基于模式的視景仿真系統(tǒng)的構(gòu)建與實現(xiàn)

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1、第一章緒論1．1課題來源及背景某軍用電臺是我軍情報指揮系統(tǒng)中無線數(shù)字傳輸網(wǎng)的主要數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，是實現(xiàn)軍隊信息化建設(shè)的關(guān)鍵設(shè)備。該型電臺是新型超短波電臺，它技術(shù)復(fù)雜、功能強(qiáng)大，支持跳頻、明語、加密等多種工作方式。鑒于其在我軍信息化建設(shè)中的重要作用，它性能的好壞直接影響到我軍信息化建設(shè)的質(zhì)量與進(jìn)度，甚至影響到我軍情報指揮系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的實現(xiàn)。同時該型電臺技術(shù)復(fù)雜，在使用中發(fā)生故障時，由于缺乏相應(yīng)的可視化模型，往往采取一次次地查找電路圖、一次次地對單個設(shè)備進(jìn)行加電測試等方式進(jìn)行故障定位。這樣不僅浪費大量的人力和物力，甚至在戰(zhàn)爭時有可能造成災(zāi)難

2、性的后果。而且多次加電測試也會導(dǎo)致電臺設(shè)備的老化，難以對故障進(jìn)行及時有效的定位和分析，并采取相應(yīng)的措施。由于該型電臺技術(shù)復(fù)雜、造價高昂，對維修人員的技術(shù)要求也比較高。如何對維修人員進(jìn)行系統(tǒng)的、富有成效的培訓(xùn)也是亟待解決的一個問題。目前的學(xué)員培訓(xùn)主要是通過原理學(xué)習(xí)、電臺組件觀摩等環(huán)節(jié)進(jìn)行。但這樣的培訓(xùn)方式顯然存在以下局限性：缺乏直觀的感性認(rèn)識。訓(xùn)練僅僅停留在對教師課堂講解內(nèi)容和書本知識的消化，不能使學(xué)員對電臺的工作原理、組成結(jié)構(gòu)、維修時序等有身臨其境的感覺，難以產(chǎn)生直觀、真實的感性認(rèn)識。尤其是對于新學(xué)員，往往只能“紙上談兵"；缺乏系統(tǒng)性和連續(xù)

3、性。在特定的時間段內(nèi)只能針對特定的知識內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，不能在學(xué)習(xí)的過程中進(jìn)行理論講解、實物演示的穿插，學(xué)員不能了解電臺全貌，只能在想象中學(xué)習(xí)。同時在長時間沒有實物電臺進(jìn)行觀摩、故障維修訓(xùn)練的情況下，容易造成學(xué)員對專業(yè)知識的淡忘和生疏；由于該型電臺造價昂貴，實裝數(shù)量有限，不可能大量使用實物電臺來對學(xué)員進(jìn)行訓(xùn)練。這勢必造成大量學(xué)員長期得不到上機(jī)實踐，對所學(xué)的知識內(nèi)容生疏，甚至遺忘，從而使得培訓(xùn)效率低下，質(zhì)量不高。同時，實物訓(xùn)練容易造成電臺損耗，報廢，引起培訓(xùn)成本的急劇上升。因此迫切需要對某新型軍用電臺實物進(jìn)行數(shù)字化仿真，深入到電臺設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，

4、建立反應(yīng)電臺工作原理的電路仿真模型和反應(yīng)電臺實體結(jié)構(gòu)的視景仿真電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文模型，以彌補(bǔ)在使用實物電臺對學(xué)員進(jìn)行培訓(xùn)的過程中的實物電臺數(shù)量嚴(yán)重不足和實體電臺的損耗等種種缺陷。如此，不僅可以大幅節(jié)約培訓(xùn)成本，更使得學(xué)員的技術(shù)業(yè)務(wù)素質(zhì)上升一個層次，提高學(xué)校對學(xué)員的培訓(xùn)效率?！疤摂M電臺仿真系統(tǒng)”正是基于這一需求而開發(fā)的仿真訓(xùn)練系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以在操作、維修上真實模擬某軍用電臺的單體操作、電路分析、故障模擬與設(shè)置，而且在后續(xù)的開發(fā)過程中還將利用計算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行虛擬電臺通信組網(wǎng)訓(xùn)練，及在組網(wǎng)過程中的故障設(shè)置與排除練習(xí)。同時，可以通過進(jìn)

5、一步開發(fā)、擴(kuò)展，使其成為一臺針對本型號電臺的虛擬故障檢測維修儀器。本虛擬電臺仿真系統(tǒng)的研究，不需要實際制造設(shè)備，不受實際運行周期影響，能夠迅速取得結(jié)果，將為部隊在該設(shè)備的學(xué)習(xí)、維修方面帶來極大的便利，有利于該裝備保障能力的培養(yǎng)與提高?！疤摂M電臺仿真系統(tǒng)’’為總裝司令部立項支持，由我校與武漢軍械士官學(xué)院合作完成的科研課題。項目最終成果已經(jīng)過武漢軍械士官學(xué)院專家組驗收并交付使用。截至目前，武漢方對此系統(tǒng)反應(yīng)良好。1．2仿真技術(shù)概述與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1．2．1虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VirtualReality，簡稱VR)又稱靈境技術(shù)，是上世

6、紀(jì)末發(fā)展起來的一項涉及眾多學(xué)科的高新實用技術(shù)。它集先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、傳感與測量技術(shù)、仿真技術(shù)、微電子技術(shù)于一體，利用計算機(jī)生成一種高度逼真的、具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment)，使用戶產(chǎn)生身臨其境感覺。同時通過各種交互設(shè)備，實現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進(jìn)行自然交互。因此，一個身臨其境的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是由包括計算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理與模式識別、多傳感器、語音處理與音像以及網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)所構(gòu)成的大型綜合集成環(huán)境【l】。與傳統(tǒng)的模擬技術(shù)相比，其主要特征是：操作者能夠真正進(jìn)入一個由計算機(jī)生成的交互式三維虛擬環(huán)境中，并與之產(chǎn)生

7、互動，進(jìn)行交流。通過參與者與仿真環(huán)境的相互作用，并借助人本身對所接觸事物的感知和認(rèn)知能力，幫助啟發(fā)參與者的思維，以全方位地獲取虛擬環(huán)境所蘊涵的各種空間信息和邏輯信息。從本質(zhì)上講，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種先進(jìn)的數(shù)字化人機(jī)接口技術(shù)。它通過給用戶同時提供諸如視、聽、觸等各種直觀而又自然的實時感知交互手段，最大限度．2．第一章緒論地方便用戶的操作，從而減輕用戶的負(fù)擔(dān)，提高整個系統(tǒng)的工作效率?？偟膩碚f，虛擬現(xiàn)實具有三“I”特征：即沉浸(Immersion)特性、交互(Interaction)特性和想象(hna舀nation)特性【21，它們之間的關(guān)系如圖2

8、．1所示。其中，沉浸感(Immersion)是指VR系統(tǒng)不再像傳統(tǒng)計算機(jī)接口技術(shù)，它基于自然的交互方式使用戶完全沉浸在計算機(jī)所營造的虛擬環(huán)境中；交互性(Interaction)是