基于模式的视景仿真系统的构建与实现

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1、第一章绪论1．1课题来源及背景某军用电台是我军情报指挥系统中无线数字传输网的主要数据传输设备，是实现军队信息化建设的关键设备。该型电台是新型超短波电台，它技术复杂、功能强大，支持跳频、明语、加密等多种工作方式。鉴于其在我军信息化建设中的重要作用，它性能的好坏直接影响到我军信息化建设的质量与进度，甚至影响到我军情报指挥系统的战术技术指标的实现。同时该型电台技术复杂，在使用中发生故障时，由于缺乏相应的可视化模型，往往采取一次次地查找电路图、一次次地对单个设备进行加电测试等方式进行故障定位。这样不仅浪费大量的人力和物力，甚至在战争时有可能造成灾难

2、性的后果。而且多次加电测试也会导致电台设备的老化，难以对故障进行及时有效的定位和分析，并采取相应的措施。由于该型电台技术复杂、造价高昂，对维修人员的技术要求也比较高。如何对维修人员进行系统的、富有成效的培训也是亟待解决的一个问题。目前的学员培训主要是通过原理学习、电台组件观摩等环节进行。但这样的培训方式显然存在以下局限性：缺乏直观的感性认识。训练仅仅停留在对教师课堂讲解内容和书本知识的消化，不能使学员对电台的工作原理、组成结构、维修时序等有身临其境的感觉，难以产生直观、真实的感性认识。尤其是对于新学员，往往只能“纸上谈兵"；缺乏系统性和连续

3、性。在特定的时间段内只能针对特定的知识内容进行学习，不能在学习的过程中进行理论讲解、实物演示的穿插，学员不能了解电台全貌，只能在想象中学习。同时在长时间没有实物电台进行观摩、故障维修训练的情况下，容易造成学员对专业知识的淡忘和生疏；由于该型电台造价昂贵，实装数量有限，不可能大量使用实物电台来对学员进行训练。这势必造成大量学员长期得不到上机实践，对所学的知识内容生疏，甚至遗忘，从而使得培训效率低下，质量不高。同时，实物训练容易造成电台损耗，报废，引起培训成本的急剧上升。因此迫切需要对某新型军用电台实物进行数字化仿真，深入到电台设备的内部结构，

4、建立反应电台工作原理的电路仿真模型和反应电台实体结构的视景仿真电子科技大学硕士学位论文模型，以弥补在使用实物电台对学员进行培训的过程中的实物电台数量严重不足和实体电台的损耗等种种缺陷。如此，不仅可以大幅节约培训成本，更使得学员的技术业务素质上升一个层次，提高学校对学员的培训效率。“虚拟电台仿真系统”正是基于这一需求而开发的仿真训练系统。该系统不仅可以在操作、维修上真实模拟某军用电台的单体操作、电路分析、故障模拟与设置，而且在后续的开发过程中还将利用计算机局域网技术进行虚拟电台通信组网训练，及在组网过程中的故障设置与排除练习。同时，可以通过进

5、一步开发、扩展，使其成为一台针对本型号电台的虚拟故障检测维修仪器。本虚拟电台仿真系统的研究，不需要实际制造设备，不受实际运行周期影响，能够迅速取得结果，将为部队在该设备的学习、维修方面带来极大的便利，有利于该装备保障能力的培养与提高。“虚拟电台仿真系统’’为总装司令部立项支持，由我校与武汉军械士官学院合作完成的科研课题。项目最终成果已经过武汉军械士官学院专家组验收并交付使用。截至目前，武汉方对此系统反应良好。1．2仿真技术概述与国内外研究现状1．2．1虚拟现实技术概述虚拟现实技术(VirtualReality，简称VR)又称灵境技术，是上世

6、纪末发展起来的一项涉及众多学科的高新实用技术。它集先进的计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、微电子技术于一体，利用计算机生成一种高度逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境(VirtualEnvironment)，使用户产生身临其境感觉。同时通过各种交互设备，实现用户与该环境直接进行自然交互。因此，一个身临其境的虚拟现实系统是由包括计算机图形学、图像处理与模式识别、多传感器、语音处理与音像以及网络等技术所构成的大型综合集成环境【l】。与传统的模拟技术相比，其主要特征是：操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，并与之产生

7、互动，进行交流。通过参与者与仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。从本质上讲，虚拟现实技术是一种先进的数字化人机接口技术。它通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段，最大限度．2．第一章绪论地方便用户的操作，从而减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率。总的来说，虚拟现实具有三“I”特征：即沉浸(Immersion)特性、交互(Interaction)特性和想象(hna舀nation)特性【21，它们之间的关系如图2

8、．1所示。其中，沉浸感(Immersion)是指VR系统不再像传统计算机接口技术，它基于自然的交互方式使用户完全沉浸在计算机所营造的虚拟环境中；交互性(Interaction)是