摘  要： 简述了图形推演的定位和系统结构，重点研究了线状目标爬行效果的实现，提出了基于特征值的中心线生成算法和基于非线性系数的曲线拐点生成算法。实际应用结果证明了该研究成果的有效性和实用性。
关键词： 图形推演；爬行效果；特征值算法

    随着计算机信息化手段的日益普及和发展，以矢量图形动画实现为核心的图形推演技术已被广泛地应用于仿真模拟、情况汇报和态势推演等各类军事应用中，以达到帮助使用者更好地展示仿真过程、汇报值班情况或推演作战谋划的目的[1]。
图形推演主要负责完成目标和场景的动态表达定义和演播，是图形处理平台的一个组成部分，其依托于图形数据管理和图形符号库，为最终上层应用提供图形动画支撑，是态势推演应用的关键部分。目前，许多动画推演和图形处理类的软件[2-3]都具备了图形推演的基本能力，基本都实现了目标基本动作的设计，但对动作动画效果的精细性和准确性缺少深入的研究，往往止步于示意阶段。本文将介绍图形推演在线目标移动效果方面的研究成果。
1 系统概述
    图形推演的系统结构如图1所示，分为核心处理和应用两个层次，核心处理层负责数据的生成、显示、驱动和控制，应用层负责提供操纵目标数据和动态数据的各类界面操作。

    图形推演系统的外围是以图形推演作为支撑平台的推演类应用。
    目标数据管理模块负责目标静态数据的管理，处理数据的生成、修改和删除。目标数据通过调用图形绘制算法库提供的相应算法完成显示绘制。
     动作定义模块为目标对象添加动作，追加到目标数据的动作属性中。根据实际的需要，还可以设计动作组和动作集合，实现复合动作的定义和播放。
    计时管理器是推演技术的重要部分，负责按计时器的单位时间间隔从目标数据管理模块获取相关数据，生成当前时刻的动态数据，并记录在动态数据管理模块。
    动态数据是变化了的静态数据，其初始显示姿态和目标静态数据本身相同，但随着时刻的变化，目标的显示效果也会变化。动态数据的显示也要依靠图形绘制算法库完成。依据动作类型的不同，数据变化的方式也不相同。
    播放控制主要负责对计时管理器的控制，通过启动、播放、暂停、停止和定位等指令，控制推演的工作时刻。
    视频录制提供了与外部应用的标准接口，实现推演制作的数据共享。录制的过程也要靠计时管理器一帧一帧地推送渲染。
2 爬行动作定义
    图形数据动态表达的基本单位是动作，描述一个动作的基本参数包括动作标识、动作名称、起始时间和结束时间，而根据动作类型的不同，动作参数也各不相同。图形推演支持的常用基本动作包括显示/隐藏、闪烁、旋转、按轨迹移动、生长和变形等。
    在战场态势推演过程中，随着时间的推移，一些实体的空间位置会发生改变（如战役中部队的行进，飞机对敌方进行空袭等），这就需要定义一个按轨迹移动的动作，其动作参数为起始时间和移动路线轨迹，前者是线目标移动，后者是点目标移动。点状目标移动相对简单，可以通过设置标号的位置和方向角来体现，但对于线状目标按轨迹的移动，理想效果是使线目标在路线上贴合爬行，因此又称之为爬行动作定义。
3 爬行效果研究
3.1 问题描述
    效果指各类推演动作在播放时呈现出的结果，主要由动态数据管理和图形绘制算法库两个模块来完成。
对于爬行效果来说，目前大多数研究者[4]采用的方法都是解决线标首尾两点的轨迹拟合，中间的点通过设置间隔容限和差值来实现。这种算法虽然通用，但没有考虑线标实际含义和线标本身的拟合算法，导致在展示效果和准确性上都存在局限性，在实际推演播放中会呈现比较突兀的显示姿态，导致轨迹发生跳跃、偏移。
以带有宽度的箭标为例，假设其在一条有变化的道路上爬行，如图2（a）所示。箭标有3个定位点，Ps为起始点，Pe为结束点，Pn为中间点，图2给出了3个时刻的箭头移动结果，第1时刻3点序列为{Ps，Pn，Pe}，第2时刻3点序列为{P′s，P′n，P′e}，第3时刻3点序列为{P″s，P″n，P″e}。

    图3中，箭头由7个点组成，其中第4点位置已经确定，即箭标中轴线的最后一点。根据箭头角度、箭耳角度和箭头占箭标总长的比例，就可以计算出其他6个点，这里不再赘述，重点介绍箭身的生成算法。箭身的生成算法如下。


  （4）获得了L和R点序列，取默认调整比例，就可以拟合出过这些拐点的贝塞尔曲线；按照左箭身—箭头—右箭身的顺序，将集合点序列送入直线绘制函数，即完成了当前时刻箭标的效果显示。
4 实验结果
    图5为“燕尾行动箭标”进行爬行移动的效果截图。经实验表明，爬行效果在各个弯度上都基本保持了尺寸不变和精确拟合。图5（a）为第3 s刚刚开始起步的效果，图5（b）为第11 s行动箭标在弯路上爬行的效果。
本文提出的线标爬行算法有效解决了线标移动的轨迹偏移问题，改善了以往按轨迹移动的动画实现大多只重视点状目标的实现，线状目标的移动只关注首尾点或中心点的缺陷。

    图形推演技术被用于多种军事应用场景中，但不同应用场景（如作战推演[7]、交接班汇报和想定仿真）在应用流程上还有很多差别，如前两者的数据大多来自人工生成，而后者则主要是数据自动生成。如何整合这些应用场合的相同点和不同点，保证不同工作方式下动作参数获取的一致性，是今后研究的一个主要方向。同时，研究多个目标同时动作下的时间同步和提速策略，也是影响效果进一步优化改进的重要因素。
参考文献
[1] 陈康，徐培德，马满好，等.态势推演系统结构研究[J].军事运筹与系统工程，2005，19（3）：43-47.
[2] 张宝印.基于矢量的时序图形图像处理技术的研究与实践[D].郑州：中国人民解放军信息工程大学，2001.
[3] 何忠焕，边馥苓.GIS系统下二维地图推演技术的研究[J].武汉大学学报（信息科学版），2005，30（1）：69-72.
[4] 张欣，张立立，曹国峰，等.战场态势推演GIS动态表达技术与应用[J].地球信息科学，2006，8（4）：80-83.
[5] 赵恩来，郝文宁，赵水宁，等.改进的基于密度方法的态势聚类显示算法[J].计算机工程，2010，36（18）：35-37.
[6] 杨瑞平，张小京，赵东波.推演系统中面向角色的二维态势研究[J].系统工程与电子技术，2007，29（12）：2093-2096.