虚拟现实技术在导弹攻防对抗中的应用

论文摘要

随着计算机技术的发展,虚拟现实技术的应用越来越广泛。虚拟战场是虚拟现实技术在军事领域的一种典型的应用,是现代军事科技的发展趋势。在和平时期,实战的机会少,演习又受人力、物力等投入限制。建立在虚拟现实技术的“兵棋推演”在现代战争的战略、战术演练中显得尤其重要。导弹作为一种用于精准打击、破坏力大的常规武器,在现代战争中具有不可替代的作用。由于导弹武器具有破坏性和不可重用性等特点,计算机模拟可以减少研发成本,提高研发效率。此外,对导弹的虚拟现实仿真是虚拟现代战场不可缺少的一部分。目前,许多国内学者对导弹的计算机仿真作了广泛的研究,不过目前相关工作在虚拟现实仿真方面大都实现的是导弹对固定目标或者具有简单运动的动态目标（如坦克）的打击模拟。本文使用Simulink仿真来实现导弹攻防对抗的拦截与反拦截过程的弹道计算,使用Vega实现了两个具有复杂相对运动的导弹的虚拟现实模拟,实现了导弹及相关场景的动态显示和视觉特效、声音特效的生成。这种将仿真计算技术与场景虚拟现实技术相结合的方法,在导弹的计算机仿真中具有一定的创新性,在诸如“兵棋推演”等虚拟战场领域具有一定的应用价值。本文的主要工作包括以下两个方面。首先,在建立导弹的动力学和运动学数学模型的基础上使用Simulink建立了导弹攻防对抗的仿真模型,并对拦截导弹进行导引控制,对目标导弹进行反拦截控制,实现了导弹拦截与反拦截的弹道仿真,并对拦截成功和反拦截成功两种工况的仿真结果作了对比。然后,应用三维建模软件Multigen Creator建立了房屋、导弹、飞机、地形等的三维模型。在此基础上,应用Vega实现了导弹拦截与反拦截攻防对抗过程的视景仿真。使用Vega的用户界面LynX定义了场景、仿真模型、简单特效及各要素之间相互关系。在Windows XP下使用Visual C++6.0平台,根据Simulink仿真得到的导弹的位置及姿态的数据进行编程,实现了导弹及相关场景的动态显示,使用Visual C++编程实现了基于粒子系统原理的视觉特效（导弹尾焰、爆炸等）的生成,实现了声音特效的生成和碰撞检测等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 导弹拦截与反拦截的攻防控制及Simulink 仿真
• 2.1 导弹运动数学模型的建立
• 2.1.1 常用坐标系
• 2.1.2 坐标系之间的关系
• 2.1.3 作用在导弹上的力
• 2.1.4 导弹动力学方程
• 2.1.5 导弹运动学方程
• 2.1.6 导弹的质量方程
• 2.1.7 导弹运动方程组及其简化
• 2.1.8 导引飞行及比例导引的数学模型
• 2.2 拦截导弹的制导控制
• 2.3 目标导弹的反拦截控制
• 2.4 导弹攻防过程 Simulink 仿真模型的建立
• 2.5 导弹拦截与反拦截仿真计算
• 2.6 本章小结
• 第3章 导弹攻防对抗虚拟环境模型的建立
• 3.1 虚拟环境建模中的视觉建模
• 3.1.1 几何建模
• 3.1.2 运动建模
• 3.1.3 物理建模
• 3.1.4 对象特征建模
• 3.1.5 模型分割（Model Segmentation）
• 3.2 虚拟环境建模中的3D 几何建模技术
• 3.2.1 3D 建模
• 3.2.2 纹理映射
• 3.3 导弹攻防对抗虚拟环境中的三维建模
• 3.3.1 虚拟现实三维建模软件Multigen Creator
• 3.3.2 Open Flight 结构
• 3.3.3 导弹攻防对抗虚拟环境中三维模型的建立
• 3.4 本章小结
• 第4章 导弹攻防对抗视景仿真的实现
• 4.1 视景仿真的常用开发软件
• 4.2 视景仿真软件平台 MultiGen Vega
• 4.2.1 Vega 软件的组成
• 4.2.2 Vega 的视景仿真环境的生成
• 4.3 Vega 视景仿真的实现
• 4.3.1 Vega 应用程序主框架
• 4.3.2 导弹攻防对抗视景仿真的实现过程
• 4.3.3 导弹攻防对抗视景仿真中视点的选取与变换
• 4.3.4 导弹攻防对抗视景仿真中特殊效果的显示
• 4.3.5 导弹攻防对抗视景仿真中声音特效的生成
• 4.3.6 导弹攻防对抗视景仿真中的碰撞检测问题
• 4.4 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 总结与展望
• 1. 主要内容
• 2. 本文特点
• 3. 不足之处
• 4. 展望
• 参考文献
• 附录 A（攻读硕士学位期间发表的学术论文）
• 致谢