三維實體模型

三維實體模型的重要內容是在對實體對象建模，包括屬性、能力和行為建模的同時，還建立和關聯了實體相應的三維模型，包括幾何模型、簡單行為模型等。每一個三維實體模型都是包含了屬性信息、幾何模型、行為模型以及相應調用接口的對象模型，在此基礎上，三維仿真系統可以在場景中直接從三維實體模型體系中調用所需要的實體模型並實現互動和繪製。

基本介紹

• 中文名：三維實體模型
• 外文名：3D solid model
• 領域：仿真系統
• 類型：實體對象模型
• 內容：屬性信息、幾何模型、行為模型
• 有關術語：實體

簡介

實體模型體系是對實體模型構成及其相互關係的描述。它包括兩個方面的關鍵內容：一是實體模型的建模，主要是實體對象模型的建立；二是模型相互關係的描述。三維實體模型本質上仍屬於實體對象模型，三維實體模型體系的建立依靠在實體對象模型體系的基礎之上。因此，三維實體模型體系的結構與實體模型體系結構相一致。具有以下優勢：加強了模型的一致性，通過建立一套通用開放的對象名稱和屬性、行為的接口集，可以使得不同系統和分散式系統中所有模型保持單元和平台調用的一致性；支持和方便了模型開發，標準模型增強了重用性和互操作性，可減少設計工作以提高建模的效率，增強模型的可用度；改進了校核和驗證。但同時也存在一定的缺陷，如果建立的實體模型信息不充分或有缺陷，將制約模型體系的使用和增加模型設計開發的工作量。

實體

在仿真系統中實體是要建模研究的系統對象，是需要單獨辨識的一切主體和客體。實體可以是一個系統，也可能是系統的一個要素或子系統。而實體類則是概念模型描述中的最基本概念，是對具有相同特徵的一類事物或特定個體的抽象。在仿真概念模型中，具有重要意義的物理對象或概念對象均可以視之為實體類。實體和實體類主要是確定實體的屬性、行為及相互間的關係。實體的屬性是實體特徵的描述，是實體所擁有全部特徵的一個子集，用概念、特徵參數或變數表示，主要包括基本屬性、空間屬性、行為屬性、效能屬性等種類。實體屬性可以根據其變化特徵分為靜態屬性和動態屬性，靜態屬性一般不發生變化，動態屬性則要隨實體的活動不斷改變。

實體狀態是對實體活動的特徵狀況或形態的描述，屬於實體的動態屬性，其表征值稱為狀態變數。實體及其狀態是客觀的，但它們的選取與表達是主觀的，狀態變數的選擇取決於建模者的目的、興趣以及對問題空間的認識和理解程度。對於同一實體，不同的建模者可能有不同的狀態描述。

實體行為是指實體對於環境所表現出來的任何變化。實體是行為的主體，也是其它實體行為的客體。實體的行為分為行動和動作。其中動作是實體能做出的最小的具體行為，而行動，又可被稱為任務，是一個或一組動作的行為過程，是具有明確意圖的最小行為單元。一組行為可以按照某個過程組合成更大的任務。一般的實體都會具有執行多種動作的能力，而這些動作又組合成了該實體的行為集合。

動作是實體所具備的能力或功能屬性，是實體能做出的最小的具體行為，即是不可分或不必要再分的最基本和最底層的行為要素。

三維實體模型體系的設計

三維實體模型體系的設計是對實體模型構成及其關係的描述的設計，因此主要內容包括三維實體模型體系結構的設計和實體模型體系的分類，以及在此基礎上三維實體模型對象類的設計。

實體模型體系結構

三維實體模型本質上仍屬於實體對象模型，三維實體模型體系的建立是依靠在實體對象模型體系的基礎之上，因此，三維實體模型體系結構的設計與實體對象模型體系結構設計基本一致。實體模型體系結構的層次由高到低可以劃分為：系統級、單元級、平台級、組件級。這種組合層次是對仿真模型劃分的一種構成關係，目的是實現戰場仿真系統可以運用組合的方法建立仿真模型，並增加模型的重用性。每個層次的具體內容如下：

系統級是為完成一定任務，由功能上相互聯繫、相互作用的不同實體耦合而成的模型系統。一般含有多類且每類包含一定數量的對象模型。

單元級是用來表示為支持一項任務而開展的一系列行動的實體，因此單元具有一定的目的，可以由平台級模型或組件組合而成。單元級可以對應單元體模型，還可以對應於由多個單元體聚合而成的聚合體模型，例如在低解析度的戰場仿真系統中，飛機編隊、坦克連或步兵師作為仿真單元級的實體，對應的模型就可以是聚合體模型。

平台級是由不同功能的組件按一定結構關係組成的，能夠獨立存在的單元體，具有給定標識符、空間坐標等狀態描述，一般對應於單元體模型。例如，對於一個坦克平台，它可以分為車體、感測器、直射火力（主炮和副炮）、履帶式移動、通信、供應等組件。

組件級是針對實體特定功能或行動建立的模型組件，具有特定功能但不具有獨立能力，對應於組件模型。

實體模型體系的分類

在不同仿真系統中，仿真系統的模型空間有所不同，即使對同一套模型體系，模型的分類標準和模型體系的設計也有所不同，不同的角度出發存在不同的分類選擇，因此選擇的隨意性較大。在排除不同仿真系統套用的影響儘量減少人為因素的基礎上，採取一種自然的方法對模型進行分類，這與最好的面向對象技術相一致。模型體系的分類確定了模型的層次關係和繼承關係，同時還需要注意保證它的靈活性和可擴展性。

實體模型對象類的設計

在實體對象模型體系的層次結構關係建立和完善的基礎上，接下來的任務是對實體建立實體對象模型，即實現實體對象類的設計工作。實體對象類的設計一方面需要考慮對於父類的繼承和重載，另一方面是如何實現實體對象類本身的屬性、行為以及接口的抽象和設計。對實體對象類的建模主要是抽象出實體的主要屬性信息和行為方法，對實體的抽象和描述可以採用以下兩種方法：一種是基於通用模型語言 UML的設計方法，另一種是基於HLA的面向對象模板 OMT方法。兩種方法都可以實現對對象類的抽象，並能提供模型的規範描述，有利於提高模型的重用性。

設計原則

設計原則如下：

實體模型體系應具有完備性與開放性：應該能夠不斷的完善，最終囊括模型體系中各種類型的模型，並且可以接入其它的模型體系。

模型體系應具有相對獨立性與可擴展性：所建的實體模型應具有相對的獨立性，不依賴於其它模型和仿真套用系統，同時，根據需要可對模型進行擴展。

需要考慮實體模型體系的標準化和互連、互通、互操作等實際需求：實體模型體系各個模型的描述和建立需要考慮到標準化的問題（例如遵循 HLA 標準），以便增加實體模型的互操作性和可重用性。

實體模型具有多解析度：考慮到模型可能在不同類型的系統和環境下套用，不同情況下模型的套用需求和側重點不同，因此在設計模型時需考慮多解析度的情況。

實體模型應具有可驗證性、可操作性強等特點：建立的實體模型應符合實際情況，能夠接受驗證，並且操作應該方便簡單。

三維實體模型體系的建立對於三維仿真系統具有重要的意義。對仿真系統中的實體體系按照一定的標準建立三維實體模型體系框架病進行組織管理和提供公共訪問接口，是三維仿真系統中實體模型的重用性和互操作性的重要途徑。三維實體模型中的實體對象模型為實體提供統一規範的屬性、行為描述和函式、方法、接口，而三維模型則是實體在三維仿真中的外觀、行為等模型。三維實體模型通過將實體的兩種模型關聯在一起，並提供統一的描述和接口，可以直接套用在三維仿真系統中，在很大程度上便利了三維仿真系統的開發和套用。