虚拟警务战术训练系统的设计与实现

论文摘要

虚拟现实是利用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界,让用户可以从自己的视点出发,利用自然技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互控制。近年来,虚拟现实技术得到了迅速发展。被广泛应用于训练、医学、设计和娱乐等领域。应用虚拟现实进行公安教育培训,不仅有许多优点,还具有独特的效益,主要体现在减少训练伤亡和节约训练经费两个方面。虚拟警务战术训练系统是利用计算机网络生成一个实时三维场景,并通过网络通信来协同完成一项警务战术任务,同时,系统能够记录整个警务战术技能训练操作过程,提供给演练评估模块进行评估,从而达到提高警务战术技能的目的。本文的主要工作和创新点如下:研究了场景模型构建技术、视点生成与控制技术、实时通信技术、多线程技术在系统中的应用,并提出了相应的实现方法;研究和实现了战术训练任务场景中的动态实体的控制和碰撞检测方法;设计了系统的分层模型,将系统分为人机交互层、数据管理层、视景绘制层、传输层和数据存储层五层架构;设计了由总体控制模块、数据通讯和处理模块、视景仿真模块、显示模块、战术训练模块、演练评估模块和数据库模块七部分组成的虚拟警务战术训练系统结构,并对各个模块进行了设计与实现;研究了适用于虚拟警务战术训练系统的实时通信原理,并提出了相应的实现方法;分析了警务战术训练过程中的有关数据,研究和实现了关键数据的记录和分析方法;给出了建筑物搜索训练的应用实例,并用截图和文字说明的方式直观描述结果;通过定量分析,评估虚拟警务战术训练系统设计与实现方案的合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 虚拟警务战术训练系统的研究目的和意义
• 1.3 虚拟警务战术训练系统国内外研究现状
• 1.3.1 虚拟现实训练系统的发展概况
• 1.3.2 虚拟现实在教育和培训上的应用
• 1.4 虚拟现实训练系统的组成
• 1.5 警务战术训练简介
• 1.6 本文的研究内容与章节安排
• 2 虚拟警务战术训练系统的关键技术研究
• 2.1 引言
• 2.2 场景模型构建
• 2.2.1 粒子系统
• 2.2.2 纹理映射技术
• 2.3 视点生成与控制技术
• 2.3.1 几何变换
• 2.3.2 Vega 中的视点控制
• 2.4 碰撞检测技术
• 2.4.1 碰撞检测的基本原理
• 2.4.2 碰撞检测的典型算法
• 2.4.3 Vega 中的碰撞检测
• 2.5 碰撞响应
• 2.6 小结
• 3 虚拟警务战术训练系统开发环境
• 3.1 引言
• 3.2 实时仿真建模软件 Multigen Creator
• 3.2.1 Multigen Creator 简介
• 3.2.2 Creator 在“虚拟现实”视景仿真中的优势
• 3.2.3 Creator 中的主要算法
• 3.2.4 建立模型的需要注意的问题
• 3.3 实时仿真开发软件 Vega
• 3.3.1 Vega 概述
• 3.3.2 Vega 软件的结构及工作原理
• 3.3.3 Vega 实时驱动方式
• 3.3.4 Vega 主程序框架
• 3.3.5 Vega 视景仿真工作线程
• 3.4 虚拟警务战术训练系统开发平台
• 3.4.1 Vega API 与Windows API 的混合编程模式
• 3.4.2 基于MFC 的虚拟警务战术训练系统开发环境
• 3.5 小结
• 4 虚拟警务战术训练系统的体系结构
• 4.1 引言
• 4.2 系统总体架构
• 4.3 系统分层模型
• 4.3.1 人机交互层
• 4.3.2 数据管理层
• 4.3.3 视景绘制层
• 4.3.4 传输层
• 4.3.5 数据存储层
• 4.4 本章小结
• 5 虚拟警务战术训练系统的实现
• 5.1 引言
• 5.2 数据库模块设计
• 5.2.1 静态库
• 5.2.2 动态库
• 5.2.3 演练管理库
• 5.3 数据通讯和处理模块的实现
• 5.3.1 数据通讯的实现
• 5.3.2 数据处理的实现
• 5.4 总体控制模块的实现
• 5.4.1 总体控制模块的功能
• 5.4.2 总体控制模块的函数实现
• 5.5 视景仿真模块的实现
• 5.5.1 案例场景模型构建
• 5.5.2 角色对象的构建
• 5.5.3 案例场景中对象模型的添加
• 5.5.4 动态实体的控制
• 5.5.5 视景仿真模块函数实现
• 5.6 战术训练模块的实现
• 5.7 界面显示模块的实现
• 5.8 演练结果评估模块的实现
• 5.8.1 演练评估过程
• 5.8.2 演练评估模块的函数实现
• 5.9 本章小结
• 6 虚拟警务战术训练系统应用结果与评估
• 6.1 建筑物搜索训练实例
• 6.2 系统设计和实现方案的分析和评估
• 6.2.1 基础性能评估
• 6.2.2 执行性能测试
• 6.3 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 本文的工作总结
• 7.2 未来的工作
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的论文