分队指挥训练仿真系统关键技术研究

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近年来,随着虚拟现实技术的不断发展,作战仿真技术因其全程可控、经济安全等优点,被各国军方列为工作的重点。指挥训练仿真作为作战仿真的应用方向,对于培养和提高指挥员的指挥能力,研究和验证战术战法的有效性都有着重要作用。目前,大部分的指挥训练仿真应用或多或少存在作战实体Agent与环境结合的能力薄弱、分队在机动时队形控制能力不足、行为表现不够逼真等问题,从而影响对仿真结果的可信度。本文实现的分队指挥训练仿真系统,首先对仿真战场进行建模,将战场分为环境要素集合和导航空间。针对河流、湖泊、植被、地物等不同的环境要素,分别提出基于三次Hermite河流曲线,湖泊水平面高度,植被权重图和地物与Agent交互信息的描述与生成方法;针对导航空间,构建了基于Agent的导航网格,从而描述了Agent的通行区域,并且根据环境要素影响,加入了相应的寻径代价,使分队能产生结合环境要素的战术行为路径。在战场导航网格的基础上,本文提出了基于Leader-Follower改进分队寻径和队形控制方法,将整个过程分为三个阶段。在Leader寻径阶段,先通过提出的考虑环境要素通行代价的A*算法,在导航网格中寻找三角面片路径,再通过考虑队形规模约束的Funnel算法对路径进行平滑;在Follower跟随阶段,通过二维Morphing技术计算分队在障碍物环境下变形的约束队形序列,再结合本文提出的队形弹簧模型对Follower的速度进行调整,提高了分队移动时的逼真度;在动态避碰阶段,为避免分队成员面对动态障碍物时,因避碰方向不一而导致队形被冲散,使用了考虑速度协同控制的相互速度障碍法,从而避免了这一问题。为提升系统中作战实体Agent行为的逼真度,本文提出了分队分层行为模型,将分队行为分为决策层和执行层。针对决策层,提出使用行为树模型,以指挥员的战术命令为输入,对分队的决策行为进行建模,并就决策行为中关键的战术位置选择问题,提出考虑寻径距离因素和武器威胁因素的评估方法;针对执行层,提出使用HTN(Hierarchical Task Network)规划方法对作战实体Agent的执行行为进行建模,提升了Agent的行为表现力。本文对分队指挥训练仿真系统的关键技术进行了阐述,并分别通过搭建仿真战场验证了方法的有效性。
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