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HMD 4
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1 120
图5-20 第五场景画面2 120
图5-21 第五场景画面3 121
图5-22 第五场景画面4 122
图5-23 回答第五场景问题 123
图5-24 第六场景画面1 123
图5-25 第六场景画面2 124
图5-26 第六场景画面3 125
图5-27 第七场景画面1 125
图5-28 第七场景画面2 126
图5-29 第七场景画面3 126
图5-30 第七场景画面4 127
图5-31 第七场景画面5 127
图5-32 第八场景画面1 128
图5-33 第八场景画面2 128
图5-34 第八场景画面3 129
图5-35 第八场景画面4 130
图5-36 第八场景画面5 130
图5-37 第八场景画面6 131
图5-38 第八场景画面7 131
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