[发明专利]一种基于视觉感知拓扑关系模型的作战编队可视化方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉感知拓扑关系模型的作战编队可视化方法。使用本发明能够表达作战编队的内部关联特征以及作战编队的视觉范围特征，可从视觉上更加全面地刻画作战编队。本发明针对作战编队各个体的三维世界坐标集，采用最小生成树算法生成作战编队内部的骨架，更为贴近作战编队的队形形状；同时，针对各个体的二维经纬度坐标集，采用最小凸包法生成作战编队轮廓及在空间球面上的分布，体现了作战编队的整体性；然后将两种算法叠加，既能表达作战编队的内部关联特征，又能表达作战编队的视觉范围特征，可从视觉上更加全面地刻画作战编队，且连线具有交叉少、拟合队形等优良的可视化特征。

技术领域

本发明涉及信息可视化技术领域，具体涉及一种基于视觉感知拓扑关系模型的作战编队可视化方法。

背景技术

在军事行动过程中，军事决策是作战指挥的灵魂，其中比较有影响的军事决策通用过程模型为OODA决策循环模型，该模型是由观测、判断、决策、行动四个环节构成的动态循环过程。其中，对战场态势的视觉感知是观测与判断的基础。在战场态势中，作战编队是军事行动中的重要作战单元，是一个具有空间位置上相近、运动状态上相似、作战功能上互补、相同的作战意图、相互协同的多个战斗实体构成的有机体。作战编队依据作战条令，遵循特定的专业知识，作战编队成员之间的协作具有特定的模式，内部的协作关系反映在空间布局上，就是要求群体成员在空间上排列具有特定的某种规则，即作战编队有特定的队形要求。作战编队是一个作战群体，其视觉感知的复杂度相对个体比较高，因此作战编队的三维可视化成为战场态势信息可视化的研究重点。

作战编队三维可视化，属于信息可视化领域，可通过转换为图论中的节点-连接图(node-link graph)进行研究。在图的可视化领域，目前研究较多，尤其是网络可视化、网络社团发现及网络社团可视化等，一般是对各社团采用带有透明度的颜色填充的凸包区域进行可视化，社团内部采用节点-连线绘制。在图的可视化中要解决的难点是节点重合、拥挤、连线交叉等。图的布局算法主要分为逻辑布局与物理布局两大类，其中逻辑布局是通过改变节点的位置来实现；物理布局，例如基于地理位置约束的布局要求保持位置，但由于位置固定，边的交叉问题一般比较突出，针对较大的规模，为减少边的交叉，基于边集束思想调整边的可视化算法也得到了较多的研究。美军的军事制图编辑模块Military OverlayEditor(MOLE)中对兵力要素同类分组显示采用了排列(Leader)或重叠(Stack)显示样式，对显示位置重排，实际位置通过指示线、锚点及区域范围凸包曲线进行辅助显示，而作战编队对队形有严格的军事规定，改变显示位置不适合作战编队的可视化。

针对作战群体分群及聚合等方面，国内也已有一些研究，主要集中于群划分、群识别等方面。军事态势电子显示中的聚合、详略等，已有初步的作战编队聚合显示设计，但没有深入研究作战编队内部结构的可视化表达。针对复杂的层次关系，例如超图(Hypergraph)这种有限集合的子集系统，针对不同的子集采用一定透明度的颜色填充包围区域进行表达，但缺少内部的元素之间关系的可视化表达。

与图或网络的可视化相比，作战编队只具有集合特征，其中的个体与作战编队只有隶属关系，个体之间没有明确的连接关系，如何优化选择出个体之间的连接关系，成为了作战编队可视化中的难点；传统的作战编队三维可视化，通常采用模型+标牌+轨迹等针对个体的显示方式，没有表达出作战编队整体性这种内部抽象特征，也缺乏作战队形的可视化展示，因此，针对作战编队这一特定研究对象，需要开展相关的可视化研究。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于视觉感知拓扑关系模型的作战编队可视化方法，能够表达作战编队的内部关联特征以及作战编队的视觉范围特征，可从视觉上更加全面地刻画作战编队。

本发明的基于视觉感知拓扑关系模型的作战编队可视化方法，包括如下步骤：

步骤1，在三维世界坐标系中，根据作战编队各个体的三维世界坐标，采用最小生成树算法生成个体之间的关联边，得到作战编队的个体内部关联边集合EW；