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第一章　绪论1

第一节　仿真、虚拟现实与虚拟仿真1

一、仿真1

二、虚拟现实2

三、虚拟仿真4

四、需要区分的几个概念6

第二节　虚拟仿真发展概况8

第三节　虚拟仿真应用11

第四节　本书的组织14

第二章　地震救援虚拟仿真系统需求分析15

第一节　地震救援相关背景15

第二节　地震救援训练需求分析17

一、救援训练的内容17

二、抢险救援行动的组织程序18

三、救援训练组织方法18

四、救援队主要装备器材20

五、救援训练的考核22

六、救援训练对虚拟仿真系统的要求22

第三节　地震救援组织结构24

一、地震现场人员角色及其用例25

第四节　地震救援业务流程31

一、准备阶段32

二、搜索阶段36

三、营救阶段47

四、撤离阶段60

第三章　地震救援虚拟仿真系统总体设计62

第一节　系统体系结构设计62

一、整体结构设计62

二、结构组成设计63

第二节　系统硬件组成设计72

第四章　地震救援虚拟仿真想定编辑系统74

第一节　概述74

一、虚拟仿真想定74

二、虚拟仿真想定与传统想定的区别与联系75

三、虚拟仿真想定的特点76

第二节　虚拟仿真想定系统的结构76

一、想定编辑器77

二、想定编辑子系统78

三、三维想定数据库79

四、想定运行管理子系统81

五、接口子系统82

第三节　地震救援仿真想定系统生成83

一、地震救援训练想定83

二、地震救援训练想定系统结构83

三、地震救援训练想定系统的使用86

第五章　地震现场救援指挥决策训练系统99

第一节　概述99

一、系统体系结构99

二、流程106

第二节　训练脚本106

一、脚本系统的概念与作用106

二、脚本系统的实现106

三、脚本关键词107

四、关键词规则107

五、规则详解107

第三节　典型训练场景112

一、场景一112

二、场景二113

三、场景三115

四、场景四117

五、场景五119

六、场景六123

七、场景七125

八、场景八128

第六章　指挥员训练虚拟仿真系统132

第一节　概述132

第二节　指挥员控制133

一、研发思路与技术路线133

二、系统原理135

三、系统开发与实现135

第三节　虚拟人控制137

一、研发思路与技术路线137

二、系统原理138

三、系统开发与实现140

第四节　想定加载与运行控制140

一、研发思路与技术路线141

二、系统原理142

三、系统的开发与实现144

第五节　三维场景渲染145

一、总体说明145

二、研发思路与技术路线145

三、系统的开发与实现146

四、主要技术148

第六节　现场指挥员训练脚本案例150

一、说明150

二、现场指挥员训练流程图实例151

三、训练脚本各环节场景详细描述152

第七章　单兵训练虚拟仿真系统172

第一节　系统设计172

一、总体设计172

第二节　想定控制系统174

一、技术研究174

二、想定控制系统技术实现177

第三节　数据采集系统177

一、技术研究177

二、数据采集系统结构185

三、数据采集系统技术实现186

第四节　动力学计算系统186

一、技术研究186

二、动力学计算系统结构189

三、动力学计算系统技术实现190

第五节　可视化仿真系统191

一、技术研究191

二、可视化仿真系统结构205

三、可视化仿真系统技术实现206

参考文献211

图1-1 VR 6型HMD4

图1-2　无需佩戴眼镜的3D显示器4

图1-3　传统数字仿真的一般过程8

图1-4　仿真可视化示意图8

图1-5　虚拟仿真系统驾驶训练场景13

图1-6　虚拟仿真系统用于训练人员疏散的场景13

图2-1　联合国现场协调行动中心的帐篷17

图2-2　联合国协调中心的工作人员正在帐篷中工作17

图2-3　国内地震现场救援现场组织图25

图2-4　国外地震现场救援现场组织图25

图2-5　救援队总队长用例图26

图2-6　救援队队长用例图26

图2-7　搜索小组成员用例图27

图2-8　营救小组成员用例图28

图2-9　医疗小组成员用例图29

图2-10　结构专家用例图30

图2-11　地震专家用例图31

图2-12　救援队状态转换图31

图2-13　准备阶段的业务环节图33

图2-14　准备阶段的业务流程34

图2-15　领受救援任务34

图2-16　收集群众信息35

图2-17　保护现场活动图36

图2-18　搜索行动的业务环节图37

图2-19　搜索阶段的业务流程38

图2-20　“搜索行动”泳道活动图39

图2-21　搜索队员活动图40

图2-22　搜索序列图41

图2-23　呼叫搜索方法43

图2-24　多个房间搜索路线43

图2-25　开阔区线形搜索路线44

图2-26　“周边搜索”方法44

图2-27　营救行动的业务环节图48

图2-28　营救行动总流程图50

图2-29　评估营救场地52

图2-30　制定营救计划53

图2-31　划分营救工作区54

图2-32　创建安全通道55

图2-33　原地救治受难者57

图2-34　移出受难者58

图2-35　全程安慰受难者59

图2-36　撤离行动的业务流程60

图2-37　写工作日志活动图61

图3-1　系统整体结构设计63

图3-2　虚拟仿真系统结构组成63

图3-3　训练想定生成模块框架图66

图3-4　两个子系统之间的信息流68

图3-5　多点音频合成的集中计算模型70

图3-6　基于空间交互的合成计算模型72

图3-7　地震救援虚拟仿真系统的硬件组成72

图4-1　想定系统的结构77

图4-2　三维模型库组成结构图80

图4-3　重机模型结构示意图81

图4-4　地震救援训练想定系统结构示意图84

图4-5　三维场景编辑85

图4-6　伤员属性输入对话框85

图4-7　创建新场景86

图4-8　编辑器框架86

图4-9　创建方式一87

图4-10　右侧快捷创建框87

图4-11　创建方式二88

图4-12　操作示意图88

图4-13　左侧树形控件89

图4-14　模型动态操纵90

图4-15　地形图90

图4-16　正在操作的模型90

图4-17　显示操作历史91

图4-18　场景的保存91

图4-19　雾效果设置92

图4-20　雨效果设置92

图4-21　雪效果设置界面92

图4-22　下雪效果演示93

图4-23　火焰、烟雾、爆炸效果设置93

图4-24　火焰效果94

图4-25　烟雾效果94

图4-26　爆炸效果94

图4-27　运动路径的录制和回放94

图4-28　模型文件导入界面95

图4-29　动态时序编辑界面95

图4-30　摄像机控制方式97

图4-31　三维文字显示97

图4-32　3D控制界面98

图5-1 系统中的各模块以及相互间的依赖关系100

图5-2　设计类图100

图5-3　创建地形的顺序图102

图5-4　向地形管理器通知摄像机位置改变的顺序图103

图5-5　更新地形分块的顺序图103

图5-6　系统运行流程106

图5-7　进入第一场景112

图5-8　震后宏观场景113

图5-9　进入第二场景113

图5-10　进入第三场景114

图5-11 回答救灾问题115

图5-12　进入第三场景115

图5-13　灾民拦截救援车辆116

图5-14　救援队长回答问题117

图5-15　进入第四场景117

图5-16　第四场景画面118

图5-17 回答第四场景问题119

图5-18　进入第五场景119

图5-19　第五场景画面1120

图5-20　第五场景画面2120

图5-21　第五场景画面3121

图5-22　第五场景画面4122

图5-23　回答第五场景问题123

图5-24　第六场景画面1123

图5-25　第六场景画面2124

图5-26　第六场景画面3125

图5-27　第七场景画面1125

图5-28　第七场景画面2126

图5-29　第七场景画面3126

图5-30　第七场景画面4127

图5-31　第七场景画面5127

图5-32　第八场景画面1128

图5-33　第八场景画面2128

图5-34　第八场景画面3129

图5-35　第八场景画面4130

图5-36　第八场景画面5130

图5-37　第八场景画面6131

图5-38　第八场景画面7131

图6-1　指挥训练与演示系统构成133

图6-2　语音识别原理134

图6-3　系统运行流程图137

图6-4　虚拟人控制与表现140

图6-5　想定加载与运行控制加入联邦前用例图143

图6-6　加入联邦前用例图143

图6-7　想定加载与运行控制程序流程图144

图6-8　三维场景渲染模块系统用例图147

图6-9　指挥训练与演示系统构成150

图6-10　现场指挥员训练流程图152

图7-1　个体训练系统部署图173

图7-2　系统层次结构174

图7-3　RTI系统服务结构175

图7-5　HLA标准开发过程176

图7-6　动作捕捉系统组成178

图7-7　头盔数据处理流程179

图7-8　数据头盔179

图7-9　数据手套连接180

图7-10　数据手套传感器分布示意图180

图7-11　MotionStar运动跟踪系统181

图7-12　MotionStar应用实例181

图7-13　传感器在受训者身体上的分布图（五角星所在为传感器位置）182

图7-14　数据采集盟员处理流程185

图7-15　数据收集盟员用例图186

图7-16　碰撞检测算法187

图7-17　动力学计算盟员系统结构190

图7-18　动力学计算盟员用例图190

图7-19　动力学计算盟员数据处理流程191

图7-20　虚拟人的骨骼结构树192

图7-21　虚拟人骨架FK运动示意图194

图7-22　骨架运动194

图7-23　SSRE平台总体结构197

图7-24　SSRE平台核心结构198

图7-25　对象管理模块199

图7-26　对象操作199

图7-27　文件解析201

图7-28　渲染引擎结构图201

图7-29　系统场景图结构202

图7-30　多通道渲染管线203

图7-31　图形用户接口204

图7-32　数据读写流程205

图7-33　可视化仿真系统部署图206

图7-34　第一人称场景技术流程207

图7-35　第一人称视角场景显示207

图7-36　第三人称场景计算盟员序列图208

图7-37　第三人称场景计算盟员场景显示209

图7-38　可视化仿真盟员用例图210

图7-39　可视化仿真盟员系统结构210