三维实体模型

三维实体模型的重要内容是在对实体对象建模，包括属性、能力和行为建模的同时，还建立和关联了实体相应的三维模型，包括几何模型、简单行为模型等。每一个三维实体模型都是包含了属性信息、几何模型、行为模型以及相应调用接口的对象模型，在此基础上，三维仿真系统可以在场景中直接从三维实体模型体系中调用所需要的实体模型并实现交互和绘制。

简介实体模型体系是对实体模型构成及其相互关系的描述。它包括两个方面的关键内容：一是实体模型的建模，主要是实体对象模型的建立；二是模型相互关系的描述。三维实体模型本质上仍属于实体对象模型，三维实体模型体系的建立依靠在实体对象模型体系的基础之上。因此，三维实体模型体系的结构与实体模型体系结构相一致。具有以下优势：加强了模型的一致性，通过建立一套通用开放的对象名称和属性、行为的接口集，可以使得不同系统和分布式系统中所有模型保持单元和平台调用的一致性；支持和方便了模型开发，标准模型增强了重用性和互操作性，可减少设计工作以提高建模的效率，增强模型的可用度；改进了校核和验证。但同时也存在一定的缺陷，如果建立的实体模型信息不充分或有缺陷，将制约模型体系的使用和增加模型设计开发的工作量。

实体在仿真系统中实体是要建模研究的系统对象，是需要单独辨识的一切主体和客体。实体可以是一个系统，也可能是系统的一个要素或子系统。而实体类则是概念模型描述中的最基本概念，是对具有相同特征的一类事物或特定个体的抽象。在仿真概念模型中，具有重要意义的物理对象或概念对象均可以视之为实体类。实体和实体类主要是确定实体的属性、行为及相互间的关系。实体的属性是实体特征的描述，是实体所拥有全部特征的一个子集，用概念、特征参数或变量表示，主要包括基本属性、空间属性、行为属性、效能属性等种类。实体属性可以根据其变化特征分为静态属性和动态属性，静态属性一般不发生变化，动态属性则要随实体的活动不断改变。

实体状态是对实体活动的特征状况或形态的描述，属于实体的动态属性，其表征值称为状态变量。实体及其状态是客观的，但它们的选取与表达是主观的，状态变量的选择取决于建模者的目的、兴趣以及对问题空间的认识和理解程度。对于同一实体，不同的建模者可能有不同的状态描述。

实体行为是指实体对于环境所表现出来的任何变化。实体是行为的主体，也是其它实体行为的客体。实体的行为分为行动和动作。其中动作是实体能做出的最小的具体行为，而行动，又可被称为任务，是一个或一组动作的行为过程，是具有明确意图的最小行为单元。一组行为可以按照某个过程组合成更大的任务。一般的实体都会具有执行多种动作的能力，而这些动作又组合成了该实体的行为集合。

动作是实体所具备的能力或功能属性，是实体能做出的最小的具体行为，即是不可分或不必要再分的最基本和最底层的行为要素。

三维实体模型体系的设计三维实体模型体系的设计是对实体模型构成及其关系的描述的设计，因此主要内容包括三维实体模型体系结构的设计和实体模型体系的分类，以及在此基础上三维实体模型对象类的设计。

实体模型体系结构三维实体模型本质上仍属于实体对象模型，三维实体模型体系的建立是依靠在实体对象模型体系的基础之上，因此，三维实体模型体系结构的设计与实体对象模型体系结构设计基本一致。实体模型体系结构的层次由高到低可以划分为：系统级、单元级、平台级、组件级。这种组合层次是对仿真模型划分的一种构成关系，目的是实现战场仿真系统可以运用组合的方法建立仿真模型，并增加模型的重用性。每个层次的具体内容如下：

系统级是为完成一定任务，由功能上相互联系、相互作用的不同实体耦合而成的模型系统。一般含有多类且每类包含一定数量的对象模型。

单元级是用来表示为支持一项任务而开展的一系列行动的实体，因此单元具有一定的目的，可以由平台级模型或组件组合而成。单元级可以对应单元体模型，还可以对应于由多个单元体聚合而成的聚合体模型，例如在低分辨率的战场仿真系统中，飞机编队、坦克连或步兵师作为仿真单元级的实体，对应的模型就可以是聚合体模型。

平台级是由不同功能的组件按一定结构关系组成的，能够独立存在的单元体，具有给定标识符、空间坐标等状态描述，一般对应于单元体模型。例如，对于一个坦克平台，它可以分为车体、传感器、直射火力（主炮和副炮）、履带式移动、通信、供应等组件。

组件级是针对实体特定功能或行动建立的模型组件，具有特定功能但不具有独立能力，对应于组件模型。

实体模型体系的分类在不同仿真系统中，仿真系统的模型空间有所不同，即使对同一套模型体系，模型的分类标准和模型体系的设计也有所不同，不同的角度出发存在不同的分类选择，因此选择的随意性较大。在排除不同仿真系统应用的影响尽量减少人为因素的基础上，采取一种自然的方法对模型进行分类，这与最好的面向对象技术相一致。模型体系的分类确定了模型的层次关系和继承关系，同时还需要注意保证它的灵活性和可扩展性。

实体模型对象类的设计在实体对象模型体系的层次结构关系建立和完善的基础上，接下来的任务是对实体建立实体对象模型，即实现实体对象类的设计工作。实体对象类的设计一方面需要考虑对于父类的继承和重载，另一方面是如何实现实体对象类本身的属性、行为以及接口的抽象和设计。对实体对象类的建模主要是抽象出实体的主要属性信息和行为方法，对实体的抽象和描述可以采用以下两种方法：一种是基于通用模型语言 UML的设计方法，另一种是基于HLA的面向对象模板 OMT方法。两种方法都可以实现对对象类的抽象，并能提供模型的规范描述，有利于提高模型的重用性1。

设计原则设计原则如下：

实体模型体系应具有完备性与开放性：应该能够不断的完善，最终囊括模型体系中各种类型的模型，并且可以接入其它的模型体系。

模型体系应具有相对独立性与可扩展性：所建的实体模型应具有相对的独立性，不依赖于其它模型和仿真应用系统，同时，根据需要可对模型进行扩展。

需要考虑实体模型体系的标准化和互连、互通、互操作等实际需求：实体模型体系各个模型的描述和建立需要考虑到标准化的问题（例如遵循 HLA 标准），以便增加实体模型的互操作性和可重用性。

实体模型具有多分辨率：考虑到模型可能在不同类型的系统和环境下应用，不同情况下模型的应用需求和侧重点不同，因此在设计模型时需考虑多分辨率的情况。

实体模型应具有可验证性、可操作性强等特点：建立的实体模型应符合实际情况，能够接受验证，并且操作应该方便简单。

三维实体模型体系的建立对于三维仿真系统具有重要的意义。对仿真系统中的实体体系按照一定的标准建立三维实体模型体系框架病进行组织管理和提供公共访问接口，是三维仿真系统中实体模型的重用性和互操作性的重要途径。三维实体模型中的实体对象模型为实体提供统一规范的属性、行为描述和函数、方法、接口，而三维模型则是实体在三维仿真中的外观、行为等模型。三维实体模型通过将实体的两种模型关联在一起，并提供统一的描述和接口，可以直接应用在三维仿真系统中，在很大程度上便利了三维仿真系统的开发和应用。

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学