1、分布交互仿真分布交互仿真n分布交互仿真技术及其发展n分布交互仿真系统的体系结构n分布交互仿真中的时空一致性n分布交互仿真中的建模技术n分布交互仿真中的数据管理技术n分布交互仿真技术标准n空地对抗分布交互仿真系统绪绪 论论 n分布交互仿真定义：采用协调一致的结构、标准、协议和数据库，通过计算机网络以数据交换方式，将分散的各地自主的仿真实体互连在一起，并有人参与进行交互作用的一种综合仿真环境，以满足武器性能评估，战术原则的开发和演练，以及人员训练等的需要 n分布交互仿真技术的发展n早期的分布交互仿真SIMNET n分布交互仿真的标志DISn分布式交互仿真的进一步发展ALSP n高级分布交互仿真技术
2、HLA 分布交互仿真系统中的关键技术n体系结构介绍面向对象技术及其在分布交互仿真技术中的应用，分布交互仿真系统的特性。各种分布交互仿真的结构形式、系统框架、软件层次等。DIS体系结构的基本概念、结构层次和实现途径。介绍一种设计方案。n时空一致性介绍分布交互仿真时空一致性中的网络通讯、时钟同步、时间管理、坐标转换、DR及平滑算法等的具体技术内涵、特点和解决方案。n软件应用框架从软件体系结构的实现的角度，介绍实现分布交互仿真特性和功能的底层支持软件平台的概念、功能、类型、结构和实现方法。n建模技术介绍分布交互仿真环境下模型的概念、分类，概念模型及其相关技术，各种虚拟环境实体的建模方式。以制导武器系
3、统导弹实体为例介绍面向对象的建模方法及其实现技术。n数据管理技术介绍分布交互仿真系统各种实体的模型和数据的类型、特征，数据管理方法和数据库实现技术。介绍采用语义对象模型的地形数据库建模和管理方法。1、分布交互仿真系统体系结构研究与设计、分布交互仿真系统体系结构研究与设计 n分布交互仿真系统的面向对象特性n分布交互仿真系统体系结构的概念n 分布交互仿真典型应用系统的体系结构n分布交互仿真系统体系结构的特点 n分布交互仿真系统体系结构设计 分布交互仿真系统的面向对象特性分布交互仿真系统的面向对象特性 n 分布交互仿真中的基本概念分布交互仿真中的基本概念 仿真实体（邦元）：由模型和算法组成的描述现实
4、事物的仿真程序 仿真应用（联邦）：完成特点任务的仿真软件和系统 组元：仿真实体的集合n仿真实体的分类仿真实体的分类 战场实体：描述实际作战对象。人控的、自动的、半自动的 环境实体：描述实际战场环境。地形、天气、电磁干扰 仿真支持实体：用于仿真试验的。显示、输入、记录、控制n 分布交互仿真系统的基本特性分布交互仿真系统的基本特性 分布性、异构性、重用性、重构性、复杂性 分布交互仿真系统的面向对象特性分布交互仿真系统的面向对象特性 仿真实体 组元 交互 异构 重构 重用 复杂 对象 类 消息 封装 派生 继承 分布对象 分布交互 仿真系统 面向对象 技术 分布交互仿真系统体系结构的概念分布交互仿真
5、系统体系结构的概念 n定义定义：一个系统的基本框架。包括组成原则、组成部分、各部分之间关系、实现关系的方法。n 特性特性 互操作性：不同的方针应用通过异构的网络，协调工作n网络层次：公共的操作环境 n数据层次：约定的数据格式 n软件层次：满足逼真度要求，分装了差异 可伸缩性：系统规模上的弹性。带宽和计算能力n 新的算法、新的网络技术、新的数据过滤方法 时空一致性n时间一致性：按照事件发生的顺序或时刻处理事件，或在 允许的延迟范围内处理事件。n空间一致：统一的空间描述形式 分布交互仿真系统体系结构的概念分布交互仿真系统体系结构的概念 n体系结构的分类体系结构的分类 网络体系结构：规定物理上的流通
6、和网络协议（网络拓扑结构和硬件环境）数据体系结构：解释网络上流通的数据内容（协议、标准）软件体系结构：规范使用网络和产生数据的应用软件（支撑环境和应用模型）n体系结构的发展体系结构的发展 SIMNET、DIS互操作性协议标准：缺乏可重用性、可伸缩性 HLA互操作性、可重用性软件应用框架：复杂、实时性差 分布交互环境典型应用系统的体系结构分布交互环境典型应用系统的体系结构 n在网络体系结构上在网络体系结构上，采用了各时期的先进网络技术实现大规模、大范围的远程网络，如：国防专网DSI、Ti_LINK，MBONE虚拟组播网、ATM，各种路由和交换技术、近期的基于internet的虚拟专网技术；n在数
7、据体系结构上在数据体系结构上，产生了三种具有代表性的分布交互仿真协议：SIMNET、DIS2.x、HLA的OMT。由于SIMNET的局限性较大，已停止发展，虽然HLA发展势头强劲，但其还处于发展初期，只有一些规范，没有详细的标准和实现方法，因此DIS还将继续发展下去；n在软件体系结构上在软件体系结构上，已经从单纯、独立的结构化的软件结构（CCTT），发展到基于单机的面向对象的应用框架（BDSD）、基于分布对象的客户机/服务器应用框架（STOW）。分布交互仿真系统体系结构的特性分布交互仿真系统体系结构的特性 nDIS的特点的特点 无中央处理机 结点自治 IEEE1278 DR算法nDIS的缺点的
8、缺点 不支持异种仿真应用之间的互操作 仿真应用间缺乏可重用性 巨大的带宽和计算量的要求 DIS协议定义的PDU数量有限 缺少处理静态实体的有效方法 每个仿真节点必须备份整个仿真环境的模型和数据仿真应用仿真应用仿真应用仿真应用仿真应用仿真应用图2.10 DIS非对称的逻辑拓扑结构Fig2.10 Nonsymmetrical Logical Topology Structure of DIS分布交互仿真系统体系结构的特点分布交互仿真系统体系结构的特点 nHLA的特点的特点 客户机服务器模式：可伸缩性、互操作性 通过RTI进行信息交换：时空一致性、互操作性 采用对象模板技术：异构性、可重用性 仿真应
9、用运行时间支持系统（RTI）仿真应用仿真应用仿真应用仿真应用仿真应用图2.11 HLA对称的逻辑拓扑结构Fig2.11 Symmetrical Logical Topology Structure of HLA分布交互仿真体系结构设计分布交互仿真体系结构设计 n目标目标：在局域网内，采用IEEE1278标准和模型对象技术，以NT、VC为开发平台，设计DIS的软件体系结构n软件体系结构示意图软件体系结构示意图 图 2.13 分布交互仿真软件体系结构示意图 Fig2.13 Software Architecture Diagram of Distributed Interactive Simula
10、tion 仿真支持环境 状态建模 数据库 几何建模 仿真运行 仿真管理 图形显示 支撑平台内核 同步控制 仿真实体基类 模型与数据层 实体仿真层 支撑平台层 分布交互仿真体系结构设计分布交互仿真体系结构设计n支撑平台层支撑平台层：基于内核，面向仿真实体 支撑平台内核：网络通讯、实体状况保存、DR算法、时间管理等 仿真实体基类：仿真线程接口、PDU接口、步长控制等 线程同步互斥控制机制：内核对象与个仿真实体对象的同步n实体仿真层实体仿真层：实现仿真任务 仿真管理：初始化、仿真进程控制、数据管理及事后分析、处理等 仿真运行：仿真实体对象的实时解算 图像显示：仿真对象状态的图形表示 n模型数据层模型
11、数据层：模型和数据的准备和维护 模型：战场、环境和仿真支持实体的模型（类库）数据：战场、环境和仿真支持实体的静态和几何数据（实体数据库），仿真实体的动态数据（过程数据库）1、时空一致性及其解决方案时空一致性及其解决方案n时空一致性问题时空一致性问题 n时空一致性问题的解决方案时空一致性问题的解决方案 网络通讯 坐标转换 时间同步与补偿 DR外推算法 时间管理 时空一致性问题时空一致性问题（1）n时空一致性定义时空一致性定义 时空一致性是时间一致性和空间一致性的统称。所谓时间一致性，是指分布式交互仿真系统中的某一仿真实体在任一时刻发生的事件或过程信息，能被与之相关的所有仿真实体在一允许的时间范围
12、内获得；所谓时间一致性是指某一仿真实体的空间状态及其地理环境，在系统的各个节点上应该有统一的空间描述形式 n时间一致性问题的提出时间一致性问题的提出 每个仿真节点各具有不同的内部时钟，这些时钟可能不同步；通讯系统存在固定的信息传递延迟；信息流量的加大会堵塞网络，造成更大的不确定的延迟；各仿真节点对网上信息的处理、实体的计算、DR推算需要消耗时间；各仿真节点所处的仿真环境、采用的仿真模型、坐标系统、环境数据库对空间的定义和理解各不相同。时空一致性问题时空一致性问题（2）n时空一致性问题的解决方案时空一致性问题的解决方案 组播技术：通过数据过滤，用虚拟网络，实现定向数据传送，以降低网络流量，适应大
13、规模分布交互仿真需要 时钟同步技术：主要解决仿真节点间的时钟同步问题 时戳技术与补偿技术：主要解决网络传输延迟问题 DR算法：通过减少网络流量，降低网络传输延迟 平滑算法：解决空间显示表达的不一致问题 坐标转换：解决仿真节点间空间表达的不一致问题 时间管理：解决复杂的时间需求问题时空一致性问题的解决方案时空一致性问题的解决方案网络通讯网络通讯 n网络通讯的要求网络通讯的要求 快速性：应能满足实时传送需求（甚至多媒体数据）可靠性：有连接和无连接的方式 高效性：按址发送：点对点、广播、组播n网络通讯技术网络通讯技术 组播技术：组播技术和数据过滤算法 编程接口技术：按照OSI的网络七层结构的划分，一
14、般在传输层实现仿真协议。时空一致性问题的解决方案时空一致性问题的解决方案坐标转换坐标转换 nDIS的坐标系的坐标系 DIS地心系：X穿过0度经线与赤道交点；Y穿过180度经线与赤道交点；Z穿过北极 DIS实体系：X轴向前，Y轴向右，Z轴向下nDIS的坐标转换的坐标转换 经纬系与地心系之间的转换：用经纬度表示的UTM系、地面系、地形系的原点坐标与地心系的坐标之间的转换 其他世界坐标系中的空间点向地心系坐标转换：UTM坐标系中的空间点与地心系坐标的转换；地面坐标系中空间点与地心系坐标转换；地形坐标系中的空间点与地心系坐标的转换 欧拉角的转换：弹体系与DIS实体系间及SIMNET实体系与DIS实体系
15、间的欧拉角转换 时空一致性问题的解决方案时空一致性问题的解决方案坐标转换坐标转换 序 号 空间点 名 称 坐标轴 原 点 方位角 基准系 定 义 1 ooozyx D I S地心系 G e o c e n t r ic oooZYX,直角 地球中心-基 准 X 穿过0 经线与赤道交点 Z穿过北极 Y 穿过1 8 0 经线与赤道交点 2 dddzyx D I S实体系 B o d y-a x i s dddZYX,直角 dododozyx)(),(),(zyxddd D I S地心系 X向前 Y向右 Z向下 3 uuuzyx U T M坐标系 uuuZYX,投影法 000uuuh-经纬系 X向东
16、 Y向北 Z向上 4 hhhzyx S I M N E T实体系 hhhZYX,直角 hohohozyx )(),(),(zxyhhh U T M X向右 Y向前 Z向上 5 ssszyx 导弹地面系 sssZYX,直角 sososoh -经纬系 X向东 Y向上 Z向南 6 tttzyx 导弹弹体系 tttZYX,直角 tototozyx)(),(),(yzxttt 地面系 X向前 Y向上 Z向右 7 h,经纬系 G e o d e t i c h,极坐标 地球中心-W G S 8 4 极坐标 8 gggzyx 地形系 T o p o g r a p hi c gggZYX,直角 gogogo
17、h-经纬系 X向北 Y向东 Z向下 分布交互仿真系统坐标一览表 时空一致性问题的解决方案时空一致性问题的解决方案时间同步与延迟补偿时间同步与延迟补偿 n时间同步时间同步 硬件同步：GPS全局时钟 软件同步：确定性同步；概率性同步n延迟补偿延迟补偿 时戳技术：在所有实体状态信息中都加入此状态信息产生的时间，从而便于接受方在接受信息时准确了解该信息所对应的时间，并由外推算法（DR算法）对这一延迟进行补偿 时空一致性问题的解决方案时空一致性问题的解决方案外推算法外推算法 nDR算法算法 DR算法：在仿真结点拥有高精度的动力学、运动学实体仿真模型的基础上，设置一个实体的低精度简化或近似模型，又称外推模
18、型，通过外推模型的不断外推，起点的不断修正，达到逼近原模型，减少网络流量的目的。DR算法的使用：l 对本地结点的仿真实体，在用实际高精度模型进行仿真的同时，采用合适的DR模型，对实体的某个属性进行外推，当外推值和实际模型结果的差值大于某个阈值时，就发送该实体的状态更新PDU，否则不发送实体状态PDU。l 对远程结点仿真实体的某个属性，在上一次收到的该实体同一属性的值的基础上，采用DR模型进行外推，在收到下一次该实体状态的更新值后，再对给实体属性的DR模型进行更新 DR算法公式：l 一阶、二阶、三阶；定步长和变步长 l 阈值，阶数 时空一致性问题的解决方案时空一致性问题的解决方案外推算法外推算法
19、 n平滑算法平滑算法 问题提出：当实体仿真计算出的实际位置与由DR算法得出的逼近位置的误差大于阈值时，就要用实际的新位置去参与计算，发出状态更新信息，这样在位置变化频繁的实体中，实体图像出现很大的跳跃式的不连续现象 线性平滑算法：按一定的平滑速度，对某个属性进行线性外推（平滑时间和平滑速度）最优平滑算法：按一定的平滑加速度，对某个属性进行二次阶外推（平滑时间和平滑加速度）时空一致性问题的解决方案时空一致性问题的解决方案时间管理时间管理（1）n分布交互仿真中的仿真类型分布交互仿真中的仿真类型：n 约束与无约束仿真。约束仿真固定了仿真时间推进量与物理时间间的比例关系；而无约束仿真则没有这种固定关系
20、。这里约束仿真也指变尺度实时仿真，无约束仿真也指快速仿真。n 协调仿真和独立仿真：协调仿真时需要协调自己与其他仿真时时间推进关系的仿真n DIS仿真属有约束的（实时的）独立仿真，而ALSP属无约束的协调仿真。n时间管理机制的功能要求时间管理机制的功能要求 传输服务的范围：从最基本的无需通讯到可靠的消息传到按时戳顺序传送。传输服务方式：允许仿真实体选用具有合适的可靠性和消息顺序的服务方式。时间管理服务机制：必须提供一种体系结构，以支持各类仿真的一体化集成。时间推进服务方式：允许仿真实体选用多种时间推进服务方式。时空一致性问题的解决方案时空一致性问题的解决方案时间管理时间管理（2）nHLA中的消息
21、排队机制中的消息排队机制 接受顺序：是一种最直接的延时的排队机制：即将消息按照其被接受的先后次序传送给仿真实体 优先顺序：将消息在缓冲区中按优先级排队，同时消息用时戳表明它的优先级大小，时戳最小的消息排在最前列 时戳顺序：传送给仿真实体的消息都是按时戳顺序到达的 因果顺序：将消息按照与消息所表示的时间的前因后果相一致的顺序传给联邦3、软件应用框架研究与设计软件应用框架研究与设计 n软件应用框架的概念 n分布交互仿真系统的软件体系结构 n软件体系结构的实现应用框架 nDIS支撑平台设计 n基于支撑平台的辅助工具设计 软件应用框架的概念软件应用框架的概念 n软件体系结构（软件构件及其相互关系）软件
22、体系结构（软件构件及其相互关系）“管道和过滤”型：构件有输入和输出管道，数据由过滤器处理 面向对象结构型：将构件抽象成对象，每个对象都有标识 对象/事件型：对象向系统通告事件，系统激活已注册的对象去处理事件。扩展性较好。分层型：将软件构件按层次进行组织管理，每层为上层提供服务，层间通过协议连接 知识库型：中心数据库构件和处理构件n软件应用框架概念软件应用框架概念 软件应用框架是一种可重复使用的软件设计方案，是软件体系结构的具体实现。按照面向对象的思想，它是由一组抽象类的实例所构成的软件设计骨架。采用框架技术比低层次的软件构件类库能提供更高层次的软件重用。分布交互仿真系统的软件体系结构分布交互仿
23、真系统的软件体系结构 n库函数式（库函数式（NPSNET）：“管道和过滤器”型与分层型的组合：仿真层和网络层，层间有借口。适用单实体仿真n元件集合式元件集合式：“管道和过滤器”型的集合：按类型定义多个仿真元件，仿真元件通过连接元件进行交互。易于扩展仿真结点n面向对象体系结构面向对象体系结构：定义仿真类、实体类和函数类，每个仿真实体独立负责与网络的通讯，单结点可以运行多个仿真实体。n面向对象的事件驱动型：（面向对象的事件驱动型：（E2dis）：基于RTI的分层结构（实体过滤器、团对过滤器和联邦过滤器），专用事件管理器，端口通讯。n本文本文DIS系统的软件体系结构系统的软件体系结构：基于内核、面向
24、对象的分层结构。软件体系结构的实现软件体系结构的实现应用框架应用框架 nNIU接口型接口型：将网络元件与仿真实体严格分离，用硬件实现网络操作、PDU处理、DR推算等 将NIU驻留在网桥或路由器中，通过局域网与仿真结点连接；采用反射内存系统连接仿真结点与NIU，实现局域网内数据交换和共享 将NIU驻留在特殊的网卡中，通过某种总线与仿真结点机连接 将NIU驻留与一个计算机中，该计算机点对点与仿真结点进行数据交换n网络通讯软件接口型网络通讯软件接口型：它在仿真结点机上同时用软件实现网络驱动和实体仿真，每个仿真实体通过调用网络接口，实现交互。一般以接口函数形式提供网络操作，并通过公用数据区实现与仿真实
25、体的数据通讯 n支撑平台层支撑平台层：将仿真应用与网络通讯统一考虑，采用面向对象技术、进程和线程技术，对网络通讯接口进行封装，并向仿真应用延伸，实现仿真应用的灵活性、扩展性、平台的无关性软件体系结构的实现软件体系结构的实现应用框架应用框架DIS支撑平台的功能界定 n为所有应用提供统一的接口。应该只包含与仿真实体个性无关的基元操作，满足本文提出的面向仿真实体的软件体系结构。n能够实现信息的实时发送和自动接收。n在单个结点上运行多个实体的机制。n各个结点的时钟同步。n进程（线程）同步互斥控制。n为时空一致性问题提供解决方案。n保存仿真空间所有实体的当前状态。n采用预估算法同步推算仿真空间所有实体的
26、状态。n实现协议数据单元PDU，及其处理。n实体运行分配策略。DIS支撑平台设计支撑平台设计第一版本第一版本 n设计目标设计目标：设计一个功能齐全、易于编制分布式交互仿真程序的类库，便于仿真应用调用 n设计思路设计思路：对每个仿真结点来说，在网络接口之上运行的除本地实体之外，还有与之相关的远程实体的副本。这两种实体的本质差别在于对PDU的使用和DR等网络接口的操作上：一个是需要发送数据，一个是需要接收数据。因此可以借此设计两个实体类。n实现方法实现方法：自身类、其它结点类，仿真进程，结点管理进程 n结点运行框架结点运行框架 仿 真 子 进 程 仿 真 子 进 程 接 收 线 程 自 身 类 对
27、 象 接 收 进 程 其 它 结 点 类 对 象 自 身 类 对 象 其 它 结 点 对 象 结 点 管 理 进 程 实 体 表 其 它 结 点 类 对 象 其 它 结 点 对 象 图 4.9 仿 真 结 点 运 行 框 架：第 一 版 本 Fig4.9 Run Structure Diagram of Simulation Node:No.1 DIS支撑平台设计支撑平台设计第二版本第二版本 n设计目标设计目标：保持上述结构形式不便的情况下，解决仿真进程有关工作的重复性 n设计思路设计思路：将重复性工作（PDU接收、DR、实体表维护、PDU处理）交给结点管理进程，由其生成其它结点对象，将实体表
28、扩展成为实体共享数据区，并由此实现各仿真进程与管理进程的数据共享 n实现方法实现方法：自身类（不变）、其它结点类（取消）、结点管理类，仿真进程，结点管理进程 n结点运行框架结点运行框架 结点仿真进程 其 它 结 点 对 象 P D U 线 程 D R 线 程 仿 真 对 象 P D U 线 程 发 送 线 程 接 收 线 程 实 体 共 享 数 据 区 网 络 D R 线 程 结点管理进程 图4.1 0 仿 真 结 点 运 行 框 架：第 二 版 本 F ig 4.1 0 R u n S tru c tu re D iag ram o f S im u latio n N o d e:N o.
29、2 DIS支撑平台设计支撑平台设计第三版本第三版本n设计目标设计目标：上述两个版本没有完全实现易用性的目标，而且扩展性比较差，程序结构和运行效率较低。应当在提高效率基础上，满足易用性、扩展型的要求。即一方面，某个仿真实体功能的扩充和修改不应该影响的其他部分和其他实体的代码，另一方面，支撑平台底层的扩充和修改应使所有实体受惠。n设计思路设计思路：换一种思想处理仿真实体：不将每个仿真实体都以单独的进程出现，而是把他们在同一个进程里实现。在同一个进程中，将每个仿真实体都看作一个对象，每个实体的主循环作为相应对象的一个线程。将三类仿真实体的共性提取出来，做成仿真实体积累，并且在支撑平台底层提供完备的操
30、作基元。n实现方法实现方法：支撑平台主要由仿真支撑平台内核、仿真实体基类、线程同步互斥控制机构三部分构成。仿真实体基类显示实体仿真管理实体仿真运行实体仿真支撑平台内核实体优先级管理机构实体创建管理机构DR同步推算方法实体状态保存机构网络通信机构 接 口协议实现机构时空一致策略网络线程同步互斥控制机构人机界面步长控制信箱DR同步推算接口DIS支撑平台设计支撑平台设计第三版本第三版本支撑平台运行框架 D R线 程仿 真 操 作管 理 对 象仿 真 响 应管 理 对 象仿 真 显 示对 象仿 真 运 行对 象仿 真 运 行对 象输 入 输 出接 口D R数 据 区接 收 线 程对 象输 出接 口输
31、入接 口发 送 线 程对 象输 入接 口输 出接 口发送队列接收队列发送队列对象接收队列对象实 体 表 数 据 区内核对象网 络DIS支撑平台设计支撑平台设计第三版本第三版本实现方案 n发送线程对象和发送队列对象发送线程对象和发送队列对象：通过发送队列对象的输出接口从发送队列中取出一个PDU对象，并将该对象的PDU数据包通过Socket的发送函数广播出去，然后再取下一个对象，如此循环。如果发送队列中没有PDU需要发送，则发送线程睡眠在发送队列上，直到有数据需要发送时，才被唤醒。n接收线程对象和接收队列对象接收线程对象和接收队列对象：通过接收队列对象的输出接口从接收队列中取出一个数据包，然后将该
32、数据包转换为相应的PDU对象，通过内核对象的输入输出接口放入适当的数据区中，然后再取下一个数据包，如此循环。如果接收队列中没有数据包，则接收线程睡眠在接收队列上，直到队列有数据时才被唤醒。DIS支撑平台设计支撑平台设计第三版本第三版本实现方案n内核对象内核对象：内核对象的设计目标是提供完备的、严格定义的、可预测的和方便使用的仿真应用操作接口和实现有关的内部机制 实体表数据区存放仿真空间中现有的所有活动的实体，DR数据区存放着由内核对象中的DR线程最近推算出的这些实体的状态。DR线撑腰推算所有实体的空间位置和方位 输入输出接口负责提供输入、输出PDU，发送、接收标准时刻 内核对象还要管理仿真对象
33、池（包括仿真对象、结点管理对象和显示实体对象）、发送队列对象和接收线程对象 DIS支撑平台设计支撑平台设计第三版本第三版本实现方案 n仿真实体对象仿真实体对象：根据分布交互仿真系统仿真实体的特征，将用于实体信箱PDU操作的类定义为仿真实体基类 n仿真运行实体对象仿真运行实体对象：将除仿真线程之外的仿真实体涉及的所有功能和属性的封装为仿真运行实体类。包括仿真线程、DR线程、PDU发送、PDU查询、仿真步长、获取仿真时刻函数，以及消息队列和相应的输入输出接口等功能。应用程序可从此仿真实体基类或仿真运行实体类中，派生出自己特定的仿真实体类，并可重载其中的部分函数。n仿真管理实体对象仿真管理实体对象：
34、仿真响应管理对象负责对来自管理结点的管理PDU做出相应。如响应来自管理结点的要求创建、启动、冻结、中止某个实体的PDU。其响应过程由响应线程实现。仿真操作管理对象负责响应来自本结点的标准外部输入设备（如键盘、鼠标等）的命令。其响应过程由主线程的消息响应函数实现。n仿真显示实体对象仿真显示实体对象：仿真显示对象负责显示仿真空间的所有实体的平面态势，它可扩展为一个包含有显示所有数据功能的二维态势显示、雷达系统的仿真对象，还可扩展为三维显示仿真对象。仿真显示对象通过雷达线程用内核对象指针获得实体表数据。DIS支撑平台设计支撑平台设计第三版本第三版本PDU问题处理 nPDU扩展扩展：把协议的定义和实现
35、部分集中在一起，将对协议的内容的理解交给协议本身和仿真实体，而是内核和低层代码与协议的数据结构无关。定义PDU基类PDUBase，并在PDUBase中定义一个返回PDU流向的虚函数，内核根据对该函数调用的返回值来决定对该PDU对象如何处理。内核定义了四种PDU处理方法。nPDU丢失丢失：采取多级缓冲、多级并行处理的方法。具体方法是在接收类中设置一个共享的接收数据队列，接收类的OnReceive函数将每个新到的数据报按FIFO原则放入队列中，然后等待接收下一个数据报。nPDU失效失效：PDU失效是指：PDU已经过了有效期或该PDU种的信息是错误信息。针对过期的PDU，一种方法是置之不理，失效则不
36、用，但这种方法有可能变相地改变实体的仿真步长。另一种方法是由仿真实体对失效PDU作一些处理，然后使用，如有仿真实体对其作向前的最低限度的合理推算。第三种办法是接收方的DR线程不按被推算实体的步长进行，而是时刻不停地推算下去。针对第三种失效，方法是再发送一个撤销PDU。基于支撑平台的辅助工具设计基于支撑平台的辅助工具设计 n数据收集数据收集/回放器回放器n 收集器可以作为一类特殊的仿真管理实体对待，由仿真实体基类派生，由实体信箱将网上PDU全部记录收集；回放器可按仿真运行实体处理，回放速度由仿真步长控制，也可进行离线回放。n三维动画显示仿真环境三维动画显示仿真环境n通用显示视类：将与三维动画显示
37、有关的函数封装进该视类中。实际应用时，只需要对其部分函数进行简单重写，就可完成三维动画的实时显示。实体显示的几何模型采用DXF几何模型文件；实时显示时，只需要出实体的状态信息即可，不管来自于数据文件还是数据库。4、分布交互仿真建模技术分布交互仿真建模技术n分布交互仿真中的建模技术 n任务空间概念模型 n环境实体建模 n显示实体建模 n战场实体模型类库设计 分布交互仿真中的建模技术分布交互仿真中的建模技术 n分布交互仿真中的模型概念分布交互仿真中的模型概念 概念模型：分为物理模型和数学模型两种，其中物理模型是对客观世界真实系统的物理性质的相似，数学模型是对真实系统的内部物理变量之间的关系的数学抽
38、象。仿真模型：是概念模型的实现，通过仿真模型的运行可以得到真实系统的仿真结果。n分布交互仿真系统中的模型分类分布交互仿真系统中的模型分类 模型类型：状态模型、行为模型和几何模型 模型层次：任务空间概念模型（任务空间概念模型（CMMS）nCMMS的基本概念的基本概念 目标：知识的完整性和明确性 内容：任务空间概念模型；公共数据仓库；技术框架；辅助支撑工具和设备。nCMMS先进先进技术技术 三种概念模型：终端用户模型；任务空间模型；综合表征模型 CMMS的公共语义和句法nEATI模板 nCMMS动词词典 nDDDS名词词典 n信息系统特殊的语义和句法 数据交互格式和数据库管理系统 环境实体建模环境
39、实体建模 n地形实体建模（几何模型）地形实体建模（几何模型）分层与分割：数据组织和细节表示 图形学表示：二维和三维图形学表示 外观属性：颜色、材质 n气候的建模气候的建模 多层空间模型：上透明区、上过渡区、云层、下过渡区、下透明区和贴地雾；属性：高度和明暗度 n特殊现象的建模特殊现象的建模 雨、雪、雾和爆炸烟火等：微粒子（物理和运动特性）n声音的建模声音的建模 正弦波：频率、幅值和相位（付氏变换）声音数据库：声音文件和声音合成 显示实体建模显示实体建模 n显示空间坐标转换模型显示空间坐标转换模型 客体坐标系向屏幕坐标系的转换 n外表纹理映射模型外表纹理映射模型 纹理生成：软件生成和图像扫描 纹
40、理映射：纹理坐标和物体坐标相对关系 n光照模型光照模型 阳光光照：点光源、漫反射 局部光照：火光、月光和灯光等 n分割显示分割显示 细节显示处理策略：利用显示算法、计算模型细节 战场实体模型类库设计战场实体模型类库设计 n模型类库模型类库 组织方法：仿真实体模型以类库的形式封装在一起，以动态或静态库形式出现，包含模型结构和解算方法 使用方法：仿真实体类调用类库的具体仿真对象，并加载相应数据 n基础算法类库基础算法类库 角度转换类、插值运算类、积分算法类、坐标转换类、地球引力类 n导弹类库导弹类库 导弹部件类：发动机基类、弹体基类、控制制导系统基类 弹道基类：弹道飞行段、自由飞行段、指导飞行段
41、导弹类：各种类型的导弹 仿 真 实 体 基 类 仿 真 实 体 类 仿 真 管 理实 体 类 仿 真 显 示实 体 类 仿 真 运 行实 体 类 通 用 算 法 类 库 光 照 算 法 纹 理 映 射 图 形 变 换 细 节 分 割 角 度 转 换 插 值 运 算 积 分 运 算 基 础 算 法 类 库 坐 标 转 换 环境处理库 弹 体 基 类 发 动 机 基 类 控 制 制 导基 类 战 斗 部 基 类 导 弹 部 件 类库 弹 道 飞 行 自 由 飞 行 地 空 导 弹 空 空 导 弹 弹 道 基 类 库 导弹基类库 地 地 导 弹 空 地 导 弹 飞 航 导 弹 反 坦 克 导 弹 特
42、 效 基 类 声 音 基 类 地 形 基 类 气 候 基 类 环境实体类库库 制 导 飞 行 图5.2 分 布 交 互 仿 真 类 及 类 库 的 派 生 与 调 用 关 系 F ig 5.2 T h e D eriv in g an d C allin g R elatio n s h ip in th e C las s an d C las s L ib rary o f D IS 支 撑 平 台 5、分布交互仿真中的数据管、分布交互仿真中的数据管理理 n分布交互仿真中的数据管理方法 n数据模型及其选择n数据库系统分析n地形数据模型设计n数据库实现探讨 分布交互仿真中的数据管理方法分布交
43、互仿真中的数据管理方法 n分布交互仿真系统中的数据特征分布交互仿真系统中的数据特征 n数据特征n分布式：系统资源是分布的n复杂性：数据类型丰富；数据量大；数据结构及其相互关系复杂n实时性：实时访问。合理的数据管理方法：静态和动态n动态性：静态和动态。n数据分类n模型库：定义模型和算法；动态连接库n属性库：支持模型和算法的数据和参数；静态数据库n进程库：实验过程的动态数据；仿真对象与数据库共同管理 n数据库技术数据库技术 n关系数据库与面向对象面向对象数据库技术：n数据的复杂性：很多非关系的语义内容n扩展型：新的数据类型和操作n面向对象特征：仿真系统与仿真实体 n集中式与分布式分布式数据库技术：
44、n物理上分布，逻辑上集中n各结点数据模型可以不一致n数据冗余度适当 数据模型及其选择数据模型及其选择 n数据模型数据模型：数据模型是创建数据库、维护数据库并将数据库解释为外部活动模型的方式，是数据库系统定义内容和数据间联系的方法。n数据模型的三要素：数据结构、数据操作和数据的约束条件 n数据模型的分类数据模型的分类 n基于对象的数据模型：实体联系模型、面向对象模型、语义对象模型n基于记录的数据模型：关系数据模型、网状数据模型和层次数据模型 n数据模型的选择数据模型的选择：n语义对象概念：语义对象是足以描述一个确切的本性的属性集合。n原因：n方便系统扩展：数据库结构和面向对象数据库扩展n与程序设
45、计语言的融合：C+n利于数据库的分片：数据库系统分析数据库系统分析数据库系统结构 导弹实体（1）局部数据库 导弹实体（2）局部数据库 飞机（1）局部数据库 飞机（2）局部数据库 结点数据库 结点数据库 节点 1节 仿真公共数据库(模型数据、地形和进程)节点 2 图 2.17 数据库层次结构示意图 Fig2.17 Hierarchical Structure Diagram of Simulation Database 数据库系统分析数据库系统分析仿真实体的语义对象模型：静态模型 注：黑 体 为 对 象 属 性 飞飞 机机 性性 能能 描描 述述：运运 载载 工工 具具 分分 类类 代代 码码
46、（翼翼 展展、机机 长长、机机 高高、机 翼 面 积、主 轮 距、前 主 轮 距）（空 重、正 常 起 飞 重量、机 内 载 油 量）人 员 配 备 发发 动动 机机 主 要 机 载 设 备 （火火 控控 雷雷 达达、自自 动动 驾驾 驶驶 仪仪、红红 外外 扫扫 描描 器器、机机 炮炮、挂挂 架架（挂挂 导导 弹弹）、火火 箭箭 弹弹、炸炸 弹弹）发发 动动 机机：动 力 设 备-分 类 代 码 国 别 起 飞 油 量 /巡 航 油 耗 功 重 比 总 压 比 空 气 流 量 装装 备备 飞飞 机机 研 制 单 位 直 径 起 飞 功 率 导导 弹弹：武 器-分 类 代 码 国 别 名 称
47、射 程 使 用 高 度 速 度 攻 击 方 式 发 射 质 量 发发 动动 机机 雷雷 达达 配配 属属 体体 雷雷 达达：电 子 设 备 分 类 代 码 工 作 频 率 峰 值 功 率 波 束 宽 度 作 用 距 离 目 标 分 辨 率 （方 位 角、距 离）发 现 概 率 雷 达 质 量 探 测 精 度：（方 位、距 离）图 6.1 飞 机 静 态 关 系 示 意 图 Fig6.1 Plane Static Relation Diagram 数据库系统分析数据库系统分析仿真实体的语义对象模型：动态模型 飞飞机机：编号 型号 目目标标 飞行环境：地地形形 气气候候 运动状态：编号 时刻 位置
48、 速度 加速度 姿态 外形图文件 性能状态：编号 时刻 人员 武武器器系系统统 火火控控设设备备 雷雷达达系系统统 目目标标：编号 位置 类型（型号）地地形形：行政单位 气候 所含地形实体：江河湖泊 山脉 道路 沙漠 植被 图6.2 战场实体间动态关系 Fig6.2 Dynamic Relation between Battlefield Entities 注：黑体为对象属性 地形数据模型设计地形数据模型设计n地形数据建模分析地形数据建模分析：n特征属性特征属性：分类、分级信息；数量特征；质量特征、名称和战术性能等n几何属性几何属性：局部形状和外表颜色等n空间位置空间位置：空间定位n属性域属性
49、域：是可能有的所有属性值的集合。简单值、属性域和语义对象 n地形的语义对象模型地形的语义对象模型 n标准标准：国土基础信息数据分类代码n分层：分层：行政单元（县）、水系、交通、植被、建筑物、地貌和管线n语义对象模型的建立语义对象模型的建立：属性域描述 n语义描述：属性的功能和目的（以交通为例）n物理描述：数据的类型、长度和其它约束 地形数据模型设计地形数据模型设计 水系的域的描述 域名 类型 语义描述 物理描述 水系分类代码 S 水系分类代码 以 2 开头的 6 位数字 空间位置 G 一个对象的空间位置 点标号 X Y Z 点编号 S 空间位置点的编号 Number2 X S 点的 X 坐标
50、Number10 Y S 点的 Y 坐标 Number10 Z S 点的 Z 坐标 Number10 图形文件代码 S 一个对象的图形文件代码 以 0 开头的 7 位数字 水系类型 S 水系类型 河流、湖泊、海洋、其它 沙漠 SO 沙漠 见沙漠的语义对象表 表 6.2 水系的域描述 注：Number10 表示 10 位数字 数据库实现探讨数据库实现探讨 n从语义对象模型项关系模型的转换从语义对象模型项关系模型的转换：根据语义对象的类型n简单对象n组合对象n复合对象n混合对象n关联对象n父/子对象 n动态数据处理动态数据处理n原则：保证实时性情况下，满足数据管理的需要n方法：仿真程序参与管理，数
