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基于Unity的虚拟战场地理环境构建
2014年10月17日    评论:    分享:

    来源:第三维度
    作者:陈永科,杨艾军,王华,何伟
    单位:陆军军官学院军事训练教研室

    摘要:虚拟战场地理环境在部队的训练和作战过程中发挥越来越重要的作用。采用 Unity 开发平台是构建虚拟战场地理环境的一种有效方式。针对战场地理的基本要素,研究基于 Unity3d 开发引擎的虚拟战场地理环境构建步骤,提出地形生成顺序和制作素材工具的优化方法,并对地形高度图生成、地形纹理、道路交通、地质细节等关键技术进行探讨。该研究对于虚拟地形环境构建具有一定的技术参考作用。

    0 引言

    虚拟战场地理环境的构建,较多的是采用MultiGen Creator/Vega 和 OpenSceneGraph 等。Vega是 Multigen-Paradigm 公司最主要的工业软件环境,主要用于开发交互式、可视化仿真应用的一套完整的软件平台和工具集,具有实时视景仿真、声音仿真、虚拟现实等可视化功能,在可视化领域软件环境中位于世界领先水平[1]。OpenSceneGraph(OSG) 是一个基于工业图形标准 OpenGL 的高层次图形开发 API 接口,具有开源、平台无关性、高品质及高性能等优点,已广泛用于虚拟仿真、虚拟现实、科学和工程可视化等领域,OSG 在地形可视化方面也提出了 VirtualPlanetBuilder、osgGIS 及 osgEarth 等解决方案[2-3]。这些开发平台为虚拟战场地理环境的构建,提供了很好的可行方案。

    由于智能终端设备的大量应用和跨平台开发技术的提高,跨平台系统开发逐渐引起重视。跨平台开发的好处是一次编码多平台使用,系统开发只需制作一遍,就可适用于多终端平台,如 Windows、Android、iOS、Windows Phone 等,降低了应用开发周期和成本,提高了应用系统的应用范围。可用于跨平台开发的虚拟引擎很多,其中 Unity 是较专业、较稳定、效率较高的跨平台开发引擎,可横跨9 种平台,如 Web、PC、Mac、Android、iOS 等。

    基于这种跨平台开发的思考,笔者采用 Unity 开发平台来研究虚拟战场地理环境的构建方法。

    1 虚拟战场地理环境的应用

    《孙子兵法》始计篇认为,战争筹划要经之以五事,分别是道、天、地、将和法,其中,天和地反映了战场环境对战争胜负影响的重要性。战场环境[4]是指战场及其周围对作战活动有影响的各种情况和条件的统称,包括地形、气象、水文等自然条件,交通、建筑物等人文条件,国防工程构筑、作战设施建设等战场建设情况,以及信息、网络和电磁状况等。战场地理环境是指战场及其相关空间中,对作战活动有影响的各种地理情况和条件的统称。

    地形战场地理环境的基础,是构成作战活动的基本要素,通常包括地貌、土质、居民地、道路、水系和植被等基本要素,这些要素的特点影响着部队指挥、行动和武器装备的运用[5]。

    虚拟战场地理环境是指运用计算机仿真技术、多媒体技术、可视化计算、图形图像技术、航空侦察、卫星侦察等多种手段,在获取战场信息基础上进行信息综合计算与处理,实现战场地理环境的真实呈现,为军事训练、作战实验、指挥作战等活动提供了可靠的虚拟战场环境。

    外军相继成立了虚拟战场环境职能部门[6],美国国防部成立了建模与仿真办公室,指定或组建了专门的虚拟战场环境研发机构,包括 21 个国家和组织在内的欧洲仿真工作组,并在虚拟战场环境基础建立了不同层次、不同类型的模拟仿真训练系统,如美军 JWAS(联合作战仿真系统)。国内研究虚拟战场环境的单位较多,如国防科学技术大学、解放军信息工程大学等,开发了一系列的虚拟战场环境平台,在院校教育、部队训练等领域发挥了重要的作用。

    2 基于 Unity3d 的虚拟战场环境构建方法

    2.1 基本构建步骤

    虚拟战场地形是真实地形的虚拟化,是虚拟训练或虚拟环境下装备操作的前提条件。虚拟战场地形通常包括陆战场地形的基本要素,如道路、河流、植被、高程等。根据 Unity3d 仿真开发平台的特点,基于 Unity3d 的虚拟战场地形生成过程,经研究表现,比较优化的虚拟地形生成方法可简化为 8 个步骤。按照先后顺序分别是地形素材准备、基本战场地貌生成及修理、地表纹理贴图、河流水系设置、道路交通设置、灌木杂草叠加、地表植被叠加和地形细节设置等步骤。基于 Unity3d 的虚拟战场地形构建,通常是从高度图或 Terrain 工具生成开始的,依次经过地形润色、地形要素编辑、地形细节设置,最终生成较真实的虚拟地形环境。其构建方法如图1 所示。

    2.2 构建优化方法

    战场地形生成方法中所谓的优化包含 2 个方面:一是对地形生成先后顺序的优化,二是对各步骤所需要素材及辅助工具的优化。顺序优化表现在图 1 左侧部分中那些带“*”号的地形生成步骤。从本质上讲,都是地形生成的必要环节,没有先后顺序之分。但考虑到地形建模的方便性和 Unity3d 场景的特点,通常按照“从下到上、从小到大、从疏到密、从点到面”的原则进行。

    地表纹理处于地形最底层,制作的优先度高,其次是河流水系、道路交通等,从高度上讲,它们往处于地表之下或紧贴在地表上,制作的优先度应该察、卫星侦察等多种手段,在获取战场信息基础上进行信息综合计算与处理,实现战场地理环境的真实呈现,为军事训练、作战实验、指挥作战等活动提供了可靠的虚拟战场环境。

    外军相继成立了虚拟战场环境职能部门[6],如美国国防部成立了建模与仿真办公室,指定或组建了专门的虚拟战场环境研发机构,包括 21 个国家和组织在内的欧洲仿真工作组,并在虚拟战场环境基础建立了不同层次、不同类型的模拟仿真训练系统,如美军 JWAS(联合作战仿真系统)。国内研究虚拟战场环境的单位较多,如国防科学技术大学、解放军信息工程大学等,开发了一系列的虚拟战场环境平台,在院校教育、部队训练等领域发挥了重要的作用。

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标签:Unity军事战场地理
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