摘  要： 簡述了圖形推演的定位和系統(tǒng)結構，重點研究了線狀目標爬行效果的實現，提出了基于特征值的中心線生成算法和基于非線性系數的曲線拐點生成算法。實際應用結果證明了該研究成果的有效性和實用性。
關鍵詞： 圖形推演；爬行效果；特征值算法

    隨著計算機信息化手段的日益普及和發(fā)展，以矢量圖形動畫實現為核心的圖形推演技術已被廣泛地應用于仿真模擬、情況匯報和態(tài)勢推演等各類軍事應用中，以達到幫助使用者更好地展示仿真過程、匯報值班情況或推演作戰(zhàn)謀劃的目的[1]。
圖形推演主要負責完成目標和場景的動態(tài)表達定義和演播，是圖形處理平臺的一個組成部分，其依托于圖形數據管理和圖形符號庫，為最終上層應用提供圖形動畫支撐，是態(tài)勢推演應用的關鍵部分。目前，許多動畫推演和圖形處理類的軟件[2-3]都具備了圖形推演的基本能力，基本都實現了目標基本動作的設計，但對動作動畫效果的精細性和準確性缺少深入的研究，往往止步于示意階段。本文將介紹圖形推演在線目標移動效果方面的研究成果。
1 系統(tǒng)概述
    圖形推演的系統(tǒng)結構如圖1所示，分為核心處理和應用兩個層次，核心處理層負責數據的生成、顯示、驅動和控制，應用層負責提供操縱目標數據和動態(tài)數據的各類界面操作。

    圖形推演系統(tǒng)的外圍是以圖形推演作為支撐平臺的推演類應用。
    目標數據管理模塊負責目標靜態(tài)數據的管理，處理數據的生成、修改和刪除。目標數據通過調用圖形繪制算法庫提供的相應算法完成顯示繪制。
     動作定義模塊為目標對象添加動作，追加到目標數據的動作屬性中。根據實際的需要，還可以設計動作組和動作集合，實現復合動作的定義和播放。
    計時管理器是推演技術的重要部分，負責按計時器的單位時間間隔從目標數據管理模塊獲取相關數據，生成當前時刻的動態(tài)數據，并記錄在動態(tài)數據管理模塊。
    動態(tài)數據是變化了的靜態(tài)數據，其初始顯示姿態(tài)和目標靜態(tài)數據本身相同，但隨著時刻的變化，目標的顯示效果也會變化。動態(tài)數據的顯示也要依靠圖形繪制算法庫完成。依據動作類型的不同，數據變化的方式也不相同。
    播放控制主要負責對計時管理器的控制，通過啟動、播放、暫停、停止和定位等指令，控制推演的工作時刻。
    視頻錄制提供了與外部應用的標準接口，實現推演制作的數據共享。錄制的過程也要靠計時管理器一幀一幀地推送渲染。
2 爬行動作定義
    圖形數據動態(tài)表達的基本單位是動作，描述一個動作的基本參數包括動作標識、動作名稱、起始時間和結束時間，而根據動作類型的不同，動作參數也各不相同。圖形推演支持的常用基本動作包括顯示/隱藏、閃爍、旋轉、按軌跡移動、生長和變形等。
    在戰(zhàn)場態(tài)勢推演過程中，隨著時間的推移，一些實體的空間位置會發(fā)生改變（如戰(zhàn)役中部隊的行進，飛機對敵方進行空襲等），這就需要定義一個按軌跡移動的動作，其動作參數為起始時間和移動路線軌跡，前者是線目標移動，后者是點目標移動。點狀目標移動相對簡單，可以通過設置標號的位置和方向角來體現，但對于線狀目標按軌跡的移動，理想效果是使線目標在路線上貼合爬行，因此又稱之為爬行動作定義。
3 爬行效果研究
3.1 問題描述
    效果指各類推演動作在播放時呈現出的結果，主要由動態(tài)數據管理和圖形繪制算法庫兩個模塊來完成。
對于爬行效果來說，目前大多數研究者[4]采用的方法都是解決線標首尾兩點的軌跡擬合，中間的點通過設置間隔容限和差值來實現。這種算法雖然通用，但沒有考慮線標實際含義和線標本身的擬合算法，導致在展示效果和準確性上都存在局限性，在實際推演播放中會呈現比較突兀的顯示姿態(tài)，導致軌跡發(fā)生跳躍、偏移。
以帶有寬度的箭標為例，假設其在一條有變化的道路上爬行，如圖2（a）所示。箭標有3個定位點，Ps為起始點，Pe為結束點，Pn為中間點，圖2給出了3個時刻的箭頭移動結果，第1時刻3點序列為{Ps，Pn，Pe}，第2時刻3點序列為{P′s，P′n，P′e}，第3時刻3點序列為{P″s，P″n，P″e}。

    圖3中，箭頭由7個點組成，其中第4點位置已經確定，即箭標中軸線的最后一點。根據箭頭角度、箭耳角度和箭頭占箭標總長的比例，就可以計算出其他6個點，這里不再贅述，重點介紹箭身的生成算法。箭身的生成算法如下。


  （4）獲得了L和R點序列，取默認調整比例，就可以擬合出過這些拐點的貝塞爾曲線；按照左箭身—箭頭—右箭身的順序，將集合點序列送入直線繪制函數，即完成了當前時刻箭標的效果顯示。
4 實驗結果
    圖5為“燕尾行動箭標”進行爬行移動的效果截圖。經實驗表明，爬行效果在各個彎度上都基本保持了尺寸不變和精確擬合。圖5（a）為第3 s剛剛開始起步的效果，圖5（b）為第11 s行動箭標在彎路上爬行的效果。
本文提出的線標爬行算法有效解決了線標移動的軌跡偏移問題，改善了以往按軌跡移動的動畫實現大多只重視點狀目標的實現，線狀目標的移動只關注首尾點或中心點的缺陷。

    圖形推演技術被用于多種軍事應用場景中，但不同應用場景（如作戰(zhàn)推演[7]、交接班匯報和想定仿真）在應用流程上還有很多差別，如前兩者的數據大多來自人工生成，而后者則主要是數據自動生成。如何整合這些應用場合的相同點和不同點，保證不同工作方式下動作參數獲取的一致性，是今后研究的一個主要方向。同時，研究多個目標同時動作下的時間同步和提速策略，也是影響效果進一步優(yōu)化改進的重要因素。
參考文獻
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