ＶｏＩ．３５，Ｎｏ．２ Ｆｅｂ，２０１０ 火力与指挥控制 Ｆｉｒｅ ＣｏｎｔｒｏＩ＆Ｃｏｍｍａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ 第３５卷第２期 ２０１０年２月
文章编号：１００２—０６４０（２０１０）０２—０１６０—０３
一种作战实验仿真平台的实现方案
张 军，郭新钊，张红梅 （空军工程大学理学院，西安 ７１００５１）
摘要：介绍了一种基于ＤｉｒｅｃｔＸ套件和Ｍａｐｌｎ｛ｏ的作战实验仿真平台实现方案。该方案使用ＤｉｒｅｃｔＧｒａｐｈｉｃｓ实现战场 环境的图形仿真，ＤｉｒｅｃｔＩｎｐｕｔ实现装备操控数据接口，ＤｉｒｅｃｔＳｏｕｎｄ构造战场声音环境，ＤｉｒｅｅｔＰｌａｙ用于实现各节点的互联，战 场态势显示则使用ＭａｐＩｎｆｏ开发。该实验平台具有低成本、通用性和可扩展性强的特点，可以有效地将基地化训练模式延伸 到末端。 关键词：战争实验室，ＤｉｒｅｃｔＸ，ＭａｐＩｎｆｏ 中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ
Ａｎ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐｌａｔｆｏｒｍ
ＺＨＡＮＧ Ｊｕｎ，ＧＵＯ Ｘｉｎ—ｚｈａｏ，ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇ—ｍｅｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｘｉ’ａｎ ７１００５１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｂｏｕｔ ｈｏｗ ｔｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓ ｔｈｅ ｂａｔｔｌｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｌａｂ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＤｉｒｅｃｔＸ ａｎｄ ｔｈｅ ＭａｐＩｎｆｏ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｗｉｔｈ ＤｉｒｅｃｔＧｒａｐｈｉｃｓ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ
ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ＤｉｒｅｃｔＩｎｐｕｔ，ｔｈｅ ｓｏｕｎｄ ｏｆ ｂａｔｔｌｅ ｆｉｅｌｄ ｗｉｔｈ ＤｉｒｅｃｔＳｏｕｎｄ，ｔｈｅ ｎｅｔ ｗｉｔｈ ＤｉｒｅｃｔＰｌａｙ，ａｎｄ
ｓｈｏｗ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｌｔｔｌｅ ｓｔａｔｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｍａｐｉｎｆｏ．Ｔｈｉｓ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｓ ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｅａｓｙ ｔｏ ｅｘｐａｎｄ，ｃａｎ ｂｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ
ｏｆ ｔｕｒｎ ａ ｂａｓｅ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｍｏｄｅ ｔｏ ｂｉｔｔｅｒ ｅｎｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｒ ｌａｂｏｒｙ，ＤｉｒｅｃｔＸ，Ｍａｐｌｎｆｏ
引 言
作战实验室的任务之一就是通过以计算机技术
为核心的现代模拟技术，对未来作战环境、作战行
动、作战过程以及武器装备性能等进行描述和模拟，
使受训者得到近似实战、实装锻炼的高度模拟化的
训练。战争实验室可以完成如下重要功能：①论证
研究新的作战思想；③实验各种作战方案的可行性
和有效性；③对新概念武器系统进行先期演示论
证；④在复杂的现代战争环境下，为各类参战人员
提供一个近似实战的环境，对各类人员进行有效的
训练。 以合同训练基地和国防大学战争实验室的建成
收稿日期：２００８—０７—２４ 修回日期：２００９—０３—０１ 作者简介：张 军（１９７３一 ），男，河北石家庄人，副教授， 博士，主要研究方向：计算机图形学和战场可 视化技术。 为标志，表明我军信息化训练手段取得了长足的进 步，并已在战争模拟和战争实验领域处于世界先进
水平。大型训练基地和模拟训练中心对提高我军信 息化训练水平起到了相当大的推动作用，但也存在
着轮训周期长和训练经费相对较高的特点，很难保
证每支部队都能全员全装经常性地进行这样高水平 的对抗性训练，而且对于一些小规模的战术问题，也 没有必要非得到训练基地去解决。因此，建设一批小
型的战争实验仿真平台是对合同训练基地和模拟训
练中心的有效补充，使基地化训练和模拟对抗性训
练模式的促进作用能够延伸到末端，是基于这样的
设想提出的，本文就是对基于ＤｉｒｅｃｔＸ架构的作战
实验仿真平台的基本体系结构、部署方式及其实现
方案进行研究，并实现了一个初步的演示系统。该平 台可以集多种武器系统的模拟训练、协同战术指挥
和对抗演练为一体，以流行的３Ｄ网游方式进行部
署，实现与各种实物／半实物训练器材无缝连接，以 张军，等：一种作战实验仿真平台的实现方案 （总第３５—３３１） ・１６１・
低成本和简易的方式构建作战实验仿真环境，满足
对抗性战术训练的需求。
１ 系统结构
作战实验仿真平台主要包括两大部分：武器仿
真节点和态势显示。武器仿真节点完成对武器系统
的全数字仿真，并提供战场三维场景，让受训人员能
够身临其境地感受真实的作战环境，通过计算机网
络实现不同武器系统之间的对抗性仿真训练；态势
显示在ＧＩＳ系统上将双方的作战状态和兵力部署
提供给指挥员，供其决策使用。
图１所示为演示系统的硬件结构，由３台普通
ＰＣ、１台４路视频切换器、１台ｌＯ／１００ Ｍ快速以太
网交换机以及一套投影机／幕组成。各仿真ＰＣ组成
１０／ｌＯ０Ｍ ＬＡＮ，通过视频切换器将各个终端的显示
状态在大屏幕上切换查看，或设置一定的时间间隔
依次轮询各个终端。以上整体可作为一个模块，通过
路由器接人Ｉｎｔｅｒｎｅｔ后，同部署在远程的相同模块
进行交互。
Ｉｎｔｅｒｎｅｔ －一 路由器 防火墙
图１系统结构
２ 系统实现
ＤｉｒｅｃｔＸ套件是在Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下，专业游戏
程序员的首选开发平台，常用的是４个组件：
ＤｉｒｅｃｔＸＧｒａｐｈｉｃｓ、Ｄｉｒｅｃｔｌｎｐｕｔ、ＤｉｒｅｃｔＳｏｕｎｄ 和 ＤｉｒｅｃｔＰｌａｙ。本项目中使用ＤｉｒｅｃｔＸＧｒａｐｈｉｃｓ实现交
互式图形仿真；使用ＤｉｒｅｃｔＩｎｐｕｔ实现仿真平台和训
练装备的数据接口；使用ＤｉｒｅｃｔＳｏｕｎｄ实现各种战 场声效；ＤｉｒｅｃｔＰｌａｙ则封装了对Ｌａｎ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的支
持，实现节点之间的互联。
态势显示使用Ｍａｐｌｎｆｏ开发。Ｍａｐｌｎｆｏ是目前 功能强大、全面和直观的桌面地图信息系统，它是表
达、模拟具有地理空间内涵的现实系统和进行数据
分析、处理的有力工具。通过自带的二次开发语言
Ｍａｐｂａｓｉｃ所提供的大量函数和ＯＬＥ技术，可以使
用户借助其他编程语言或工具实现与Ｍａｐｌｎｆｏ的
挂接。 ２．１武器仿真节点实现 ２．１．１ ＤｉｒｅｃｔＸＧｒａｐｈｉｃｓ组件
Ｄｉｒｅｃｔ３Ｄ是ＤｉｒｅｃｔＸＧｒａｐｈｉｃｓ的核心部分，是
Ｗｉｎｄｏｗｓ应用程序和图形硬件之间的高性能编程
接口，本项目使用Ｄｉｒｅｃｔ３Ｄ实现了实时三维图形引
擎的设计和实现，主要包括：地形数据动态调度、
ＬＯＤ技术、碰撞检测、告示板、镜头光晕、实时阴影
等图形生成技术，渲染管线则采用ＧＰＵ Ｖｅｒｔｅｘ／
Ｐｉｘｅｌ Ｓｈａｄｅｒ，通过ＨＬＳＬ语言控制渲染流程。
２．１．２ ＤｉｒｅｃｔＩｎｐｕｔ组件
ＤｉｒｅｃｔＩｎｐｕｔ是对输入／输出设备进行操作的
ＡＰＩ接口，它全面支持各种输入／输出设备，包括键
盘、鼠标、游戏杆以及各种力反馈设备。通过行为映
射技术，应用程序不需要知道输入／输出设备的具体
类型，就可以对其数据进行处理，即使应用程序工作
在后台，也同样可以收发数据。
本系统采用ＤｉｒｅｃｔＩｎｐｕｔ作为操控武器仿真系统
的标准输入／输出接口。在全数字环境下，可以从键
盘、鼠标和游戏杆接收数据；在实物／半实物仿真环境
下，利用ＤｉｒｅｃｔＩｎｐｕｔ也可实现与模拟训练器材的无
缝连接。武器仿真节点运行结果如图２和图３所示。
圈２模拟飞行 囤３座舱平显 ２．１．３ ＤｉｒｅｃｔＳｏｕｎｄ组件 声音是影响仿真效果的一个重要方面，
ＤｉｒｅｃｔＳｏｕｎｄ是一个功能强大的实时声音编程接口，
它能够以极低的响应延迟播放声音，并且可以使应
用程序能够在较高级别上控制硬件资源；可以从资
源或文件中同时播放多个声音；可以为硬件控制的
缓冲区分配优先级；能够为声音提供定制的３Ｄ环 境效果；可以添加回音、合声等特效，并且可以动态
地调整这些特效的参数；还可以从麦克风或其他输
人设备上捕获声音。
本项目使用ＤｉｒｅｃｔＳｏｕｎｄ构建战场声音环境，
实现各种声音特效以及采集各种声音素材，例如枪 炮、爆炸、撞击、摩擦声效等，利用ＤｉｒｅｅｔＳｏｕｎｄ提供
的３Ｄ特性，构造出逼真的自然环境。
２．１．４ ＤｉｒｅｃｔＰｌａｙ组件
ＤｉｒｅｃｔＰｌ
ａｙ是开发多人游戏和网络应用程序的 ・１６２・ （总第３５－－３３２） 火力与指挥控制 ２０１０年第２期
ＡＰＩ接口，它提供了两种基本的任务模式：Ｃｌｉｅｎｔ／ Ｓｅｒｖｅｒ和Ｐｅｅｒ—ｔｏ—Ｐｅｅｒ，拓扑结构如图４和图５所示。
图４ Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｒｖｅｒ结构
图５ Ｐｅｅｒ－Ｔｏ－Ｐｅｅｒ结构 在ｃ／ｓ模式中，客户端和服务器端的应用程序
是分离的，并且是两种截然不同的程序。服务器程序
部署在远程，服务器端在硬件方面，至少需要一个能
够处理消息转发的ＨＵＢ和一台专用的服务器。在运
行客户端程序的各个网络节点之间需要通过服务器
转发才能相互通讯；客户端程序的作用则是为用户提
供一个界面，并保持客户端和服务器状态的同步。 在Ｐｅｅｒ—ｔｏ—Ｐｅｅｒ模式中，没有客户端程序和服
务器程序的区分，所有系统状态和消息都需要由运
行在各自网络节点上的应用程序负责。可以由其中
任意一个作为主机，由它创建任务和负责管理加入
到系统当中的用户。如果该主机因某种原因需要退
出网络应用，可以通过“主机迁移”机制将其所负责 的任务转交给网络中的其他用户，使整个网络应用
不会因主机的退出而停止运行。
应用系统应该如何进行部署，主要考虑以下两
点：①网络环境：如果将系统部署在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上，采
用ｃ／ｓ模式是合适的，而如果在Ｌａｎ上架构，由于
不需要部署专用服务器而采用Ｐｅｅｒ—ｔｏ—Ｐｅｅｒ模式更
为廉价和简便；②用户规模：采用不同的模式，对可
以加入到系统中的最大用户数是有很大影响的。由
于Ｐｅｅｒ—ｔｏ—Ｐｅｅｒ模式需要在各用户之间传递所有消
息，网络负载将会随着用户数的增加而呈指数增长，
因此该模式在１０／１００ Ｍ的Ｌａｎ条件下，最大用户 数一般不会超过２Ｏ人～３Ｏ人；而在ｃ／ｓ模式下，网
络传输瓶颈只会产生在服务器端，网络负载也只是
随着用户数线性增长，因此对于大规模的对抗演练
采用该模式部署是适宜的。图６和图７所示为双机
编队飞行和视距对抗的运行结果。
翟一 —■■■—■
图６双机编队飞行 图７双机视距对抗
２．２战场态势显示实现
２．２．１ 地图空间数据的采集 本系统采用多幅地图联合应用的方法。首先利
用扫描仪将１：５４０万的纸质地图以栅格图的形式
存放到计算机中，并以栅格图为基准，通过投影变换
（将地形图的高斯一克吕格投影转换到经纬度坐标系
中），对图像进行配准，然后采用鼠标手动跟踪的方
法对等高线地图按图层进行矢量化。地图采用分层
管理的方式，每个含有图形对象（区域、点、线和文 本）的层都可以用数据库表的形式单独显示。将多个
图层叠加在一起，就可以显示战场的所有信息。 ２．２．２信息实时传输
态势显示节点利用ＯＬＥ技术，以Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ
为前台应用开发工具，Ｍａｐｌｎｆｏ作为后台地理信息
系统管理平台，在设置好ＩＰ地址和端口后，通过
ＷＩＮＳＯＣＫＥＴ建立网络连接。利用ＴＣＰ／ＩＰ协议，
武器仿真节点将作战装备的相关信息进行组合后不
断地发送给态势显示节点。显示节点接收数据串后
进行处理，并且不断调用ＣｒｅａｔｅＰｏｉｎｔ（ｚ， ）函数绘 图。ＣｒｅａｔｅＰｏｉｎｔ（ｚ，Ｙ）函数使用“ＭＡＰＩＮＦＯ．ＤＯ ＣＲＥＡＴＥ ＰＯＩＮＴ ＩＮＴＯ Ｘ，Ｙ”语句将接收到的ｚ，
Ｙ坐标数据绘图到Ｍａｐｌｎｆｏ建立的空白图层上。
利用Ｍａｐｌｎｆｏ的二次开发语言ＭａｐＢａｓｉｅ，通过
调用ＭａｋｅＳｙｍｂｏｌ（ｓｈａｐｅ，ｃｏｌｏｒ，ｓｉｚｅ）函数设置当前 建立的各类装备符号。各类装备符号在Ｍａｐｌｎｆｏ中
作为一个点符号，每当接收到一个新的位置数据时，
就重新在新位置上创建一个新的装备对象。该对象 在地图上的动态显示可通过调用ＣｒｅａｔｅＰｏｉｎｔ（ｚ，．）ｒ）
函数来实现，位置由参数ｚ，Ｙ决定，采用经纬度坐
标。该函数返回一个对象变量，用于实时创建对象在 图上的位置，监控作战装备的运动轨迹，开发模式如
１６８页图８所示。
（下转第１６８页）