什么是仿真系统？

　　舰载C3I系统仿真技术现状与发展趋向分析

　　冯泉英

　　关 键 字: 仿真 多媒体

　　摘 自：无

　　本文详细阐述了C3I系统仿真技术的建模方法、仿真环境、舰载C3I系统仿真技术的现状、仿真专家系统、多媒体仿真及分布式交互仿真的发展及趋向.

　　主题词: C3I系统仿真、多媒体、分布式交互仿真

　　一、前言

　　现代海战,是空中、水面、水下同时作战的立体战争.参战双方的飞机、舰艇数量很多,在加上电子战等电磁环境和气象、海象等物理环境之类的诸多因素,使战场情况错综复杂,瞬息万变.因此,对军队指挥自动化系统来说,不仅是要求增加系统的处理批次、提高系统的处理速度,还要能方便、迅速地操作使用,从而有效发挥人的指挥才能.

　　C3I系统作为一个庞大而复杂的工程,其研制费用昂贵, 且不可避免地随战术变化要求升级,因而时间不断往后推,等研制出来后, 还要有少数系统不能发挥出立项时所指望的效益.所以,要尽可能花少量经费,较短的研制周期,获得实用的最佳系统, 只有通过仿真技术才能达到安全、可靠、保密、应用灵活和高效费比的目的.

　　仿真是一种可以控制的、无破坏性的、允许多次重复的、不受外界条件限制,功能比较齐全的试验手段.仿真技术是以控制论、相似原理和计算机技术为基础,以计算机和多种物理效应为工具, 借助系统模型对真实的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术,是用来研究C3I的先期开发工作及系统试验、检测和评估的一种有效手段.它可以有效地确定武器系统的作战区域,省弹、省钱、省时间; 可以弥补外场打靶试验的不足;能为管理决策和技术决策提供依据.通过仿真实验, 可使设计人员加深对系统的理解,对研制过程出现的问题快速研究并加以解决.先进仿真技术在国防系统和先进武器系统的规划、分析、设计、研制、运行、维护及战场模拟、军事演习、战斗管理和人员训练等方面起着极其重要的作用,受到人们的重视.

　　二、C3I系统仿真建模

　　C3I系统仿真是用来研究系统在特定条件下攻击特定目标的有效性、响应时间;研究指挥员的决策预案,优化操作程序;研究作战软件,并对多目标情况下多武器协同作战进行决策方案分析.

　　1、仿真类型

　　C3I系统仿真一般有三种类型:

　　⑴全实物仿真.其特点是全部使用实际系统的子系统或部件,并加入人的因素. 它的作用主要是为作战积累经验,为改善系统提供依据.

　　⑵半实物仿真.C3I半实物仿真,也叫 "系统试验床",它使用部分被仿真的C3I的硬件,系统的其它部分则采用计算机仿真形式,系统操作环境(包括威胁)可以是实物模拟,也可以是计算机仿真.目的是及早发现系统的问题和增加必要的新技术, 为完善系统提供条件.

　　⑶计算机仿真.其特点是系统用严格的数学模型和一些规则来表示,不使用实际系统的任何硬件,是纯软件系统.

　　三种模型综合使用,以长补短.

　　2、C3I系统仿真环境

　　仿真环境是一种逐步工作的环境.它包括确定仿真目标,建立系统模型, 建立适

　　于仿真系统实现的仿真模型、仿真模型校验、仿真实验运行,结果分析、 系统模型

　　校验、再反馈修改模型或实验后再运行.

　　要建立C3I系统仿真试验床,首先要明确仿真的任务和边界条件, 然后使仿真的

　　战场环境和作战想定要有典型性. 要突出仿真各级指挥中心的信息活动和以通信网

　　络为依托的情报信息和指挥信息处理过程,使指挥员身临其境地处于仿真环境中,进

　　行信息处理和决策活动,直接参与人—机交互和仿真试验.仿真模型中的目标函数

　　应该突出战斗力毁伤指数和决策总时延这两项指标, 由此反映我方在相同的兵力和

　　武器装备条件下,由于C3I系统不同的结构或者不同的运用, 所导致的不同的合

　　成指挥能力和快速反应能力.

　　3、C3I系统仿真建模的方法

　　一个仿真活动的全过程(生命周期)本质上是一种知识处理活动的过程.它包括

　　:以模型为基础的活动;模型行为有关的活动;质量有关的活动.几十年来, 仿真界

　　一直致力于研究面向用户及面向问题描述系统模型及其实验的各种技术, 其主要

　　成果有面向方程、面向框图、面向事件、面向进程、面向活动等建模方法及仿真

　　软件.

　　⑴面向事件的仿真模型

　　现在大部分用于C3I系统仿真的语言(或仿真程序)都是面向事件的事件调度法

　　(Event Scheduling),由事件来驱动仿真程序的运行,如SLAM、GPSS和IHSL 都是通

　　用的离散仿真语言,可以用来仿真象C3I系统这样的问题. 在这些语言中被建模的系

　　统用事件、进程和实体来描述.

　　⑵面向进程的建模方法

　　面向进程的进程交互法(Process Interaction)是最有竞争力的一种方法.进程

　　可以看成是一个实体,它包含一组逻辑上有关联的事件.进程可能有活动、睡眠、

　　已安排和终结四种状态.进程要占用C3I系统服务设施,或者排队等待,或者按一定

　　规则进行服务处理.C3I系统中多种进程的生命周期以及进程间的相互依赖关系描述

　　, 构成仿真模型.

　　⑶软件建模

　　a、PSM方法

　　这是美国通用电气公司使用的一种仿真语言和系统,专门用于处理器系统建模.

　　它由定义语句和仿真语句组成.

　　b、数学模型

　　它包括目标分配模型、火力分配模型、连接对抗的排队论模型等.

　　c、信息模型

　　它是适应计算机进入非数值领域、信息处理领域形成的信息管理系统、网络系

　　统、图象图形处理系统、人—机界面等处理方法的模型.

　　d、人工智能模型

　　它是把军事问题转换为专家系统式模型知识的软件模型.软件建模技术是体现

　　C3I系统功能的关键技术.

　　三、舰载C3I系统仿真技术现状

　　系统仿真作为一种特殊的试验技术,经历了半个多世纪的发展,今天已成为一种

　　真正的系统实验科学. 仿真规模已由控制和制导系统研制中的应用向全武器系统及

　　其全生命周期发展;大规模的作战演练已经可以通过分布交互式仿真,借助于参试人

　　员与作战平台和建立在数字计算机技术为支撑的虚拟仿真、各种计算机生成兵力、

　　武器运行模型、作战规划流程交互作用而实现.仿真已开始向产业方向发展,仿真

　　技术在不断自身完善和规范化.

　　近年来,舰船仿真技术有了很大发展,已经成为舰船方案论证、分析设计、故

　　障诊断、性能预测直至定型验收全过程中必不可少的工具.

　　1、舰用仿真器

　　舰用仿真器的作用是保证把舰员联系在一起,通过仿真情景和训练提高操作人

　　员的熟练程度.舰用仿真器有两种:一种用于研究开发;一种用于训练.研究开发用

　　的仿真器是用于舰船结构分析、运动分析、音响模拟技术. 训练用仿真器又分为以

　　操作方法训练为中心的局部任务教练设备和以战术训练为中心的战术教练设备.

　　⑴舰用战术训练仿真器结构及功能

　　这种训练仿真器由CIC(作战情报中心)、计算机室、电源室、指挥室组成.

　　CIC训练室设有与实际舰船功能相同的控制台,计算机房里用模拟材料制成的雷达

　　影像,可显示与海上真实情况相同的图像,还可根据训练脚本控制模拟模型并显示

　　每时每刻的变化.训练人员依靠这个显示可在与海上战斗相同的环境条件下进行

　　训练.

　　训练用脚本输入在控制计算机中,不间断地执行,指挥官可以边监控训练状况边

　　根据情况介入训练,或中断训练重新开始.详细记录训练经过和指挥官用控制台上的

　　显示,在训练中或训练结束后自动分析其结果,供指挥官判断用. 控制用计算机的方

　　式有多种,在训练仿真器中常用的有四种形式:

　　·集中式.一般用于小规模系统,用一台计算机就完全可以连接所有的机器, 即

　　简便又没有复杂的数据交换协议带来的烦恼,还易于实现实时处理.

　　·并行松耦合式.可用于多个特殊的输入输出,但这种方式在2 台计算机间的数

　　据交换量大,难于进行高速实时操作,适于较低速或小容量的数据交换.

　　·并行紧耦合式.它使用存储器连接多台超小型机,能处理比较大规模的数据

　　交换量,可用于大规模系统.

　　·网络分布式.该方式使用5台网络机连接低的EWS (电子战系统).使用伊萨网

　　,低级协议实现数据交换,不仅可以加大系统规模,而且可以并行地增设计算机,是

　　一种扩充性好的方式,费用方面也比其它方式低廉.

　　⑵训练用仿真器的模拟方法

　　在采用仿真方法之前首先要将仿真对象模型化. 训练用仿真器的整个仿真模型

　　是由目标模型、战场模型、设备性能模型、机器操作模型、博奕板等局部模型组成

　　.

　　其模拟方法是按实战环境从雷达发出电波经过战场反射到目标. 其反射波再次

　　经过战场被天线接收.被接收的电波经过天线、接收机等仪器后,在转发器中变成

　　雷达影像.操作员边监视雷达影像边将探测结果传送给决策人员.这个过程是通过

　　战场模型、目标模型、设备性能模型、机器操作模型来完成的.

　　战场模型由传播、反射、杂乱回波三个局部模型组成. 传播模型采用电波方程

　　式的数字式模型实现; 反射模型是根据数字式模型按照目标的态势实现雷达方位变

　　化;杂乱回波模型是最难实现的模型.杂乱回波是在平面波通过云彩等杂乱回波时实

　　现反射、衰减效果的. 该模型的实现是采用在集中地堆积很多木材的方法来考虑杂

　　乱回波的.其做法是让每个单元都具有反射率和穿透率,然后把电波经过路线上单元

　　的反射率和穿透率综合起来,作为整个杂乱回波的反射率和穿透率.

　　机器操作模型分为传感器操作、情报处理系统操作、武器操作三种模型. 传感

　　器操作模型是把操作员监视雷达和声纳的影像, 探测目标的操作模型化.情报处理

　　系统操作模型是情况判断及决策的模型化,要实现精密模型需要高水平的知识处理.

　　武器操作模型是使用规则库将武器操作模型化.

　　⑶现用的舰载仿真器

　　现代仿真技术的应用已从导弹动力学及控制系统仿真扩展到雷达系统, 引信战

　　斗部系统、武器控制系统以及多兵种、多种武器的联合作战系统的仿真; 已从只在

　　研制阶段进行仿真发展到包含批生产及部署使用等阶段在内的武器系统全寿命周期

　　的仿真.舰载仿真器的作用是保证把舰员联系在一起,通过仿真情景和训练, 提高操

　　作人员的熟练程度.

　　·战略防御计划(SDI)国家试验台采用了先进的建模及仿真技术.该试验台可

　　进行对选择结构的评价,并采用"人在闭环中"技术进行指挥与控制作战模拟.仿真

　　与建模研制的重点放在对有能力支援SDI作战管理／指挥、控制、 通信的可靠的

　　软件系统进行评价.国家试验台还模拟SDI所需要的动态通信网.

　　·嵌入式仿真器.a、OBT(独立的舰载训练装置),分成12个部分永久地安装在

　　舰上.主要包括训练控制台、人工信号发生器和处理机、打印机／绘图仪、信号注

　　入器、系统状态控制器、RF发射机和天线以及直升机接口.它是为与AN／SQS-53B

　　／C 主动和被动声纳、AN／SQR-19(V)拖曳声纳、AN／SQQ-28(V)和LAMPS MK- Ⅲ

　　系统连接的其它ASW作战系统以及MK-116Mod5,6或7ASW作战系统而设计的.它提供

　　一个包括与舰艇战术声纳和火控系统相连的模拟器的训练环境.

　　b、舰载雷达环境仿真器系统(RESS)是用来仿真防空战情况的. 该设备装在所

　　有"小猎犬"级远程巡洋舰、"鞑 人"级中程巡洋舰和DDG-993级驱逐舰上.它可

　　用来训练、测试和评估舰载设备的性能,提供动态RF测试输入, 可同时或单独评估

　　和维护AAW作战系统中的信号雷达处理部件.

　　·AAI公司1984年开发的20B5作战系统小组训练设备是比20B4 更先进的作战

　　系统小组训练设备.其特点是反潜战(ASW)和全程EW激励,可激励声纳、通信、EW

　　系统、武器和假目标以及雷达.可产生1024海里×1024 海里对抗区域内的情景,

　　示出多达128个威胁(包括100个空中,12个水上或水下响应,8个鱼雷目标和2个假

　　目标), 其范围从最大雷达距离到最深的潜艇.能仿真包括5个雷达和2个声纳以及

　　AN／SLQ-32(V)2电子对抗设备和AN／UGR-9海军14号数据链系统的只接收电报装置

　　等9个舰载系统.该系统为MK-13制导导弹发射装置、MK-75、76毫米火炮、MK-15、

　　20毫米"密集阵"近程武器系统、MK-309可旋转鱼雷发射管、MK-46ASW鱼雷、RIM-

　　66 SM-1中程导弹、RCM-84"鱼叉"反舰导弹、SRBOC箔条发射装置、SLQ-25 NIXIE

　　声纳假目标和"大草原"／"假面人"ASW系统提供仿真的操作环境.

　　·DCB海军指挥系统模拟器.是Cossor公司生产的, 安装在英国海军核动力潜艇

　　上.该模拟器包括一个提供仿真目标数据的态势发生器,可以提供逼真的海洋环境信

　　号,模拟训练所有传感器参数.模块化的、灵活的模拟器可以产生各种目标情景, 并

　　且容易使用和扩展.

　　·23型护卫舰雷达模拟器.是监视和敌我识别雷达模拟器(SIRAS), 安装在位于

　　朴次茅斯的海军研究院的23型护卫舰上, 用于测试23 型护卫舰的指挥和控制系统

　　.SIRAS模拟器将产生一定数量的有代表性目标的实时输出, 这些输出用于模拟护卫

　　舰主雷达系统的信号处理系统, 这些实时输出信号及其它相关信息的控制装置将直

　　接与真实雷达设备接口.SIRAS模拟器还将向与其连接的敌我识别系统的编码器／解

　　码器提供视频输出.该模拟器有一个独立的、离线接口,它是借助MICRO VAX11 计算

　　机操作的,除提供实时模拟外,计算机还与两个同步雷达视频发生器接口.

　　·模拟无线电系统(SRS).是英国海军在Dryad 舰上安装的具有逼真特征的舰载

　　无线通信模拟器, 在海上作战学校模拟了海军无线电信号发射的所有特征和困难情

　　况.SRS系统可提供逼真的态势, 根据舰艇和频率的可用性之间的理论距离将操作者

　　限制在实际"范围"和"通道"极限上.演习控制者还可以阻塞通信,并引入不同程度

　　的噪音干扰,以表示信号的减弱和敌方干扰.

　　·我国研制的16T-25型作战系统模拟训练仪, 可支持舰上的作战系统进行日常

　　的操作训练,并具有通道检查、精度评估、 反应时间测试及训练结果的显示记录等

　　功能.

　　·攻潜综合训练模拟系统. 是我国海军某学院研制的能对攻潜效果及时作出直

　　观和定量评估,两个态势图上实时地显示武器弹着点、命中计数、命中距离等要素.

　　2、电子战仿真器

　　电子战仿真是以计算机控制为中心的仿真系统,是在与实战相同的电子战环境

　　中怎样使对方的雷达和通信丧失战斗力.电子战包括电子支援措施(ESM)、电子措

　　施(ECM)、电子对抗措施(ECCM).自电子战仿真技术兴起之后,对电子战的训练就渐

　　渐使用仿真器了. 建立C3I与电子战系统模型的基本思想是使指挥员的感知战场

　　与实际战场能最大程度的拟合. 为此就要通过仿真训练提高对战场的感知性能.C3I

　　与电子战系统模型由侦察与探测系统子模型、通信系统子模型、数据处理系统子模

　　型和电子战模型组成. 战场态势由侦察与探测系统子模型获得,通过通信系统子模

　　型传输,最后由数据处理子模型进行处理形成感知战场,供决策之用.

　　⑴电子战仿真器的分类

　　根据使用目的和预算的不同,电子战仿真器的种类和规模也是多种多样的.电子

　　战仿真器可分为两类,一类是用于评价、开发电子战仪器的;一类是用于对主要人

　　员进行训练的.为实际进行电波发射,用于评价、开发电子战仪器的仿真器往往带

　　有电波暗箱室.这类仿真器有三种方式:

　　a、发射电波式.实际进行电波发射,制造出实际电子战环境,进行电子战仪器

　　的开发并分析评估.

　　b、混合式.不实际进行电波发射,但发射与实际相同的威胁信号,对电子战仪

　　器接收装置和显示装置进行控制、试验.

　　c、信号合成式.它是根据仿真信号的发生,通过接收功能进行电子战显示.该

　　方式也用于训练主要人员.

　　用于训练主要人员的电子战仿真器有a.战术剧情方式, 它运用构筑主体程序的

　　战术剧情,进行电子战训练.b.搭载式是根据接收的假雷达波, 进行实飞条件下的电

　　子战训练.

　　五种仿真方式中,最引人注目的是搭载型,即是搭载在飞机上进行训练. 搭载型

　　电子战仿真器收藏在外形类似新型中程空对空导弹的吊舱内. 其训练脚本是从30种

　　敌方雷达模型中,预先选出8种编程,排入便携式存储模块.该模块记录飞行员操作

　　等一系列训练结果,训练结束后能够再现其状况,获得准确的评价. 使用搭载型电子

　　战仿真器进行训练对战斗机抵抗对空导弹威胁, 选择适应实战的最佳飞行航向有很

　　大的帮助.

　　⑵应用

　　·EW-GEMS是一个通用的电子战仿真系统.其结构设计分作两个主要领域:1>高

　　级仿真结构,2>一般软件工具及低级程序基础. 高级仿真结构主要考虑计算机／用

　　户接口以及整个EW-GEMS过程的管理.它的最终形式是模块化,适应性强,且使用性、

　　可维护性都较好.采用自下而上的软件设计方法建立软件库和工具.

　　在对抗仿真完成的过程中,用户可通过屏幕得到描述整个仿真过程的信息,还可

　　通过使用数据上卷功能在同一屏幕上观察到许多仿真运行时的参数并通过图形观察

　　信息.

　　·舰载C3I系统的模拟仿真测试系统由探测器模拟分系统、 武器装备模拟分系

　　统和仿真测试系统组成.它可为舰载C3I系统的设计,测验和性能评价提供良好的条

　　件.驱动各类舰载C3I系统,完成系统联调、性能评价,外场应用仿真试验,设备通

　　道检查, 故障诊断及系统的设计论证等项工作.

　　·ALQ-T5仿真器和ALQ-T4仿真器.是美军在对EWO(电子战军官)教育中,用于

　　EF-111和B-52电子战训练的仿真器.使用ALQ-T5 电子战仿真器掌握雷达预警装置

　　及电波干扰设备的操作方法和功能、可预测的威胁电波和信号特性、电子战的筹划

　　和应用方法.

　　今后,我国要在电子战威胁环境仿真关键技术研究的基础上,集中力量迅速突破

　　电子战建模与计算机仿真模拟技术,建设一个三维动态、多通道、多目标、多功能,

　　能完成各种电子战装备的仿真设计、性能测试、训练演习的电子战威胁环境仿真系

　　统.

　　3、C3I仿真专家系统

　　面对千变万化的作战过程,用传统的仿真只能从一种途径,严格地按预定的作战

　　方针进行战斗模拟,往往忽略了指挥员的领导艺术、军事素质、 作战经验等许多重

　　要因素.为克服C3I系统仿真建模中人为决策过程中的明显技术障碍, 迫切需要使用

　　专家系统.

　　要建立一个建模与仿真的专家系统,除了知识库推理系统外,还要以数据库、模

　　型库、实验框架库等为基础,构成系统的综合信息库.信息库与控制结构相互分离,

　　便于分别对其进行修改,并允许非确定的数据结构及进行动态操作.利用知识库专家

　　系统建立仿真模型,能根据人类的经验知识把综合过程用规则形式进行描述.

　　仿真专家系统遵循的模式是:系统分析人员描述有关系统的知识,确定目标并让

　　系统类似一个仿真专家辅助建模;选择最优算法,进行程序自动生成, 运行并给出最

　　优解.C3I系统仿真可以利用专家系统的知识建立人为决策的模型.

　　仿真专家系统可用于仿真实验结果的检验和可信度分析. 目前最主要的应用是

　　智能前端,即把专家系统建立在仿真软件与用户之间,用户直接同专家系统对话, 专

　　家系统产生必要的指示或代码进入仿真软件. 还可以将仿真与专家系统结合于一个

　　大型软件中,两者中的任何一个都可以是大型决策支持系统的一部分.

　　舰艇作战仿真专家系统是将数据库技术, 人工智能和专家系统技术引入舰艇作

　　战仿真领域的大型集成式智能仿真软件系统.它由四个库(数据库、模型库、知识

　　库、作战仿真统计结果数据库),四个子系统( 舰艇作战智能仿真环境用户对话管

　　理子系统、数据库管理子系统、模型库管理子系统、知识库管理子系统) 和四个

　　专家系统(作战仿真辅助建模专家系统、作战仿真专家系统生成及运行控制专家系

　　统、作战仿真结果分析专家系统、舰艇作战仿真专家系统)组成.

　　四个库均采用ORACLE表形式,四个子系统采用C和PRO*C预编译接口程序实现,

　　四个专家系统各自都有相应的结构.

　　这种系统有效地克服了传统仿真系统的不足之处,具有更强的仿真能力.其仿真

　　环境是建立在分布式关系数据库系统之上的,融合人工智能专家系统技术,服务于舰

　　艇作战仿真全过程的智能仿真环境.

　　一个完善的智能化仿真系统应具有的功能是:

　　·能接受问题描述,并通过咨询知识库综合仿真模型,最后推荐一个能满足指

　　定目标的方案;

　　·能对仿真建模、实验方案设计、运行及结果解释等的合理性、可信性予以

　　解释;

　　·具有学习能力;

　　·具有彩色图形及动画显示,为用户提供多种信息表达形式.

　　智能化仿真系统的研究始于十多年前,其研究成果也有些报道.在作战模拟中

　　应用人工智能和专家系统的例子有:

　　·兰德战略评估系统(RSAS):利用人工智能技术(基于启发式规则的构模) 使

　　模型代替部分或全部局中人.

　　·鹰:一个军级作战模型,分辨率为营级单位, 由陆军的训练与条令司令部的

　　分析司令部(TRAC)和络斯阿拉莫斯实验室开发. 这个模型使用专家系统来模拟复

　　杂的指挥和控制活动.

　　·嵌入式作战仿真专家系统(SCSES):该系统由态势仿真子系统、潜艇作战专

　　家系统、战舰护航编队作战专家系统组成.态势仿真子系统使用大量的数学模型,

　　在每一个仿真时间步内完成战场态势推演、各作战实体之间发现／丢失等信号的

　　生成以及武器运动轨迹递推等任务.它可看成是战场上各类事件的发生器,是对作

　　战双方指挥员所面临的真实战场的仿真. 潜艇作战专家系统是采用多知识源协同

　　求解的黑板模型方式实现专家系统的,它接收来自态势仿真子系统的战场态势数据

　　,对其分析、总结,正确判明态势,采取相应战术动作. 战舰护航编队作战专家系统

　　是由多个地理位置上分布的单舰作战专家系统和旗舰作战专家系统组成的分布式专

　　家系统. 目前实现的这种系统的主要特点有:⑴将AI和ES、DB、SS技术融为一个有

　　机整体,各取所长、互相配合;⑵多种知识表示方法;⑶黑板模型及双方、多级、多

　　种推理机制; ⑷结构清晰,易扩充,便于总结、存贮专家经验;⑸人机界面友好、规

　　范等等.

　　四、C3I系统仿真技术的新发展及趋势分析

　　总结仿真技术在海湾战争中应用的经验, 世界各军事大国对仿真技术的发展更

　　加重视.尤其是美国,更加强了这方面的组织领导,新组建了国防建模与仿真办公室

　　,提出了新的建模与仿真的投资战略.一些高新技术的出现, 使得仿真技术有了新的

　　发展,并首先应用于军事领域.

　　1.多媒体仿真技术

　　多媒体仿真属于感受计算的一种, 试图通过将仿真所产生的信息和数据转变成

　　为被感受的场景、图示和过程,以辅助人们进行决策.它充分利用文本、图形、图

　　片、二维／三维动画、影像和声音等多媒体手段,将可视化、临场感、交互、 引

　　导结合到一起来产生一种沉浸感,使人的感官和思维进入仿真回路.多媒体仿真技

　　术充分地利用视觉和听觉媒体的处理和合成技术,将表达模型信息的各种媒体集成

　　在一起,提供了模型信息表达的有力工具,将模型的属性、状态和行为从抽象空间

　　转移到视觉和听觉空间.它所提供的临场体验扩大了可视仿真的范围,允许将实景

　　图象与虚拟景象相结合来产生"半虚拟"环境,更强调具体的仿真应用背景.

　　我国的多媒体仿真技术正处于起步和发展时期,取得了一些理论与软件成果.目

　　前多媒体仿真方法正逐步走向成熟,并且得到初步应用."九五"期间, 多媒体仿真技

　　术将朝着分布、开放和智能的方向发展.

　　(1)多媒体仿真方法

　　在多媒体仿真中,媒体与对象从建模到仿真的全过程中始终是密不可分的,对象

　　建模包括其相应的多媒体描述.建模仿真过程建立在多媒体技术的基础上,使用多媒

　　体技术从统一的角度对各种媒体(包括数值)的信息进行空间和时间的安排. 具有多

　　媒体属性的仿真对象模型在一定仿真机制驱动下运行时, 自然会表现出其固有的或

　　虚拟的媒体特征,勿需对仿真结果数据进行图形转换或再现(可视化).

　　多媒体仿真遵循建模—仿真—表现(MPS)一体化的方法论.建模者可以根据自

　　己对实际系统中形形色色、多姿多彩的实体对象及其变化规律的观察自然地刻画实

　　体模型,即是说,多媒体仿真模型是数学／逻辑模型(MLM)、仿真执行模型(SEM)、

　　表现与交互模型(PIM)三位一体的.

　　多媒体对象MO是面向对象的多媒体仿真的基本模型单元,是可以具有属性、 行

　　为和单元时钟的最小建模单位.MO中有四种变换函数:

　　①状态转换函数δs(s,e)

　　δs仅引起状态变量V的变化,相位不发生变化.

　　②相位转换函数δs(Phase,c)

　　引起相位的变化,一般情况下由一系列的状态变化而导致.相位变化可以看成是

　　在瞬间完成的,完成相变的动作又称事件.

　　③事件输出函数λ

　　用于在不同的相位中发送事件消息给其它对象, 所有消息的发送必须在相变之

　　前完成.

　　④媒体转换函数δπ(s,e)

　　δπ是多媒体对象的特有函数, 用于将对象从数值状态空间映射到视频和音频

　　空间.在δπ中,对象状态／相位变化伴随着其多媒体属性的变化, 使各种媒体在

　　模型的基础上得以集成.每一多媒体对象按其固有的逻辑,"自主"地完成其生命周

　　期. 各对象自主活动之间的协调,通过信息传递来实现.

　　虽然多媒体仿真要用到多媒体技术, 但它不是仿真技术与多媒体技术的简单结

　　合.多媒体仿真研究方法有其自身的特点.

　　a.对象模型属性的多媒体化.建模者在对实体对象的量化属性(参数和状态) 进

　　行定义和描述时,还要对其多媒体属性进行定义和描述.

　　b.仿真模型的二重性.多媒体仿真模型具有系统模型和表现模型的二重性,仿

　　真运行时它将分别生成由实体的状态、事件、活动、进程组成的抽象空间和由文

　　本、图形、影像、声音组成的多媒体形象空间.

　　c.抽象时空与形象时空的一致性. 多媒体仿真中的抽象时空和形象时空具有一

　　一对应的映射关系.

　　d.人的感官和思维活动进入仿真回路中. 用户可在形象时空中获得生动的感官

　　体验,或者说人的感官和思维活动进入了仿真回路.

　　多媒体仿真技术无论从经济技术的可行性,还是效费比上看;无论是从近期应用

　　的迫切性,还是从远期应用的潜力来讲,都是我国发展和应用虚拟仿真技术的现实途

　　径.

　　(2)虚拟现实技术与仿真

　　虚拟现实技术是一种高度逼真地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的人机

　　界面技术.它使仿真系统的人机交互方式虚拟化,人可以通过形体动作与其它仿真实

　　体交互并产生沉浸感,从而使人真

仿真系统是把实际系统建立成物理模型或数学模型进行研究，然后把对模型实验研究的结果应用到实际系统中去，这种方法就叫做模拟仿真研究，简称仿真系统。

仿真系统过程：