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【科普】阅兵式上的测绘黑科技

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  2019年10月1日上午

  庆祝中华人民共和国成立70周年大会

  阅兵式、群众游行隆重举行

  气势磅礴、精彩纷呈

  在如此庞大复杂的庆典活动中,成千上万个元素如何有序组合?不同方阵的训练效果如何评估?众多武器装备的参阅效果如何阅览?游行方阵的排练、指挥、集结和疏散又是如何进行的?今天就让我们来揭秘,这庆典背后的黑科技——模拟仿真系统。

此次阅兵首次借助仿真模拟系统

  9月24日,阅兵领导小组办公室在新闻发布会上介绍70周年阅兵的创新亮点和鲜明特点中,第八条指出“仿真模拟的手段运用成效明显。这次阅兵首次借助仿真模拟系统,对总体方案进行推演论证,对方队编组、队形变换和受阅状态等进行三维立体实景模拟展示,在改进编组方式、提升观瞻效果上起到重要支撑作用。”

  该系统构建了近20万平方公里阅兵区域的三维仿真地理环境。系统可从任意视点位置和方向动态设置技术方案,可为指挥人员在三维空间多方位观察角度,掌握编队所处空间地理位置、跟进距离、跟进时间及编队间的位置关系及各编队进入基准线的准确时间。

  该系统的使用,提高了阅兵指挥员的指挥、调度能力,圆满实现了“队形准确、衔接紧密、米秒不差、安全无误”的要求。同时也为军方今后组织大型活动和遥感测绘、地理信息技术服务军方开辟了新领域。

开发阅兵仿真系统的功能主要分为三个阶段:

  第一阶段是游行队伍仿真设计与模拟功能。每个方阵的固定长度,队员的行进、服装、道具都要通过仿真系统进行配置模拟。先用电脑排出游行方阵二维图,二维图配置完成后,利用三维动态演示技术进行大量的建模和渲染,直至全部的设备和方阵渲染完成。通过仿真模拟帮助指挥部看到直观的视觉效果,优化了总指挥与分指挥之间的交流工作,降低了排练风险。仿真模拟系统在方阵游行活动中,也起到了重要作用。除了对游行方阵的视觉模拟,还能协助指挥部对20万人的人群集结和疏散起到关键作用。

  第二阶段是游行队伍辅助训练功能。在方阵训练、分指合练、整体合练和彩排预演过程中,利用激光、视频等技术手段,通过对实际训练状况的数据和图像采集,与系统进行对比,查找训练过程中存在的问题,进行智能化的调控,辅助调整训练的步幅、步速和队形,提高训练效率,确保游行队伍行进时间的准确无误。系统的数据采集方式不仅依托有线触发行程监测系统,还包括有无线监测系统。激光检测仪检测队伍整体形状,利用定位系统进行队容监测,将数据发到三维地图上,当行进队伍速度不够时,系统要提示他们加速前进,如果前一个方阵延迟了时间,后一个方阵就要缩短间隔。

  第三阶段是对游行队伍的辅助指挥。依托激光定位、图像采集、模型仿真等技术手段,建立游行队伍集结、行进、疏散各个环节时间的实时对比系统,通过为指挥人员的现场指挥提供真实可靠数据,给出行进指令的时间调整建议,确保游行队伍的准时、安全通过,这是仿真指挥的功能特点。在总指挥室,指挥人员不仅可以控制仿真系统,还可看到状态图、三维地图、仿真系统、监控系统、音频、视频,通过网络传送指令到发令台,随时看到全局。为方便指挥员使用,系统还有随时停止截屏功能,显示每个方阵相关信息。

阅兵装备人员仿真科技驱动大力提升阅兵实施效果

  “阅兵实施模拟仿真系统”的研制统筹了体系仿真、虚拟现实、智能评估等仿真领域先进成果,并将数字孪生技术、实时影像技术等运用到模拟仿真领域,首次实现了“数字化阅兵”。完成了系统总体方案设计、搭建了自主可控、灵活扩展的仿真集成框架,完成了数万项相关数据的采集处理,完成了59个方(梯)队(约1.5万人),各型飞机160余架,装备580台的高精度动态数字仿真模型,搭建了影视级长安街沿线区域数字场景,实现了大场景下三维仿真推演与分析。

  该系统完成三大“首次”,首次实现了阅兵过程全流程、全要素、动态可调的仿真模拟,首次实现了影视级的全三维数字化阅兵,首次以可视化仿真模拟手段辅助我军阅兵实施方案的分析优化。系统的成功研制及应用开创了我军大型演习演练活动组织实施的新模式,引领了高逼真、高沉浸的数字化阅兵的新方向。

阅兵装备人员三维建模概况:

  阅兵装备人员三维建模是获取各类专项活动武器装备外形尺寸和贴图材质、人员服装配枪、场地设置和专项活动声音等数据,建立专项活动装备、飞行编队、专项活动人员、方队的三维模型和骨骼动画,构建专项活动的三维场景仿真效果。

阅兵装备人员三维建模资源体系:

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  整个阅兵装备人员三维建模资源体系由三大部分组成:武器装备三维模型、人员三维模型、高精度地物模型。

武器装备三维模型

  针对阅兵推演等实际应用需求,构建的装备三维模型主要包括陆、海、空、火箭军、战略支援部队、武警部队、预备役部队等各类装备模型。

人员三维模型

  针对阅兵推演等实际应用需求,构建的人员三维模型主要包括标兵、徒步方队、装备方队人员方阵等各类人员模型,以及举手礼、注目礼、齐步行进、正步行进等骨骼动画模型。

高精度地物模型

  针对阅兵推演等实际应用需求,本项目构建的高精度地物模型是对阅兵地理空间中涉及的道路、广场、楼房、公共设施等。

群众游行与疏散仿真,科技驱动大力提升效率

  仿真模拟系统对人群队形和行进行为进行了建模,例如群众游行国旗方阵步幅75厘米、致敬方阵步幅60厘米都被录入了仿真模拟系统,训练时再实时捕捉方阵行进速度、队形状态和通过时间等表现,直接给每个方阵打分,客观的评价结果,将每个方阵的训练效果直观展示出来,并及时反馈调整内容。

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  该仿真系统可以对观礼人员集结疏散过程中的人员流量、历时和入座率进行实时计算和态势分析,优化人群规划和疏导方案;对饮水、如厕、医疗急救等开展建模和实时仿真计算,推荐突发应急的应对策略;为现场集结疏散的指挥工作提供可靠的数据依据和策略评估。

  计算机仿真系统具有模拟仿真效果逼真、方案调整快捷高效、适用对象范围广泛、体系结构拓展灵活等鲜明特征,特别是方案论证作用更为明显,是辅助阅兵的一大特色和亮点。

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