǒng)適應需求和環(huán)境的能力。
對于信息系統(tǒng)仿真，云計算虛擬化技術的應用意義并不僅僅在于提高資源利用率并降低 成本，更大的意義是提供強大的計算能力。眾所周知，信息系統(tǒng)仿真系統(tǒng)是一種具有超大計算量的復雜系統(tǒng)，計算能力對于系統(tǒng)運行效率、精度和可靠性影響很大，而虛擬化技術可以將大量分散的、沒有得到充分利用的計算能力，整合到計算高負荷的計算機或服務器上，實現(xiàn)全網(wǎng)資源統(tǒng)一調(diào)度使用，從而在存儲、傳輸、運算等多個計算方面達到高效。
⑵分布式資源管理技術：信息系統(tǒng)仿真系統(tǒng)在大多數(shù)情況下會處在多節(jié)點并發(fā)執(zhí)行環(huán)境中，要保證系統(tǒng)狀態(tài)的正確性，必須保證分布數(shù)據(jù)的一致性。為了分布的一致性問題，計算機界的很多公司和研究人員提出了各種各樣的協(xié)議，這些協(xié)議即是一些需要遵循的規(guī)則，也就是說，在云計算出現(xiàn)之前，解決分布的一致性問題是靠眾多協(xié)議的。但對于大規(guī)模，甚至超大規(guī)模的分布式系統(tǒng)來說，無法保證各個分系統(tǒng)、子系統(tǒng)都使用同樣的協(xié)議，也就無法保證分布的一致性問題得到解決。云計算中的分布式資源管理技術圓滿解決了這一問題。
Google公司的Chubby是最著名的分布式資源管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了Chubby服務鎖機制，使得解決分布一致性問題的不再僅僅依賴一個協(xié)議或者是一個算法，而是有了一個統(tǒng)一的服務（service）。
⑶并行編程技術：云計算采用并行編程模式。在并行編程模式下，并發(fā)處理、容錯、數(shù)據(jù)分布、負載均衡等細節(jié)都被抽象到一個函數(shù)庫中，通過統(tǒng)一接口，用戶大尺度的計算任務被自動并發(fā)和分布執(zhí)行，即將一個任務自動分成多個子任務，并行地處理海量數(shù)據(jù)。
對于信息系統(tǒng)仿真這種復雜系統(tǒng)的編程來說，并行編程模式是一種顛覆性的革命，它是在網(wǎng)絡計算等一系列優(yōu)秀成果上發(fā)展而來的，所以更加淋漓盡致地體現(xiàn)了面向服務的體系架構（ SOA）技術。可以預見，如果將這一并行編程模式引入信息系統(tǒng)仿真領域，定會帶來信息系統(tǒng)仿真軟件建設的跨越式進步。
仿真引擎的關鍵技術范文2
一、研究目標、內(nèi)容與期限
（一）軟件技術領域
1、基于高可用自適應控制技術的分布式軟件系統(tǒng)的研發(fā)與應用
研究目標：解決大規(guī)模分布式軟件系統(tǒng)環(huán)境下的高可用自適應和高準度控制關鍵問題，并在民航空中交通管制領域進行應用，從而提高管制運行效率、提高流量控制水平、提高空域資源利用率，推動國產(chǎn)民航空中交通管制系統(tǒng)的技術水平，填補國內(nèi)空白。
研究內(nèi)容：研究高可用技術、自適應升降級技術、智能系統(tǒng)管控技術、實時控制流接管技術等，建立多源數(shù)據(jù)的高實時與高精度采集、融合，動態(tài)目標的三維立體空間監(jiān)控、調(diào)度、仿真，并對系統(tǒng)狀況（性能、故障）進行智能自適應升降級運行的高可用服務運行支撐平臺。
2、基于海量異構數(shù)據(jù)的動態(tài)挖掘與智能預測技術的研究與應用
研究目標：依托行業(yè)知識庫，通過技術的研究與集成，建立動態(tài)挖掘與智能預測軟件平臺，在具備海量動態(tài)異構數(shù)據(jù)的醫(yī)保基金風險防控領域應用，保障該領域決策的科學化、精細化、透明化，從而實現(xiàn)醫(yī)保基金風險防控的目標。
研究內(nèi)容：研究多準則決策分析技術、模糊挖掘技術、規(guī)則模擬預測技術、多維規(guī)則庫實現(xiàn)技術、異構數(shù)據(jù)集分析技術、SOA服務計算技術等，針對海量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基于領域模型的挖掘、監(jiān)控、預測（報）預警、分析等功能。
3、智能引擎技術研究與示范
研究目標：開展以智能服務為特征的引擎技術研究，實現(xiàn)具備可發(fā)育型能力的服務，并基于在已有的海量信息和對公眾的服務系統(tǒng)得到應用。
研究內(nèi)容：研究多協(xié)作技術，內(nèi)容的語義化組織技術，基于自學習的智能發(fā)育技術，人機交互的智能信息提取和個性化推薦技術等。
以上項目研究期限：*年6月30日前完成
（二）通信與網(wǎng)絡領域
1、無線通信關鍵技術研究和終端系統(tǒng)研制
研究目標：探索構建可重構的、具有認知能力的無線網(wǎng)絡；研發(fā)一套能夠感知并充分利用UHF頻段中頻譜空隙功能的泛在路由通信網(wǎng)絡仿真系統(tǒng)；研究實現(xiàn)TD-SCDMAMBMS終端解決方案
研究內(nèi)容：（1）個域網(wǎng)與廣域網(wǎng)環(huán)境下網(wǎng)間及網(wǎng)內(nèi)認知技術，業(yè)務環(huán)境、網(wǎng)絡環(huán)境、無線環(huán)境感知技術；智能終端的個域網(wǎng)絡協(xié)同工作機理、無線資源管理機制及用戶管理機制，認知無線網(wǎng)絡與智能終端子系統(tǒng)的重構技術。（2）研究認知泛在路由通信網(wǎng)絡關鍵技術，包括分布式頻譜感知、分布式頻譜共享、高效路由、多信道分配技術等。（3）研制TD-SCDMAMBMS系統(tǒng)軟件和測試工具，方便終端廠商進行二次開發(fā)，完成至少一款可成熟商用的終端樣機。
2、基于IEEE802.3ah同軸電纜點對多點級聯(lián)關鍵技術研究
研究目標：研究有線電視無源同軸電纜數(shù)字化雙向改造體系架構和技術，為傳統(tǒng)電視數(shù)字雙向整體平移提供低成本可推廣的系統(tǒng)，實現(xiàn)1萬戶規(guī)模的應用
研發(fā)內(nèi)容：開發(fā)基于IEEE802.3ah協(xié)議的無源同軸電纜點對多點級聯(lián)構造的用戶寬帶接入技術，研究相關的專用MAC層、MPCP協(xié)議技術，在5－65MHz工作帶寬中實現(xiàn)100Mbps以上的多用戶接入。
以上項目研究期限：*年6月30日前完成
（三）數(shù)字媒體技術領域
1、虛擬環(huán)境高效建模與表現(xiàn)技術研發(fā)與應用
研究目標：開展構建三維場景的關鍵技術攻關，模擬真實環(huán)境中自然規(guī)律和視覺體驗，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術與海量數(shù)據(jù)管理相融合的服務系統(tǒng)，構建基于互聯(lián)網(wǎng)的商務、培訓、資訊等服務平臺。
研究內(nèi)容：研究通用、低成本三維場景圖像采集技術，大規(guī)模復雜三維場景的快速建模和實時繪制技術；研究面向?qū)I(yè)的領域知識建模和仿真技術；研究基于圖像的輕量化模型重構技術，海量三維圖像快速處理、傳輸、管理與壓縮技術等。
2、多媒體內(nèi)容的特征抽取與標引技術研發(fā)與應用
研究目標：開展圖像或視頻內(nèi)容分析和識別關鍵技術攻關，實現(xiàn)內(nèi)容特征的組織管理和深度利用，面向娛樂和醫(yī)療等領域構建信息服務系統(tǒng)。
研究內(nèi)容：研究圖像、視頻的特征提取,對象識別技術；特征對象的分析和重構技術；面向語義的標引組織管理技術；建立視頻或圖像的內(nèi)容特征信息庫。
以上項目研究期限：*年6月30日前完成
（四）信息獲取與處理領域
1、新型智能導航與監(jiān)控管理系統(tǒng)關鍵技術研究
研究目標：開展新型智能導航與監(jiān)控管理系統(tǒng)關鍵技術攻關，研究具有位置監(jiān)控、內(nèi)部狀態(tài)遠程動態(tài)監(jiān)測與后臺專業(yè)分析等綜合功能的終端、監(jiān)控系統(tǒng)平臺及技術規(guī)范。
研究內(nèi)容：（1）沿海無線電指向標-差分全球定位系統(tǒng)差分信標接收機關鍵技術研究；基于WinCE平臺的電子航海圖引擎及低成本用戶終端技術研究。（2）基于CAN通訊協(xié)議的智能識別技術研究；基于應用層協(xié)議的遠程動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘技術研究；內(nèi)部狀態(tài)實時采集和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)研究。
2、工業(yè)無線網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)關鍵技術研究與應用
研究目標：建立適合于工業(yè)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)技術體系，形成具有自主知識產(chǎn)權的系列監(jiān)控產(chǎn)品，構建具有多性能綜合優(yōu)化的工業(yè)無線網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)。
研究內(nèi)容：工業(yè)現(xiàn)場復雜干擾環(huán)境下的可靠傳輸協(xié)議；工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡的介質(zhì)訪問技術和跨層優(yōu)化協(xié)議設計技術；建立適用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的傳感器網(wǎng)絡性能評估平臺。
3、基于腦-計算機接口的智能感知系統(tǒng)關鍵技術研究
研究目標：研究大腦特定思維的腦電信號模式以及動態(tài)變化特征，形成從復雜腦電信號中讀取不同肢體想象運動腦電信號的時間-空間-頻率模式，實現(xiàn)在復雜環(huán)境下對外部裝置的運動控制，建立新型智能感知系統(tǒng)。
研究內(nèi)容：多任務動態(tài)腦計算機交互機理；想象運動意圖腦電表現(xiàn)形式與特征提取方法；高噪音、多干擾條件下的想象運動意向腦電信號增強技術；運動意向腦電信號可視化系統(tǒng)設計。
以上項目研究期限：*年3月31日前完成
（五）信息安全領域
1、多媒體內(nèi)容保護及監(jiān)管技術研究與應用
研究目標：針對平面媒體遠程傳版中的安全隱患問題，形成內(nèi)容保護的遠程傳版系統(tǒng)；針對移動環(huán)境下不良信息的傳播，通過對多媒體內(nèi)容的理解、提取以及分類，形成移動多媒體內(nèi)容監(jiān)管系統(tǒng)。
研究內(nèi)容：（1）、研究數(shù)字信息隱藏的版權保護與防篡改數(shù)據(jù)保護技術；綜合硬件識別和軟件授權的自動識別認證技術；基于PostScript3標準的PS文件版面內(nèi)容分析的完整性和安全保護技術。（2）、研究移動環(huán)境下離散短文本、低分辨小圖像、手機視音頻等對象的特征分析、主題提取以及內(nèi)容分類等技術
2、信息安全應急防范與處理相關技術研究與應用
研究目標：針對廣域網(wǎng)絡安全事件，形成一套廣域網(wǎng)智能監(jiān)測與態(tài)勢分析處理系統(tǒng)；研發(fā)自主知識產(chǎn)權的海量數(shù)據(jù)的安全異地在線容災產(chǎn)品，提升基礎網(wǎng)絡和重要信息系統(tǒng)安全應急防范的技術支撐能力。
研究內(nèi)容：（1）、研究廣域網(wǎng)網(wǎng)絡安全指標體系，廣域網(wǎng)多測度事件關聯(lián)分析技術，研究廣域網(wǎng)監(jiān)測預警技術，并完成應用示范與技術驗證。（2）、研究不同操作系統(tǒng)、不同數(shù)據(jù)庫、不同硬件配置、不同通信網(wǎng)絡等環(huán)境下的趨近于“0窗口備份、0恢復時間、0數(shù)據(jù)丟失的”異地在線式容災產(chǎn)品。
以上項目研究期限：*年3月31日前完成
3、基于國家密碼算法的電子標簽安全應用技術研究與應用
研究目標：研究基于國家密碼算法的電子標簽讀寫模塊、密鑰管理系統(tǒng)，開發(fā)采用國家密碼算法、具有自主知識產(chǎn)權的電子標簽的產(chǎn)品與應用系統(tǒng)，提高電子標簽應用的安全性。
研究內(nèi)容：開發(fā)基于國家密碼算法的電子標簽讀寫模塊；開發(fā)基于國家密碼算法的電子標簽應用密鑰管理系統(tǒng)，規(guī)范密鑰的產(chǎn)生、分發(fā)、存儲和使用；基于國家密碼算法的流加密、對稱加密和非對稱加密的電子標簽應用安全技術研究；采用上述研究成果建立兩項電子標簽安全應用示范。
研究期限：*年9月30日前完成
二、申請方式
1、本指南公開。凡符合課題制要求、有意承擔研究任務的在*注冊的法人、自然人均可以從“*科技”網(wǎng)站上進入“在線受理科研計劃項目可行性方案”，并下載相關表格《*市科學技術委員會科研計劃項目課題可行性方案（*版）》，按照要求認真填寫。
2、申報單位應具備較強技術實力和基礎，具備實施項目研究必備條件及匹配資金；鼓勵產(chǎn)學研聯(lián)合申請，多家單位聯(lián)合申請時，應在申請材料中明確各自承擔的工作和職責，并附上合作協(xié)議或合同。
3、課題責任人年齡不限，鼓勵通過課題培養(yǎng)優(yōu)秀的中青年學術骨干。課題責任人和主要科研人員，同期參與承擔國家和地方科研項目數(shù)不得超過三項。
4、已申報今年市科委其它類別項目者應主動予以申明，未申明者按重復申報不予受理。
5、每一課題的申請人可以提出不超過2名的建議回避自己課題評審的同行專家名單（名單需隨課題可行性方案一并提交）。
6、本指南課題申請起始日期為*年6月6日，截止日期為*年6月27日。課題申報時需提交書面可行性方案一式4份，并通過“*科技”網(wǎng)站在線遞交電子文本1份。書面可行性方案集中受理時間為*年6月23日至27日，每個工作日上午9：00～下午4：30。所有書面文件請采用A4紙雙面印刷，普通紙質(zhì)材料作為封面，不采用膠圈、文件夾等帶有突出棱邊的裝訂方式。
7、網(wǎng)上填報備注：
（1）登陸“*科技”網(wǎng)，進入網(wǎng)上辦事專欄；
（2）點擊《科研計劃項目課題可行性方案》受理并進入申報頁面：
-【初次填寫】轉入申報指南頁面，點擊“專題名稱”中相應的指南專題后開始申報項目（需要設置“項目名稱”、“依托單位”、“登錄密碼”）；
-【繼續(xù)填寫】輸入已申報的項目名稱、依托單位、密碼后繼續(xù)該項目的填報。
仿真引擎的關鍵技術范文3
在航天器的飛行試驗中，遙測數(shù)據(jù)是靶場重要的數(shù)據(jù)資源。目前，遙測數(shù)據(jù)可視化表示一般只包括彈道以及姿態(tài)角數(shù)據(jù)的曲線與圖表顯示，對于其它類型數(shù)據(jù)，如姿控系統(tǒng)作動器壓差、陀螺儀姿態(tài)角等數(shù)據(jù)缺乏直觀、形象的虛擬現(xiàn)實表現(xiàn)方法。這就導致了遙測數(shù)據(jù)分析結果主要是平面的、靜態(tài)的形式，缺乏立體的、動態(tài)的形式，缺乏對系統(tǒng)的整體分析和多參數(shù)的耦合仿真，如果把遙測數(shù)據(jù)按其自身物理背景進行有機結合，利用虛擬現(xiàn)實技術仿真導彈飛行全過程，從導彈飛行的整體概貌到主要部件的微觀動作予以三維動態(tài)展示，則對于遙測數(shù)據(jù)進行深層挖掘和使用，進行系統(tǒng)預研與故障仿真等都具有重要的現(xiàn)實意義。
2仿真系統(tǒng)物理背景
姿態(tài)姿控系統(tǒng)作用是克服各種干擾，使導彈的姿態(tài)角相對預定姿態(tài)角的偏差控制在允許的范圍內(nèi)，并按制導系統(tǒng)發(fā)出的指令，控制彈體的姿態(tài)角，從而改變推力方向，實現(xiàn)要求的運動狀態(tài)。姿控系統(tǒng)比較復雜，涉及的參數(shù)比較多，參數(shù)之間的關聯(lián)性緊密，多級導彈的每一級都有姿控系統(tǒng)的一部分部件，一般包括平臺、彈上計算機、速率陀螺、執(zhí)行機構、姿控噴管等，執(zhí)行機構包括燃氣舵機、空氣舵機、伺服系統(tǒng)、滾控裝置等。
2．1伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)全稱為推力矢量控制伺服系統(tǒng)，是導彈控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機構，它的作用是根據(jù)控制系統(tǒng)指令，控制噴管擺角或控制二次噴射閥門的開堵，改變發(fā)動機噴焰的排除方向，產(chǎn)生側向控制力矩，改變導彈在飛行中的姿態(tài)，使之按預定軌道穩(wěn)定飛行。
2．2舵機舵機是一種進行能量轉換的執(zhí)行機構，電動液壓式舵機是將電能轉換成機械能的執(zhí)行機構。
2．3滾控燃氣裝置滾控燃氣裝置一般采用脈沖調(diào)制或繼電狀態(tài)的工作方式。滾控燃氣裝置分析不同滾控燃氣活門壓力之間的相位極性。
3關聯(lián)性仿真系統(tǒng)設計
3．1OSG三維渲染引擎簡介OSG是一個高性能開源三維圖形引擎，基于修改的LG-PL協(xié)議(OSGPL)免費，廣泛的應用于虛擬仿真、虛擬現(xiàn)實、科學和工程可視化等領域。它以OpenGL為底層平臺，使用C++編寫而成，可運行于Windows、UNIX/Linux、MacOSX、IRIX、Solaris、HP－UX、AIX和FreeBSD等操作系統(tǒng)。它誕生于1998年，系統(tǒng)架構思想起源于OpenGLPerformer;發(fā)展至今，其功能特性涵蓋了大規(guī)模場景的分頁支持，多線程，多顯示的渲染，粒子系統(tǒng)與陰影，各種文件格式的支持，以及對于Java、Perl、Python等語言的封裝等。OSG采用包圍體層次(BoundingVolumeHierachy，BVH)來實現(xiàn)場景圖形的管理。采用包圍體層次的場景圖形通常采用樹狀結構來保存信息。這種場景BVH樹不僅可以正確地表達場景圖形的信息組成，還可以加速場景對象的裁剪、相交性測試、碰撞檢測等一系列操作，是應用最廣泛的空間數(shù)據(jù)組織結構之一［3］。
3．2系統(tǒng)架構設計
3．2．1系統(tǒng)組成導彈姿控系統(tǒng)關聯(lián)性仿真系統(tǒng)由參數(shù)配置、導彈姿控系統(tǒng)部件仿真兩部分組成。其中導彈部件模擬包括導彈伺服系統(tǒng)仿真、陀螺儀平臺仿真、導彈飛行仿真等。參數(shù)配置由場景參數(shù)配置，圖形顯示配置，數(shù)據(jù)采集等組成。結構圖如圖1。
3．2．2面向?qū)ο笤O計仿真系統(tǒng)在設計時使用了設計模式中的工廠方法模式，這樣系統(tǒng)就可以方便的擴展為導彈的、動力系統(tǒng)、外安系統(tǒng)等的仿真，甚至可以方便地擴展為整個導彈各分系統(tǒng)的部件仿真。
3．2．2．1導彈姿控部件仿真類的抽象與定義導彈姿控部件包括伺服系統(tǒng)、舵機、滾控燃氣裝置、陀螺儀平臺等，從程序設計的角度看接口是相似的，因此可以將導彈姿控部件仿真抽象出來，定義為CMissileAssemblySim，一級伺服系統(tǒng)、陀螺儀平臺與導彈飛行仿真從基類CMissileAs-semblySim派生。基類CMissileAssemblySim可以提供子類中成員變量與公共方法的定義和默認實現(xiàn)。類圖如圖3。抽象是面向?qū)ο笤O計中十分重要的元素之一，有了抽象使多態(tài)成為可能，從而可以產(chǎn)生多種多樣的變化，描述現(xiàn)實世界的種種現(xiàn)象。
3．2．2．2工廠方法(FactoryMethod)模式使用工廠方法模式的意圖是“定義一個用于創(chuàng)建對象的接口，讓子類決定實例化那個類。工廠方法使一個類的實例化延遲到其子類”［1］。在導彈姿控系統(tǒng)部件仿真軟件中，工廠方法通過定義的抽象接口CreateMissileAssemblySim()，具體工廠實現(xiàn)這個抽象接口來創(chuàng)建不同的具體產(chǎn)品。如果需要增加舵機、滾控燃氣裝置等其它部件仿真，不需要修改工廠類，只需要增加這些部件仿真類和相應的工廠類就可以了。這樣整個工廠和產(chǎn)品體系其實沒有修改的變化，而只是擴展的變化，完全符合了開放－封閉原則［2］。為軟件功能的下一步擴展打下了良好的基礎。解決方案如圖4。
4關鍵技術分析
4．1關聯(lián)性仿真遙測參數(shù)選取在航天器的試驗飛行中，航天器的被測參數(shù)有時多達上千個，參數(shù)種類也很多，不可能利用所有數(shù)據(jù)重現(xiàn)飛行過程采取的策略是尋找參數(shù)之間的關聯(lián)性，再在高度相關的參數(shù)之間選擇典型參數(shù)來表現(xiàn)飛行器的動作。對于航天器，關聯(lián)性可劃分為同源關聯(lián)、作用關聯(lián)、結構關聯(lián)、時間關聯(lián)、時序關聯(lián)、環(huán)境關聯(lián)、以及非相關關聯(lián)等，同源關聯(lián)分析是對若干可以追溯到同一個源泉的參數(shù)進行關聯(lián)性分析，重點分析從同一個電源、同一個器件得到的參數(shù)把同源參數(shù)分為測量同源分析、系統(tǒng)同源等進行分析;作用關聯(lián)是因果關系或相互作用方面的關聯(lián)性研究;結構關聯(lián)從結構方面研究關聯(lián)性;時間關聯(lián)和時序關聯(lián)從時間角度、動作產(chǎn)生先后時序方面進行關聯(lián)性研究;環(huán)境關聯(lián)是溫度、氣壓等總體方面的關聯(lián);非相關關聯(lián)則是從另一個角度，本來不應有關聯(lián)實際上有了關聯(lián)從而研究故障異常等。參數(shù)間關聯(lián)性分析主要針對姿控系統(tǒng)各參數(shù)的關聯(lián)性指令參數(shù)之間的關聯(lián)性、指令參數(shù)與其它參數(shù)間的關聯(lián)性總體參數(shù)間的關聯(lián)性、動力系統(tǒng)各參數(shù)的關聯(lián)性、遙測系統(tǒng)與外測系統(tǒng)之間的關聯(lián)性、外安系統(tǒng)的特征變化、其它參數(shù)相關性分析等8個方面進行分析［5］。基于關聯(lián)性，選取典型參數(shù)數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)與模型之間的動作關系模型，用實時數(shù)據(jù)進行模型驅(qū)動。
4．2姿控系統(tǒng)部件建模三維建模是構建一個視景系統(tǒng)的基礎工作，良好的建模方法可提供模型的真實感，極大程度減少建模的工作量。細膩的模型和真實效果的紋理貼圖會使場景的真實感與沉浸感更強。底層的圖形引擎提供圖元方式的視景模型建模，這種方式建模的靈活性比較大，可以創(chuàng)建幾乎任何形狀的視景物體，但其缺點也顯而易見，對于復雜的模型建模要花費巨大的工作量。目前己經(jīng)有許多比較成熟的三維建模工具可進行常規(guī)三維對象的建模。這些建模工具已經(jīng)形成了產(chǎn)品化和商業(yè)化，如AutoCAD，3DSMax和MultiGenCreator等，這些軟件具有友好的圖形用戶界面，可方便地開發(fā)所需的三維立體模型。而且，這些建模工具生成的模型數(shù)據(jù)格式，OSG都提供了很好的支持。這里推薦使用3DSMax，使用它構建的模型比較細膩，還可以通過osgExp插件將3DSmax場景導出為OSG的自定義文件格式(OSG或者IVE格式)。通過該插件可以實現(xiàn)紋理文件的壓縮與集成，場景優(yōu)化等操作。這樣3DSmax中制作的復雜場景可以直接導入到OSG的場景瀏覽器中。
4．3姿控系統(tǒng)部件驅(qū)動姿控系統(tǒng)驅(qū)動包括模型加載、關節(jié)控制器安裝、數(shù)據(jù)驅(qū)動等三部分。模型加載到場景后將以BVH樹結構存儲，模型BVH樹的根節(jié)點為讀入的模型節(jié)點，通過該根節(jié)點可以查找模型中的子部件節(jié)點，如果該子部件需要驅(qū)動，就需要為該子部件安裝關節(jié)控制器。所謂關節(jié)控制器是包含模型變換節(jié)點及相關參數(shù)的數(shù)據(jù)結構。關節(jié)控制器中包含有模型變換節(jié)點，osg::Matrix-Transform，該節(jié)點通過四元數(shù)與矩陣計算實現(xiàn)模型部件的旋轉變換。四元數(shù)是由3個復數(shù)和一個實數(shù)組成的復雜數(shù)學系統(tǒng)。假設有以下的復數(shù)定義:珒i2=珒j2=k珒2=珒i•珒j•k珒=－1，則四元數(shù)可表示為如下公式:Qs[x，y，z，w]=x•珒i+y•珒j+z•k珒+w•1．0其中x、y、z、w是4個實數(shù)參數(shù)。四元數(shù)的優(yōu)勢在于:它可以表達物體繞任意向量軸的旋轉，并且和歐拉角度旋轉與旋轉矩陣的方法相比，其效率較高，操作也更加靈活［3］。圖5展示了歐拉角度旋轉(沿直角坐標系坐標軸的旋轉分量之和)和四元數(shù)旋轉的區(qū)別:歐拉旋轉(如圖5(a)所示)需要計算3個旋轉分量的作用之和，即沿Z軸的航向(Head-ing)角度、沿X軸的俯仰(Pitch)角度以及沿Y軸的橫滾(Roll)角度;而四元數(shù)旋轉(如圖5(b)所示)只需要對旋轉軸V和旋轉角度進行設置。在OSG中使用Quat類表達四元數(shù)，設置一個四元數(shù)的方法很多，例如沿X軸逆時針旋轉90度的示例代碼如下:osg::Quatquat(osg::PI_2，osg::Vec3(1．0，0．0，0．0));其中osg::PI_2是OSG中預定義宏，表示數(shù)學上的π/2。此外，還可以直接使用角度值來表示旋轉角度，方法是使用當定義好關節(jié)需要旋轉的角度的四元數(shù)后，通過定義矩陣OSG中矩陣類osg::Matrixd來實施旋轉變換。OSG中使用行主序(Row－major)的概念來保存矩陣的16個數(shù)據(jù)元素，即矩陣的每一行都被連續(xù)地保存在內(nèi)存中。如果元素在內(nèi)存中的連續(xù)位置是a00～a15，那么它所表達的行主序矩陣如下:通過以上分析，關節(jié)控制器對導彈部件模型的旋轉變換可以總結為以下3步:1)定義矩陣對osg::Matrixdmatrix;2)調(diào)用osg::Matrixd類函數(shù)preMultRotate()函數(shù)對矩陣對象matrix實施旋轉變換;3)通過調(diào)用變換節(jié)點osg::MatrixTransform類函數(shù)set-Matrix(matrix)對導彈部件模型進行旋轉變換。這里有一點需要強調(diào)的是，進行旋轉變換時，需要將旋轉軸平移到模型的關節(jié)中心線位置，這樣才能獲得正確的模型旋轉變換效果。
5仿真結果分析
結合遙測數(shù)據(jù)處理結果對飛行過程伺服系統(tǒng)與飛行過程陀螺儀系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)進行了仿真，仿真結果如下圖。如圖6，圖中采用作動器壓差參數(shù)的實測數(shù)據(jù)，利用作動器壓差變化控制噴管的擺動方向，從而仿真飛行過程中伺服機構的工作情況。為了便于觀察，上圖中關閉了發(fā)動機尾焰粒子系統(tǒng)。飛行過程陀螺儀系統(tǒng)截圖如圖7。在圖中，從上到下，由左至右分別為飛行3秒、21秒、41秒與60秒時的陀螺儀狀態(tài)。從圖中可以看出，隨著時間的增加，陀螺儀平臺的三個姿態(tài)角(俯仰角、偏航角與滾動角)都發(fā)生了變化。
仿真引擎的關鍵技術范文4
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目 錄
第1章 緒論
1.1 云計算的概念
1.2 云計算發(fā)展現(xiàn)狀
1.3 云計算實現(xiàn)機制
1.4 網(wǎng)格計算與云計算
1.5 云計算的發(fā)展環(huán)境
1.5.1 云計算與3G
1.5.2 云計算與物聯(lián)網(wǎng)
1.5.3 云計算與移動互聯(lián)網(wǎng)
1.5.4 云計算與三網(wǎng)融合
1.6 云計算壓倒性的成本優(yōu)勢
習題
參考文獻
第2章 Google云計算原理與應用
2.1 Google文件系統(tǒng)GFS
2.1.1 系統(tǒng)架構
2.1.2 容錯機制
2.1.3 系統(tǒng)管理技術
2.2 分布式數(shù)據(jù)處理MapReduce
2.2.1 產(chǎn)生背景
2.2.2 編程模型
2.2.3 實現(xiàn)機制
2.2.4 案例分析
2.3 分布式鎖服務Chubby
2.3.1 Paxos算法
2.3.2 Chubby系統(tǒng)設計
2.3.3 Chubby中的Paxos
2.3.4 Chubby文件系統(tǒng)
2.3.5 通信協(xié)議
2.3.6 正確性與性能
2.4 分布式結構化數(shù)據(jù)表Bigtable
2.4.1 設計動機與目標
2.4.2 數(shù)據(jù)模型
2.4.3 系統(tǒng)架構
2.4.4 主服務器
2.4.5 子表服務器
2.4.6 性能優(yōu)化
2.5 分布式存儲系統(tǒng)Megastore
2.5.1 設計目標及方案選擇
2.5.2 Megastore數(shù)據(jù)模型
2.5.3 Megastore中的事務及并發(fā)控制
2.5.4 Megastore基本架構
2.5.5 核心技術——復制
2.5.6 產(chǎn)品性能及控制措施
2.6 大規(guī)模分布式系統(tǒng)的監(jiān)控基礎架構Dapper
2.6.1 基本設計目標
2.6.2 Dapper監(jiān)控系統(tǒng)簡介
2.6.3 關鍵性技術
2.6.4 常用Dapper工具
2.6.5 Dapper使用經(jīng)驗
2.7 Google應用程序引擎
2.7.1 Google App Engine簡介
2.7.2 應用程序環(huán)境
2.7.3 Google App Engine服務
2.7.4 Google App Engine編程實踐
習題
參考文獻
第3章 Amazon云計算AWS
3.1 Amazon平臺基礎存儲架構：Dynamo
3.1.1 Dynamo在Amazon服務平臺的地位
3.1.2 Dynamo架構的主要技術
3.2 彈性計算云EC2
3.2.1 EC2的主要特性
3.2.2 EC2基本架構及主要概念
3.2.3 EC2的關鍵技術
3.3.4 EC2安全及容錯機制
3.3 簡單存儲服務S3
3.3.1 基本概念和操作
3.3.2 數(shù)據(jù)一致性模型
3.3.3 S3安全措施
3.4 簡單隊列服務SQS
3.4.1 SQS基本模型
3.4.2 兩個重要概念
3.4.3 消息
3.4.4 身份認證
3.5 簡單數(shù)據(jù)庫服務Simple DB
3.5.1 重要概念
3.5.2 存在的問題及解決辦法
3.5.3 Simple DB和其他AWS的結合使用
3.6 關系數(shù)據(jù)庫服務RDS
3.6.1 SQL和NoSQL數(shù)據(jù)庫的對比
3.6.2 RDS數(shù)據(jù)庫原理
3.6.3 RDS的使用
3.7 內(nèi)容推送服務CloudFront
3.7.1 內(nèi)容推送網(wǎng)絡CDN
3.7.2 云內(nèi)容推送CloudFront
3.8 其他Amazon云計算服務
3.8.1 快速應用部署Elastic Beanstalk和服務模板CloudFormation
3.8.2 云中的DNS服務 Router
3.8.3 虛擬私有云VPC
3.8.4 簡單通知服務SNS和簡單郵件服務SES
3.8.5 彈性MapReduce服務
3.8.6 電子商務服務DevPay、FPS和Simple Pay
3.8.7 Amazon執(zhí)行網(wǎng)絡服務
3.8.8 土耳其機器人
3.8.9 Alexa Web服務
3.9 AWS應用實例
3.9.1 在線照片存儲共享網(wǎng)站SmugMug
3.9.2 在線視頻制作網(wǎng)站Animoto
3.10 小結
習題
參考文獻
第4章 微軟云計算Windows Azure
4.1 微軟云計算平臺
4.2 微軟云操作系統(tǒng)Windows Azure
4.2.1 Windows Azure概述
4.2.2 Windows Azure計算服務
4.2.3 Windows Azure存儲服務
4.2.4 Windows Azure Connect
4.2.5 Windows Azure CDN
4.2.6 Fabric控制器
4.2.7 Windows Azure應用場景
4.3 微軟云關系數(shù)據(jù)庫SQL Azure
4.3.1 SQL Azure概述
4.3.2 SQL Azure關鍵技術
4.3.3 SQL Azure應用場景
4.3.4 SQL Azure和SQL Server對比
4.4 Windows Azure AppFabric
4.4.1 AppFabric概述
4.4.2 AppFabric關鍵技術
4.5 Windows Azure Marketplace
4.6 微軟云計算編程實踐
4.6.1 利用Visual Studio2010開發(fā)簡單的云應用程序
4.6.2 向Windows Azure平臺應用程序
習題
參考文獻
第5章 VMware云計算
5.1 VMware云產(chǎn)品簡介
5.1.1 VMware云戰(zhàn)略三層架構
5.1.2 VMware vSphere架構
5.1.3 云操作系統(tǒng)vSphere
5.1.4 底層架構服務vCloud Service Director
5.1.5 虛擬桌面產(chǎn)品VMware View
5.2 云管理平臺 vCenter
5.2.1 虛擬機遷移工具
5.2.2 虛擬機數(shù)據(jù)備份恢復工具
5.2.3 虛擬機安全工具
5.2.4 可靠性組件FT和HA
5.3 云架構服務提供平臺vCloud Service Director
5.3.1 創(chuàng)建虛擬數(shù)據(jù)中心和組織
5.3.2 網(wǎng)絡的設計
5.3.3 目錄管理
5.3.4 計費功能
5.4 VMware的網(wǎng)絡和存儲虛擬化
5.4.1 網(wǎng)絡虛擬化
5.4.2 存儲虛擬化
習題
參考文獻
第6章 Hadoop：Google云計算的開源實現(xiàn)
6.1 Hadoop簡介
6.2 Hadoop分布式文件系統(tǒng)HDFS
6.2.1 設計前提與目標
6.2.2 體系結構
6.2.3 保障可靠性的措施
6.2.4 提升性能的措施
6.2.5 訪問接口
6.3 分布式數(shù)據(jù)處理MapReduce
6.3.1 邏輯模型
6.3.2 實現(xiàn)機制
6.4 分布式結構化數(shù)據(jù)表HBase
6.4.1 邏輯模型
6.4.2 物理模型
6.4.3 子表服務器
6.4.4 主服務器
6.4.5 元數(shù)據(jù)表
6.5 Hadoop安裝
6.5.1 在Linux系統(tǒng)中安裝Hadoop
6.5.2 在Windows系統(tǒng)中安裝Hadoop
6.6 HDFS使用
6.6.1 HDFS 常用命令
6.6.2 HDFS 基準測試
6.7 HBase安裝使用
6.7.1 HBase的安裝配置
6.7.2 HBase的執(zhí)行
6.7.3 Hbase編程實例
6.8 MapReduce編程
6.8.1 矩陣相乘算法設計
6.8.2 編程實現(xiàn)
習題
參考文獻
第7章 Eucalyptus：Amazon云計算的開源實現(xiàn)
7.1 Eucalyptus簡介
7.2 Eucalyptus技術實現(xiàn)
7.2.1 體系結構
7.2.2 主要構件
7.2.3 訪問接口
7.2.4 服務等級協(xié)議
7.2.5 虛擬組網(wǎng)
7.3 Eucalyptus安裝與使用
7.3.1 在Linux系統(tǒng)中安裝Eucalyptus
7.3.2 Eucalyptus配置和管理
7.3.3 Eucalyptus常用命令的示例和說明
習題
參考文獻
第8章 其他開源云計算系統(tǒng)
8.1 簡介
8.1.1 Cassandra
8.1.2 Hive
8.1.3 VoltDB
8.1.4 Enomaly ECP
8.1.5 Nimbus
8.1.6 Sector and Sphere
8.1.7 abiquo
8.1.8 MongoDB
8.2 Cassandra
8.2.1 體系結構
8.2.2 數(shù)據(jù)模型
8.2.3 存儲機制
8.2.4 讀/寫刪過程
8.3 Hive
8.3.1 整體構架
8.3.2 數(shù)據(jù)模型
8.3.3 HQL語言
8.3.4 環(huán)境搭建
8.4 VoltDB
8.4.1 整體架構
8.4.2 自動數(shù)據(jù)分片技術
習題
參考文獻
第9章 云計算仿真器CloudSim
9.1 CloudSim簡介
9.2 CloudSim體系結構
9.2.1 CloudSim核心模擬引擎
9.2.2 CloudSim層
9.2.3 用戶代碼層
9.3 CloudSim技術實現(xiàn)
9.4 CloudSim的使用方法
9.4.1 環(huán)境配置
9.4.2 運行樣例程序
9.5 CloudSim的擴展
9.5.1 調(diào)度策略的擴展
9.5.2 仿真核心代碼
9.5.3 平臺重編譯
習題
參考文獻
第10章 云計算研究熱點
10.1 云計算體系結構研究
10.1.1 Youseff劃分方法
10.1.2 Lenk劃分方法
10.2 云計算關鍵技術研究
10.2.1 虛擬化技術
10.2.2 數(shù)據(jù)存儲技術
10.2.3 資源管理技術
10.2.4 能耗管理技術
10.2.5 云監(jiān)測技術
10.3 編程模型研究
10.3.1 All-Pairs編程模型
10.3.2 GridBatch編程模型
10.3.3 其他編程模型
10.4 支撐平臺研究
10.4.1 Cumulus：數(shù)據(jù)中心科學云
10.4.2 CARMEN：e-Science云計算
10.4.3 RESERVOIR：云服務融合平臺
10.4.4 TPlatform：Hadoop的變種
10.4.5 P2P環(huán)境的MapReduce
10.4.6 Yahoo云計算平臺
10.4.7 微軟的Dryad框架
10.4.8 Neptune框架
10.5 應用研究
10.5.1 語義分析應用
10.5.2 生物學應用
10.5.3 數(shù)據(jù)庫應用
10.5.4 地理信息應用
10.5.5 商業(yè)應用
10.5.6 醫(yī)學應用
10.5.7 社會智能應用
10.6 云安全研究
10.6.1 Anti-Spam Grid：反垃圾郵件網(wǎng)格
10.6.2 CloudAV：終端惡意軟件檢測
10.6.3 AMSDS：惡意軟件簽名自動檢測
10.6.4 CloudSEC：協(xié)作安全服務體系結構
習題
參考文獻
第11章 總結與展望
11.1 主流商業(yè)云計算解決方案比較
11.1.1 應用場景
11.1.2 使用流程
11.1.3 體系結構
11.1.4 實現(xiàn)技術
11.1.5 核心業(yè)務
11.2 主流開源云計算系統(tǒng)比較
11.2.1 開發(fā)目的
11.2.2 體系結構
11.2.3 實現(xiàn)技術
11.2.4 核心服務
11.3 國內(nèi)代表性云計算平臺比較
11.3.1 中國移動“大云”
11.3.2 阿里巴巴“阿里云”
11.3.3 “大云”與“阿里云”的比較
11.4 云計算的歷史坐標與發(fā)展方向
11.4.1 互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的階段劃分
11.4.2 云格（Gloud）——云計算的未來
仿真引擎的關鍵技術范文5
（1.裝甲兵工程學院科研部，北京100072；2.裝甲兵工程學院技術保障工程系，北京100072）
摘要：為了解決部隊當前武器裝備訓練中出現(xiàn)的一些問題，提出一種基于IETM的武器裝備虛擬維修訓練系統(tǒng)設計方案，通過引入可共享內(nèi)容對象模型、交互式三維渲染引擎、基于插件的功能模塊集成、基于物元分析的訓練效果評估等技術，將IETM、虛擬維修和知識管理融為一體用于武器裝備訓練。實踐結果表明，該方案對于促進IETM在裝備維修訓練領域的應用，提升我軍裝備的綜合保障能力具有積極的參考價值。
關鍵詞 ：交互式電子技術手冊；武器裝備；虛擬訓練；裝備維修
中圖分類號：TN702?34 文獻標識碼：A 文章編號：1004?373X（2015）16?0138?03
收稿日期：2015?03?08
基金項目：軍內(nèi)科研項目：IETM編輯系統(tǒng)立項綜合論證
當前，我軍大型復雜高技術裝備研制與部署進程加快，裝備保障任務加重、難度增大，傳統(tǒng)紙介質(zhì)技術資料體積與重量大、交付與更新及時性差、使用效率低下等弊端日益凸顯，已遠遠不能滿足部隊裝備保障和人員訓練的需要，成為制約裝備保障能力和作戰(zhàn)能力生成的瓶頸。在這種背景下，交互式電子技術手冊[1?2]（IETM）應運而生。IETM 是以數(shù)字形式存儲，采用文字、圖形、表格、音頻和視頻等形式，以人機交互方式提供裝備基本原理、使用操作和維修等內(nèi)容的電子技術文件，是一項重要的裝備保障信息化技術手段。作為一項重要的裝備保障信息化技術，IETM具有數(shù)據(jù)格式標準、功能應用多樣、用戶界面友好、使用效益顯著等特點，在輔助維修、輔助訓練和輔助技術資料管理方面表現(xiàn)出了巨大的優(yōu)越性。國外對此進行了大量研究，并在開發(fā)的維修訓練系統(tǒng)中進行了應用，為訓練者提供了多種訓練模式。根據(jù)美國國防部20世紀90年代中期的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對于大型武器系統(tǒng)的技術培訓，IETM 能夠減少33%的必修課程和28%的訓練時間，降低參訓者知識遺忘率能夠達到75%。考慮到虛擬環(huán)維修[3]訓練是一種有效途徑，本文研究了虛擬維修技術在IETM中的應用，維修訓練人員可以在逼真的環(huán)境中模擬執(zhí)行復雜的維修訓練任務，從而有效提高訓練效果，降低訓練成本，縮短訓練周期。另外，裝備維修訓練知識多屬于業(yè)務人員在實踐中積累的經(jīng)驗性知識，雖然有些業(yè)務知識經(jīng)過顯性化形成各種法規(guī)制度、條令條例、文件、手冊等，但是更多的業(yè)務知識是隱形知識，存在于業(yè)務人員、相關專家的頭腦中，存在于具體的業(yè)務過程中。同時，軍隊人員的流動性強，大量的個人經(jīng)驗、體會等知識沒能有效傳遞，造成眾多寶貴的知識資源流失。因此，有必要對裝備維修訓練業(yè)務知識進行有效的管理，在適當?shù)臅r候，提供給需要的人，實現(xiàn)業(yè)務知識的交流與共享。基于以上考慮，本文將IETM技術結合虛擬維修和知識管理[4?5]技術，提出一種基于IETM的武器裝備虛擬維修訓練系統(tǒng)框架。
1 系統(tǒng)架構
該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下輔助維修訓練功能：
（1）能按照裝備層次結構描述裝備的結構及技術原理；
（2）按照維修規(guī)程指導維修訓練作業(yè)過程；
（3）能按照裝備維修訓練大綱與要求，制定課程培訓計劃；
（4）實施交互式維修訓練或遠程維修訓練；
（5）跟蹤學員的學習情況進行在線交流；
（6）實時地進行維修訓練總結與考核評估等；
（7）與支持SCORM 標準的外部裝備訓練系統(tǒng)互聯(lián)、互操作。
該系統(tǒng)的框架結構如圖1所示。
具體而言，包括以下模塊：
1.1 維修訓練模塊
可采用多種模式開展維修訓練，比如系統(tǒng)示范觀摩、自主體驗練習、交互式訓練等；還可提供維修對象展示、進行典型故障設置、訓練內(nèi)容和策略調(diào)整，幫助不同水平的參訓者更好地學習。
1.2 考核評估模塊
該模塊根據(jù)知識管理模塊中保存的系列典型故障維修操作流程鏈表，實現(xiàn)對整個維修訓練過程的操作軌跡記錄、識別、匹配、計時、記錄回放等，給出考核成績和指導建議。
1.3 虛擬仿真模塊
在確定裝備總體后，通過3D 創(chuàng)作工具（如Cult3D，Virtools，X3D，VRML等）建立裝備3D數(shù)字模型，并根據(jù)分級式樹狀圖層結構方式進行裝配約束。本系統(tǒng)采用三維渲染引擎OGRE 作為圖形渲染引擎。OGRE 是以C++語言開發(fā)的面相場景的、功能強大、使用靈活的三維圖形引擎，對底層Direct3D和OpenG系統(tǒng)庫的渲染函數(shù)進行了封裝，提供了更高層的基于現(xiàn)實世界對象的接口類。在S1000D中，3D模型與音頻、視頻、動畫一起作為多媒體元素對象，可以像插圖和表格一樣插入數(shù)據(jù)模塊，使得3D仿真與IETM進行無縫集成。多媒體元素的定義如表1所示。
1.4 遠程支援模塊
當在維修訓練現(xiàn)場遇到無法解決的難題或在執(zhí)行實際維修任務時遇到現(xiàn)場技術人員能力范圍之外的故障時，可以通過本系統(tǒng)的遠程支援模塊，以在線討論、遠程視頻會議等方式向遠處的業(yè)內(nèi)專家請求技術支援，專家可以根據(jù)傳輸過來的現(xiàn)場故障視頻或圖像及時給出建議，指導參訓者完成維修或訓練任務，大大節(jié)省訓練費用。
1.5 系統(tǒng)管理模塊
系統(tǒng)管理作為虛擬維修訓練系統(tǒng)的管理者，可進行系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)準備、環(huán)境設置、角色編輯、設置控制方式、接口管理、交互信息管理、系統(tǒng)安全管理等操作。
1.6 知識管理模塊
知識管理模塊具有對知識庫的規(guī)則進行增刪改、編輯、推理、解釋、檢索瀏覽等功能，比如對維修過程中產(chǎn)生的維修級別、維修類型、故障特征、故障現(xiàn)象、維修策略等各種數(shù)據(jù)進行存儲。通過對裝備維修訓練業(yè)務知識資源進行系統(tǒng)、有組織的管理，實現(xiàn)知識的共享、創(chuàng)新和增值，促進裝備維修訓練業(yè)務知識的獲取、共享、創(chuàng)新與應用。
2 關鍵技術及實現(xiàn)
2.1 可共享內(nèi)容對象模型
可共享內(nèi)容對象模型[6]（SCORM）是當前數(shù)字化培訓的國際標準，其目的是建立一套教材重復使用與共享機制，使學習者無論在何時何地，均可及時獲取所需的高品質(zhì)學習資源，從而使訓練費用大大降低。S1000D[6]和SCORM 的整合是技術發(fā)展的必然趨勢，ASD 和ADL（高級分布式學習組織）曾簽署一份備忘錄，承諾在S1000D 的后續(xù)版本中，充分考慮SCORM 的需求，是S1000D 4.0 版本中就新增了SCORM 內(nèi)容包模塊等內(nèi)容。
2.2 交互式三維渲染引擎
虛擬仿真模塊采用交互式3D 仿真技術，不但直觀逼真、而且使用戶能夠通過鼠標和鍵盤操作與模型進行交互，提供任意視角交互觀察裝備的能力，充分利用熱區(qū)、提示等信息為用戶提供崗位維修訓練的能力，在傳達物體的基本結構和空間信息方面具有優(yōu)越性。根據(jù)S1000D 標準規(guī)定，3D 模型可以與音頻、視頻等一起作為多媒體對象，如技術插圖一樣插入數(shù)據(jù)模塊中，生成S1000D 規(guī)范圖形，從而與IETM 進行標準化集成，顯著增強了IETM 的維修支持和培訓功能，有利于技術人員快速獲取和理解技術信息。
2.3 基于插件的功能模塊集成
本系統(tǒng)功能模塊基于插件技術進行集成。所謂插件是指遵循一定規(guī)范的應用程序接口設計且定義良好的軟件模塊，只能運行在程序規(guī)定的系統(tǒng)平臺下，而不能脫離指定的平臺單獨運行，在系統(tǒng)中協(xié)同完成復雜任務，具有良好的開放性、可定制性、可重用性以及擴展性。通過與存儲在知識管理模塊中的維修訓練案例、機理分析、數(shù)據(jù)調(diào)用等進行信息流的傳遞，完成相關訓練任務。
2.4 基于物元分析的訓練效果評估
本系統(tǒng)采用物元分析法[7?8]進行訓練效果的評估，其基本原理是將評估對象視為一個物元，根據(jù)各個特征（指標）的特性確立每個特征的理想狀態(tài)，從而生成理想方案。通過比較各方案與理想方案之間的關聯(lián)系數(shù)，得出各方案與理想方案之間的關聯(lián)度，利用關聯(lián)度排序即可對各個方案進行排序。
3 結語
本文對基于IETM的武器裝備虛擬維修訓練系統(tǒng)的各功能模塊組成和關鍵技術進行了闡述，能夠為部隊裝備訓練提供借鑒。將IETM 技術結合虛擬維修、知識管理等技術用于裝備訓練，具有訓練環(huán)境逼真、成本低、可擴展性強、交互性和互操作性好、標準統(tǒng)一等優(yōu)勢。實踐結果表明，該方案具有較好的推廣應用價值。
參考文獻
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仿真引擎的關鍵技術范文6
【關鍵詞】低壓配電房;低壓配網(wǎng)
一、配電房交互系統(tǒng)存在的問題
配電房的建設與管理，一直是配電工作中的重點。目前，低壓配電房的建設缺少可操作性強的、實用的典型設計，施工缺少技術圖紙，建設標準不統(tǒng)一，配電房尺寸大小不規(guī)范，房屋結構不牢固，滲漏嚴重，門窗安全性差，進出線混亂，電氣設備安裝接線不美觀，安全經(jīng)濟性不高等，不利于打造堅強的低壓配網(wǎng)，也增加了運行維護的難度。電氣化建設對低壓電力設施，尤其是對配電房的建設提出了更高的要求：一方面要保證安全、合理、經(jīng)濟、可靠供電，另一方面要與環(huán)境協(xié)調(diào)且美觀。結合電氣化工作，進行配電房典型設計，達到安全、經(jīng)濟、可靠、美觀的要求。
二、基于unity3D的標準化配電房交互系統(tǒng)的設計
1.系統(tǒng)介紹
由于該系統(tǒng)是一套完整的3D人機交互培訓系統(tǒng)，第一步工作是要把整個配電房場景模擬出來。這一步可以分成2部分，一部分，是做出一個完整的配電房模型，這部分工作主要靠美工來做;另一部分，是選取并使用合適的工具把美工做的模型表現(xiàn)出來。這最后，采用3dmax軟件作為制作3d模型的工具，采用unity3D引擎作為顯示這些模型的工具。
第二步的工作主要是實現(xiàn)在虛擬的場景里進行模擬現(xiàn)實的操作。這一步也分為2個部分來做，1）實現(xiàn)對配電房機柜及設備的拆裝功能;2）系統(tǒng)可使實現(xiàn)自動組裝和手動零件更換操作，更好的實現(xiàn)人機交互，把配電房標準化。具體實施過程如圖1所示。
圖1 具體實施過程
2.系統(tǒng)結構
如圖2所示，由Unity3D引擎開發(fā)的系統(tǒng)可以同時運行在多個異構系統(tǒng)上，如Windows、Linux、Unix等，為了滿足平臺無關性的要求，采用unity3D導出web格式實現(xiàn)網(wǎng)絡瀏覽功能。采用3DS MAX、Maya等專業(yè)三維建模軟件來進行設備和場景的建模。由于電力仿真中需要模擬設備的狀態(tài)和缺陷，并且要完成場景切換、設備操作等功能，因此實現(xiàn)的三維交互系統(tǒng)提供了設備編輯器來輔助設備建模。
3.三維引擎
本系統(tǒng)使用Unity3D三維引擎，滿足三維仿真的基本要求。主要內(nèi)容包括：
1）基本對象表現(xiàn)：包括立方體、球、圓柱、圓錐等基本的幾何體。
2）模型導入：目前支持3DS、OBJ、MD2等格式的模型導入。
3）圖片導入：在Qt支持的圖片格式基礎上增加了TGA格式圖片的導入。
4）碰撞檢測：實現(xiàn)了線、立方體、球、橢球體之間的碰撞檢測，可以方便的實現(xiàn)設備操作、角色行走、上下樓梯、沿墻滑行等功能。
5）燈光：可以方便的創(chuàng)建點光源、平行光源、聚光燈等。
7）粒子系統(tǒng)：提供火、煙、蒸汽、爆炸、雨、雪現(xiàn)象的模擬。
8）公告牌（Billboard）：提供以平面方式廉價模擬大量三維對象的功能，如樹等。
9）天空體、天空盒。
10）BSP、視景體裁剪，提高渲染效率。
11）動態(tài)圖像序列，可以實現(xiàn)閃電、流水等效果。
圖2 系統(tǒng)結構
4.人機交互
人機交互是三維模擬培訓系統(tǒng)最重要的一個部分。通過將場景文件導入unity3D實現(xiàn)場景的顯示，用戶可以自由的瀏覽場景，實現(xiàn)人機的交互。在unity3D中，操作人員可以查看場景中的各種設備，從各個角度對設備進行觀察場景中的設備都具有標準規(guī)格，配電站建設人員可以根據(jù)場景進行標準化的改造。
系統(tǒng)關鍵技術：
（1）三維建模
3D建模通俗來講就是通過三維制作軟件通過虛擬三維空間構建出具有三維數(shù)據(jù)的模型。3D建模大概可分為：NURBS和多邊形網(wǎng)格。NURBS對要求精細、彈性與復雜的模型有較好的應用，適合量化生產(chǎn)用途 。多邊形網(wǎng)格建模是靠拉面方式，適合做效果圖與復雜場景動畫。通過maya，3Dmax等軟件。根據(jù)真實的配電站場景，進行標準的三維建模，實現(xiàn)配電站的標準化改造和虛擬的場景漫游。
（2）碰撞檢測
需要檢測到碰撞現(xiàn)象，即碰撞檢測。首先，在unity3d中，能檢測碰撞發(fā)生的方式有兩種，一種是利用碰撞器，另一種則是利用觸發(fā)器。碰撞器是一群組件，它包含了很多種類，比如：Box Collider，Capsule Collider等，這些碰撞器應用的場合不同，但都必須加到GameObjecet身上。所謂觸發(fā)器，只需要在檢視面板中的碰撞器組件中勾選IsTrigger屬性選擇框。在Unity3d中，主要有以下接口函數(shù)來處理這兩種碰撞檢測：
觸發(fā)信息檢測：
1）MonoBehaviour.OnTriggerEnter（Collider other）當進入觸發(fā)器
2）MonoBehaviour.OnTriggerExit（Collider other）當退出觸發(fā)器
3）MonoBehaviour.OnTriggerStay（Collider other）當逗留觸發(fā)器
碰撞信息檢測：
1）MonoBehaviour.OnCollisionEnter（Collision collisionInfo） 當進入碰撞器
2）MonoBehaviour.OnCollisionExit（Collision collisionInfo） 當退出碰撞器
3）MonoBehaviour.OnCollisionStay（Collision collisionInfo） 當逗留碰撞器
（3）鼠標操作
通過鼠標選擇場景中的設備是人機交互系統(tǒng)必不可少的功能，在unity3d中實現(xiàn)了選擇與反饋機制來滿足用戶使用鼠標實時操作三維圖形的需要，在本系統(tǒng)中采用揀選射線的方法進行三維場景中的對象選取。鼠標選取是用了U3D中一個比較方便的API來實現(xiàn)的。
Int speed=10;
void OnMouseDrag（）{
transform.position += Vector3.right * Time.deltaTime*Input.GetAxis （"Mouse X"） * speed;
transform.position += Vector3.forward * Time.deltaTime*Input.GetAxis （"Mouse Y"）* speed;;
}
（4）鼠標滾輪實現(xiàn)拉近和遠離功能
在Windows系統(tǒng)下，人們習慣性使用鼠標中間滾輪實現(xiàn)上下翻頁和前進和后退的功能，在U-nity3d里可以借助鼠標的這個部件實現(xiàn)拉近和遠離物體的功能。在Unity3d軟件中，鼠標的滾輪定義方式Input.GetAxis（“MouseScrollWheel”）是否為真識別滾輪的啟用，并通過比較其滾動的方向?qū)崿F(xiàn)拉近和遠離的功能。拉近的極限距離可以設定值為5的變量DistanceMin。并設置滾輪的最小變化變量MouseSense初值為5。
//下面檢測是否已經(jīng)按住滑輪
if（Input.GetAxis（“MouseScrollWheel”）！=0）
{
//如果在可觀察范圍之內(nèi)
if（normalDistance？>=DistanceMin）{
//計算按下滾輪時產(chǎn)生差值。delta=Mouse.Event.wheelDelta/120;//產(chǎn)生拉近和遠離的功能//向上滾動產(chǎn)生拉近功能if（delta>0）
normalDistance-=Input.GetAxis（“MouseScrollWheel”）*MouseSense;
}else{
//實現(xiàn)遠離目標的功能
normalDistance+=Input.GetAxis（“MouseScrollWheel”）*MouseSense;
}
//以下檢測在可觀察范圍之外進行有限距///離的限定。
if（normalDistance
normalDistance=DistanceMin;}}
三、結論
通過3D虛擬技術模擬真實場景使電力培訓更加生動形象，提高了電力培訓的效率，降低了培訓的成本，減少了安全事故的發(fā)生。使配電房的設計改造更加規(guī)范可靠，有據(jù)可依，保證安全、合理、經(jīng)濟、可靠供電、與環(huán)境協(xié)調(diào)且美觀。以及一些不規(guī)范的操作，從而確保電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟運行。
參考文獻
[1]曾林森.基于Unity3D的跨平臺虛擬駕駛視景仿真研究[D].中南大學，2013.
