摘 要：本文着重介绍了该系统的硬件构成与分布式仿真环境设计。系统通过虚拟现实的人机交互设备来跟踪用户的动作，为用户提供一个逼真的虚拟环境，并且通过HLA分布式交互系统实现与武器仿真平台的交互。
关键词：虚拟现实；仿真系统；HLA技术
1 引言
分布式交互系统仿真可以利用计算机网络将多个武器平台仿真系统连接构成一个整体的虚拟现实战场环境，通过仿真系统可以进行装备论证、作战指挥训练、对抗演习和作战决策的实时对抗仿真，对于国防装备现代化有着重要的意义。高层体系结构HLA（High Level Architecture）是一个新的仿真技术框架，其显著的特点是通过运行支撑环境RTI提供通用的、相对独立的支撑服务程序，将仿真应用层同底层支撑环境功能分离开，即将具体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层传输三者分离，隐蔽了各自的实现细节，从而使各个部分可以相对独立地开发。
本文研究了基于HLA的火炮虚拟现实仿真系统的设计与实现方法，系统通过虚拟现实的人机交互设备来跟踪用户的动作，为用户提供一个逼真的虚拟环境，并且通过HLA分布式交互系统实现与其他武器仿真平台的交互。
2 系统设计
(1) 火炮虚拟现实仿真平台
火炮虚拟现实仿真平台是一个虚拟现实的仿真应用，该平台采用先进的三维图像和多路传感输入等技术手段高度逼真地模拟人在自然环境中视觉、听觉、动感等行为，进行模拟仿真，利用虚拟现实技术生成新概念火炮装备，通过火炮装备体系研究平台级站点的专用接口投入作战对抗，依次来评价新概念火炮装备自身的效能，为火炮装备的论证、研制、生产、使用及维护保养提供理论依据及定性、定量分析。通过该系统，使用者佩带的头盔式显示器将根据其头部空间位置的不同分别显示炮内或炮外的虚拟视景，操作者的不同操作动作由六自由度跟踪器和数据手套捕捉后作为与系统交互的工具，在这种情况下使用者所操作的对象均是由系统产生的虚拟物体，因此该系统可以适用于各种装甲车辆、各种武器和各种战场环境下的仿真。
(2) 基于HLA的交互仿真接口
HLA主要由三部分组成：规则（rules）、对象模型模板OMT（objectmodeltemplate）和接口规范（interfacespecification）。
HLA接口规范以服务的方式定义了联邦中联邦成员进行信息交互的方式，包括可调用的服务和应提供的回调服务，分为联邦管理、声明管理、对象管理、所有权管理、时间管理和数据分布管理等。通过定义HLA的接口规范，就可以通过HLA体系结构实现与联邦中其他联邦成员的交互。
3 系统实现
(1) 系统的硬件实现
虚拟现实系统硬件模块包括对新概念火炮装备中乘员身体感觉的仿真，火炮装备每个战斗乘员所需的操纵设备如下：驾驶员需要观瞄设备、手控转向设备（转向操纵杆或方向盘）、换档设备、启动设备、开关、脚控离合器、制动踏板和油门踏板等；炮长观瞄设备、瞄准手操纵台和火控计算机等；炮长观瞄设备、瞄准手操纵台、火控计算机等及电台通信设备，除脚控离合器、制动踏板、油门踏板和座椅外的其他操纵设备均由虚拟现实系统生成，火炮装备的每个战斗乘员通过操作虚拟场景中的虚拟操纵设备来控制虚拟场景，这些动作通过数据手套和六自由度跟踪器来进行跟踪，通过触觉反馈和头盔式显示器实现战斗乘员和虚拟环境之间的交互。视觉系统向操作者提供外界的视觉信息，该系统由产生视觉图像的计算机系统和将信号提供给操作者的头盔显示器组成。为了逼真地模拟真实的炮内和战场环境，虚拟现实系统还将提供和虚拟场景匹配的三维声音以加强乘员的浸没感和交互性。
(2) 分布式网络环境的实现
为实现分布式交互，火炮装备虚拟现实仿真系统的运行需要依靠分布式网络环境，在本系统中依靠的是HLA体系结构。
在火炮装备虚拟现实仿真系统所在的网络环境中，应该至少包含一台RTI服务器和一台数据中心服务器，其中RTI服务器的功能是提供本系统与其他仿真应用系统进行基于HLA的信息交互服务。由于本系统是一个完全支持HLA的分布式仿真应用，所以在仿真应用运行时，本系统是作为特定的联邦成员与其他仿真应用进行交互的。数据中心为本系统提供数据更新服务。为了使系统的维护更加便捷、安全，本系统同时提供了自动功能。
4 系统运行流程
用户启动本系统后首先需要设置一些仿真相关的参数，例如：车辆类型、HLA服务器等，之后便可以开始连接服务器运行仿真应用。连接服务器的过程包含：连接到HLA服务器，更新本地数据，加入联邦三个部分。
首先，本地系统访问仿真服务器（HLA服务器），察看是否需要更新本地数据。如果需要更新本地数据，则启动数据更新进程，否则直接初始化成员数据。本地系统根据预先制定的FOM表和SOM表将对应RTI所需的信息操作的各种类进行实例化，成功之后就得到了一系列用于与联邦进行数据交互的数据对象和交互对象，之后本地系统需要按照规则声明公布和定购，完成分布式仿真初始化的过程。
第二步，读取本地模型文件。本系统具有车型变化频繁，内部构造多变的特点，其中主要发生变化的部分是炮内的模型，而炮外的战场环境中的模型相对变化的可能性较小。所以针对这个特点，本系统将模型文件分成两种：（1）战场模型，不需要特定的配置文件。只要具有一般的视景仿真所需的特点：LOD、毁伤模型等。（2）炮内模型，除了具备一般的视景仿真的需要，每个炮内模型还需要有一个与其对应的配置文件。在这个配置文件中记录了当前模型所有可调用的DOF的接口，通过这些接口本系统可以实现用户与火炮的交互等重要的功能。
5 结论
在新装备日新月异的今天，炮兵部队的模拟训练已成为各国所关注和研究的重要问题，火炮虚拟现实仿真系统作为满足这一需求的根本物质基础，已成为炮兵作战仿真软件研制和开发需求中的重点内容。
参考文献
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[2]周彦,戴剑伟.HLA仿真程序设计[M].北京:电子工业出版社,2002.
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