总第２４８期 ２０１０年第６期 计算机与数字 【程 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．３８ Ｎｏ．６ ６３ 军事工程实体信息及数据描述方法研究 王凤山” 赵丽娜 ’ 张宏军” （解放军理工大学工程兵工程学院” 南京２１００Ｏ７）（解放军理工大学图书馆 南京２１０００７） 摘要针对军事工程真＝＝三维连续特性及其实体表达的不确定性，给出了军事工程实体信息及数据描述方法，目的是 为视景仿真、毁伤建模与仿真等应用领域提供服务。在表达军事工程地理实体认知的基础上，提出了实体信息描述要求；以 概念建模为顶层设计，从地学、几何、拓扑、材质等层面进行抽象，给出了军事工程真三维空间集成建模方法；抽象点、线、面、 体等实体，给出了军事工程实体模型集成表达方法，并以ＵＭＩ 类模型表达了军事工程实体的数据模型。该方法应用于军 事工程实体建模，能够较好地表示军事工程三维空问对象，并能有效支持围绕军事工程实体的各种拓扑操作和军事应用。 关键词军事工程；实体模型；概念建模；真三维集成；数据描述 ＴＵ９２８；Ｋ９０；ＴＰ２７４ 中图分类号Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｅｎｔｉｔｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄａｔａ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｗａｎｇ Ｆｅｎｇｓｈａｎ ’ Ｚｈａｏ Ｌｉｎａ Ｚｈａｎｇ Ｈｏｎｇｊｕｎ” （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｓ，ＰＬＡ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｓｃｉ．＆ Ｔｅｃｈ．”，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００７） （Ｉ ｉｂｒａｒｙ，ＰＩ Ａ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｓｃｉ．＆Ｔｅｅｈ． ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００７） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｆｏｒ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ’Ｓ ｔｒｕｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｉｎ ｅｎｔｉｔｙ ｅｘ— ｐｒｅｓｓｉｏｎ，ｅｎｔｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄａｔａ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｇｉｖｅｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ｆｏｒ ｖｉｓｕａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｄａｍａｇｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｏｎ ｅｘｐｒｅｓｓｉｎｇ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｅｎｔｉｔｉｅｓ ｉｎ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｔｏ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓ ｒｅ— ｑｕｅｓｔｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｅｎｔｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｏ ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｓ ａ ｔｏｐ—ｌｅｖｅｌ ｄｅｓｉｇｎ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｇｉｖｅｎ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒｕｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｐａｃｅ，ｌｅａｒｎｉｎｇ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｌｅｖｅｌ，ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｌｅｖｅｌ，ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ ｌｅｖｅｌ，ｍａｔｅｒｉａｌ ｌｅｖｅ１． ａｎｄ ｏｔｈｅｒｓ．Ａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗａｙ ｏｆ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ＷａＳ ｇｉｖｅｎ ｔＯ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｎｔｉｔｙ ｍｏｄｅｌ，ａｂｓｔｒａｃｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ，ｌｉｎｅ，ｓｕｒｆａｃｅ， ｂｏｄｙ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｅｎｔｉｔｉｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄａｔａ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｘｐｒｅｓｓｅｄ ｔＯ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｎｔｉｔｙ ｂｙ ＵＭＩ ｃｌａｓｓ ｍｏｄｅ１Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ．ａｐｐｌｉｅｄ ｔＯ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｎｔｉｔｙ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｃｏｕｌｄ ｅｘｐｒｅｓｓ ３Ｄ ｏｂｊｅｃｔｓ ｏｆ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ａｎｄ ｃｏｕｌｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｕｐ ｐｏｒｔ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｉｌｉｔａｒｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｎｔｉｔｙ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｅｎｔｉｔｙ ｍｏｄｅｌ，ｃｏｎｃｅｐｔ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｒｅａｌ ３Ｄ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ，ｄａｔａ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ Ｃｌａｓｓ Ｎｕｍｂｅｒ ＴＵ９２８；Ｋ９０；ＴＰ２７４ １ 引言 军事工程地理空问分布不均匀，表现出明显的 不确定性；工程所处地区地质形态、岩体特征不规 性以及构造要素的空问关系，如何逼真、动态、系统 地表达军事工程对象的防护属性、空间几何形态和 位置关系以及对象之间的拓扑关系，是军事＿丁程视 景仿真、载荷分析、毁伤计算、防护仿真研究的基础。 则，缺乏规律性，无法定量给予精确描述；地质体和 工程对象的空间尺度宏大，一般以千米计，且掩埋 于地下，难以对其进行直接观测或实验操作Ｌ１ｊ。 ２ 军事工程实体信息描述要求 ２．１面向实体的军事工程地理认知 如何形象地表达地质构造的形态特征、地质属 军事工程地理空间中的地理特征、地理现象和 ＊收稿日期：２０１０年１月１７日，修回Ｅｔ期：２０１０年２月２３日 作者简介：王凤山，男，讲师，研究方向：防护系统工程。 ６４ 风¨１等：军事ｔ程实体信息及数据描述方法研究 第３８卷 实体复杂多样，既有地层、断 等自然对象，义有地 下洞室、通道等人工对象，其天系错综复杂，从不同 角度、用不同方法理解，会产生不同模型。 军事Ｔ 实体模型，既具备地面空间特征，即 离散化对象，义具备地下空间的连续性建模特征。 模型对满足军事Ｔ程的地上、地下空间的实体集成 建模需求具有重要价值，直接决定着军事工程实体 建模的兼容性、表达逼真性、模型构建复杂度以及 模型的交互性等众多功能。 军事１ 程实体信息描述，须准确地刻画地理实 地理认知，就是研究如何认识军事Ｔ程赖以存 在的地学环境，包括位置、分布、关系、变化、规律 等ｌＩ２］。地理实体和现象作为独立的对象分布于军 事工程地理空间，其地理空问对象抽象为独立反映 空间信息的实体，描述为具有空间属性特征的实体 体、实体之问的语义关系，模型的实体依赖性、数据 集合，由不同实体之间的度量、顺序、拓扑、继承、概 括、聚集等空问关系构成。 文献［３］，提出了面向实体的空间数据模型的 地理信息组成，根据语义而不是根据几何表示的复 杂性来划分实体；文献 ］，基于实体的概念视图标 识地理现象；文献［２］系统介绍了面向地理的二维 空间模型。 将军事工程整个地理空问看作一个空域，按空 间特征划分最小单元实体，周绕着空间实体、实体 属性、实体关系等方面信息描述军事工程模型，如 图１所示。 图１ 面向实体的军事工程地理认知 图１中军事工程实体捕述信息主要南空问信 息、属性信息、拓扑关系信息、逻辑关系信息等几类 要素组成。 空间信息描述了军事 程实体的空间位置、轮 廓和形状；属性信息描述了军事Ｔ程实体的防护属 性特征，例如类型、防护等级、介质材料、侵彻系数、 压缩系数等；拓扑信息描述了实体的空问关系。 逻辑信息则描述了实体在军事］ 程实体功能 发挥中的作用，包括实体之问的整体部分关系、实 体之间的类属关系等。 ２．２军事工程实体信息描述要求 军事工程实体模型将地理世界分解为实体，通 过描述实体的特性和实体问的关系，建立军事工程 地理世界视图，通过定义与实体特性、实体关系相 关的操作，模拟人类对军事工程真实世界的理 解［３＿ 依赖性、需求依赖性和实现依赖性是需要重点考虑 因素 。 ・实体依赖性，即模型的设计应充分考虑模型 所要表达实体的固有特征，反映出军事工程任何位 置的地质、防护、逻辑联系等特征，比较真实地模拟 现实世界。 ・数据依赖性，即模型在一定程度上受限于实 体建模数据来源 ｊ，支持语义表达和转换，支持规 则，规则的类型包括空间规则、属性规则、关系规 则、逻辑规则等。 ・需求依赖性，即模型能够以足够的精度表达 军事］ 程实体，标准化程度较高，具有强大的互操 作性，并支持对模型进行各种操作Ｌ 。 ・实现依赖性，即模型设计要考虑模型实现中 所必须考虑的各种冈素，便于空间信息图示化，便 于计算机仿真实现等。 ３军事工程实体概念建模 军事Ｔ程实体是对军事 程真实系统中具有 相同特征的一类事物的描述，而不是特定个体的抽 象描述，如“军事Ｔ程”是由一个个具体的军事工程 组成的，不存在抽象的军事１二程；相对于行动（过 程）模型，实体模型更具备稳定的结构，信息量比较 阎定。 军事【程各类实体的描述信息，包括实体属 性、实体关联、实体功能、实体动作、实体粒度等方 面Ｅ ，如图２所示。 图２军事工程实体概念建模 属性是实体的特征、特性或性质，可以分为标 识、状态、可感知、效能属性［ 。标识属性提供仿真 实体区别于其它实体的标识信息，如ＩＤ、类属信息 ２０１０年第６期 汁算机与数字Ｔ程 等；状态属性是对军事工程状态的抽象捕述；可感 动；实体粒度，描述实体所表达的客观事物的规模。 知属性描述军事工程实体呈现给其它实体的外部 类是军事工程实体模型最重要的构造块，是对 表征；效能属性表征实体所具备的预期完成某种任 一组具有相同属性、操作、关系和语义的对象的描 务的能力。 述。采用ＵＭＩ 类模型［＝８］，描述军事工程实体模 实体关联是实体基本类型的关系，包括泛化、 型，即实施静态对象结构的图形描述，如图３所示， 组合、聚合等类型；实体功能，即实体固有的执行任 显示了构成实体模型的对象类，以及这些对象类之 务的潜力；实体动作是根据实体功能所定义的行 间的关系。 图３军事工程实体模型概念描述 图３中军事工程类模型的概念描述，具有工程 真三维拓扑模型，需要从地学层面、几何层面、拓扑 名称、占地幅员、使用面积、口部数量、抗力等级等 层面三方面进行分析。以史文中、吴立新为代表的 属性。 学术团队在三维空问的实体集成建模领域取得丰 根据客观世界的整体特征要求，按照ＵＭＬ＂整 硕研究成果ｌｌ２］，应用于军事工程建模领域，需要从 体／部分”建模规则，实心菱形表示组合图形，军事 地学、几何、拓扑、材质、功能等层面抽象出建模所 工程实体模型的组成结构包括防护结构类、防护层 需的基本元素及其内在关系。 类、内部设备类、防护设备类、口部类、建筑装修类 ４．１军事工程地学层面抽象 等实体元素构成；防护设备类由聚合元素活门类、 地学层面抽象是根据军事＿Ｔ程三维空间的关 防护密闭门类、密闭门类，组合元素防护门等实体 键属性、复杂性及空间关系，从地学空间、地学概念 元素构成，且活门、防护密闭门、密闭门、防护门类 对三维空问实体进行分类，进而抽象出实体的对象 派生于门类。 层次和概念模型。 ４军事工程三维空间集成建模 军事工程实体建模集成系统所描述的空间对象 包括地表以上、地球表面和地表以下三大部分，每一 ＤＥ Ｌａ Ｉ．ｏｓａ和Ｃｅｒｖｅｌｌａ指出¨＿９ Ｊ：面向实体的 部分又可以进一步划分为多个子类，如图４所示。 ｘｘ类型军事工程文体 地球表面实体ｌ ｌ地下空间实体 房屋建筑 部房 一 ／Ｉ 呵Ｉ ＼网藤 画ｌ 图４ 军事工程实体的分类与继承关系 图４中地表空间实体可细分为房屋建筑、树等 护设备、洞室、通道、防护层等子类，其中防护层实 子类，地球表面实体可细分为地貌实体、地形实体 体还可以进一步细化为遮弹层、被覆层等。 等子类，地下空间实体可细化为建筑设备、口部、防 经过空间实体的逐层划分，把复杂实体划分为 王风山等：军事 程实体信息及数据捕述方法研究 第３８卷 简单实体，从而达到逐级细化表达军事１二程实体的 目的。面向对象方法，有效地表达出实体之问这种 从上向下的继承关系，且便于集成系统的空问数据 组织与管理 Ｊ。 ４．２军事工程几何层面抽象 几何层面抽象，即根据军事Ｔ程空间实体位 结构、钢丝水泥结构等。 军事工程材质结构以属性特征的形式物化转 移到拓扑层面抽象的各类点、线、面、体实体，包括 介质材料侵彻系数、粗骨料强度、压缩系数、介质材 料震塌系数等。 ４．５军事工程功能层面抽象 置、形状和空间关系，对空间实体从维数空间、几何 概念上进行表达，进而抽象出空问实体的基本几何 军事工程实体体系内各种子目标，如洞室、通 道等。所担负的功能类型有所区别，且其功能强度 对象和构造元素 ｊ。 几何模型是将空间数据模型以一些单纯形几 何对象的集合来表达空间实体的几何特性。面元 建模方法通常将空问实体抽象为Ｎｏｄｅ、Ｅｄｇｅ （Ａｒｃ）和Ｆａｃｅ三类构模元素和Ｐｏｉｎｔ、Ｉ．ｉｎｅ和Ｓｕｒ ｆａｃｅ三类几何对象；而体元建模方式则通常将空问 实体抽象为Ｐｏｉｎｔ、Ｌｉｎｅ和Ｓｕｒｆａｃｅ和Ｂｏｄｙ四类几 何对象，几何对象由若十Ｎｏｄｅ、Ｅｄｇｅ（Ａｒｃ）、Ｆａｃｅ 和某种体素构模元素进行表达＿２。 地表以上、地球表面和地表以下军事Ｔ程实体 建模，首先应该在几何层面上集成，即模型的基本 几何对象、构造元素之间应保持某种一致性。 ４．３军事工程拓扑层面抽象 拓扑层面抽象，即军事工程空间实体、几何对 象及构造要素之间的空间抽象，对空间实体从拓扑 空间、拓扑概念上进行描述和表达。 拓扑关系包括实体、对象及元素之间的拓扑关 系。空间实体由复杂实体和简单实体构成，如军事 工程主体部分由洞室和通道组成，主体部分和洞室 为包含关系，洞室和通道之间为邻接关系；复杂体 和简单体由基本几何对象构成，基本几何对象由构 造要素进行描述；基本几何对象之问存在窄问邻接 关系 。 构模元素问的空间拓扑关系是推导几何对象 之问、空间实体之间拓扑关系的基￣ＩｔＩ Ｌ 。］。地表以 下实体（以洞室为例）和地层问的关系为例，如果洞 室和某一地层实体共享地表面ＴＩＮ中的某一三角 形，则该洞室与地层是邻接关系；如果该洞室和某 一地层无任何公共元素，则二者是空间相离关 系 。 ４．４军事工程材质层面抽象 军事工程实体模型是Ｔ程构筑物模型与＿一维 材质模型的统一。材质模型，从军事工程结构、防 护层构筑材料、．［程所处区域地质条件等出发，抽 象实体的材质结构，如土结构、块石结构、砂垫结 构、岩石结构、混凝土结构、钢筋混凝土、木结构、钢 不同。根据子目标所处地理位置及其担负的职能， 抽象军事工程实体各组成部分的功能予以描述，包 括功能类型、功能强弱、功能等级、功能作用时机 等。 功能类型，包括诸如电力功能、环境功能、会议 功能、通讯功能等。其中，电力功能包括电站供电、 配电等功能；环境功能包括进风、排风、除湿、隔绝 等功能；通讯功能包括载波、通信、机要等功能。 军事工程子目标实体的功能强弱、等级及其作 用时机等描述指标，以属性特征、功能操作等方式 作用于功能类型的刻画。子目标实体体系的功能 联合作用与系统集成，体现出军事功能所担负职能 的整体功能性。 ５军事工程实体数据模型 数据模型是真 维集成建模系统的基础，是军 事丁程实体表达的概念模型 ］。数据模型，以一定 的方式组织起来，具有足够的抽象性和概念性，描 述军事工程客观实体及其联系。 ５．１ 军事工程地质体与工程体集成 文献［２，１１］，提出了一种基于ＧＴＰ（广义三棱 柱模型）的地下工程与围岩一体化真三维空间构 模。针对军事工程的特征及三维集成建模要求，应 用文献［１１］的构模方法，实现军事工程地质体与工 程体的一体化集成建模。 ：程体，是指在地层中按预先设计要求在地质 体中施Ｔ形成的，主要包括洞室、通道等。工程体 在空间上占有一定的位置与范围，具有一定的形态 和属性，并与围岩、地质体紧密联系 。 工程体几何形状比较规则，空问位置描述比较 精确，分布于地质体之中；属性特征表示工程体的 各种性质特征，如支护形式、结构抗力等，同与其联 系的地质体属性密切相关；＿［程体的空间关系主要 是拓扑关系和距离关系，如工程体之间及工程体围 岩地质之间的相邻、包含关系等ｌ２］。 工程体是军事工程空间域内需要进行几何、属 ２０１０年第６期 计算机与数字工程 性、拓扑、材质、功能信息统一表达的特殊空间实 模型表达，必须根据军事工程实体的语义属性 和几何特征的关联确定军事工程实体的对象类及 其属性特征，实现对地学对象的描述ｌ＿１ ］；必须根据 地质体的材质结构特征、工程体的功能特征，集成 材质信息、功能信息于军事工程三维空间模型。 为有效表达军事工程３Ｄ地学空间对象及其拓 扑关系、材质、功能等特征，从几何学角度将军事工 程３Ｄ空间抽象为点、线、面、体等基本对象类型来 表达，设计军事工程集成表达实体模型，如图５所 不 体。丁程体实体建模，必须体现工程体的空间、属 性、拓扑、材质、功能特征，与围岩、地质体融合为一 个整体，使得工程体模型与地质体模型具有拓扑一 致性，支持空问结构查询，为毁伤与防护仿真计算 提供空间数据支持。 ５．２军事工程实体模型集成表达 一一一一一一一 军事工程实休 面对象 ＝＝】＝＝ 军事工程实体的集成表达，利用文献［２，１１～１２］ 提出的面向对象的一体化真三维地学建模技术，集成 表达军事工程地理信息、材质结构特征、功能特征等。 ｌ ｉ 体对象 三 Ｉ 超面 Ｌ＿［ — ＧＴＰ ｌ１三 １—一 三角形 Ｐｑ面体 图５ 军事工程实体模型集成表达 图５中几何元素对军事工程实体的定义分为 结构，可统一、有效地表达由地质体和工程体组成 两个层次，第一层次为边界几何层，表达元素为结 的军事工程地理空间内各对象之间的拓扑关系，如 点、弧、超面、地质体、工程体等，主要用于表达实体 间的拓扑关系；第二层次为体元几何层，表达元素 为结点、边、三角形、四面体、ＧＴＰ等实体，主要用 于表达实体内部几何拓扑结构的变动等＿１ 。 军事工程实体模型集成表达，在利用几何元素 刻画军事工程地理信息的基础上，将材质结构特征 注入地理实体认知结点，通过空间拓扑关系搜索， 获取军事工程地理环境内地质体的材质结构信息 表达，并集成表达军事工程地理环境内工程体的功 能特征信息。 ５．３军事工程空间实体数据结构 点一线关系、点一面关系、线一线关系、线一面关系、面一体 关系和体一体关系等 ］。 …】【ｃｎ ａｌｌ Ｉｌ…ｎ、ｍｃｌ¨“ｌ ［己 ［二＝ Ｅ 凰 ｒ‘ ］ 离 ４）ｈｌｅ￣Ｔ［Ｄ Ｌ唧 帷甚 掌…ｔｑ… ）ｌ ｌ＿ｃ】 ｌ： ｌｆ２２ Ｄ 】Ｈ Ｉ｝ｌ ｌ ｕ（ ｍ／￣，ｈｇ ． ｌｌ’…ｎ ｛、｝ ｆ ＿＿ ｌ ｌｒＩＤ｛ ’ … ｔｌ】 ＿ｉＪ ￣［Ｄ Ｄｍｏｒ￣ ｒ—————＿： ‘ ：…ｌ１ ［二二二二二］ 一上叫 ２： ’ ｉｌ 羔 ｒ———１ ｆ：： 图６军事工程实体数据模型 数据模型设计的目的是将客观的军事工程事物 军事工程实体的数据表达方式即数据结构是 数据模型的表达，选择、设计合适且实用的数据结 抽象成计算机可以表示的形式，是对军事工程地理 信息、拓扑信息、材质信息和功能信息的集中描述和 表达。军事工程实体数据模型，不仅能够表达和显 示地质体、工程体等对象，而且能够表达对象内部之 间的相互关系，拓扑关系和语义关系，体现地理特 征、材质特征、功能特征集中表达的约束要求。 构极为关键ｌ＿２Ｊ。数据结构是军事工程数据模型表 达的物理实现。 文献［２］，提出的真三维几何无缝集成数据模 型，可直接应用于军事工程实体模型集成表达的数 据模型，满足模型集成表达的约束需求。因此，设 计点、ＴＩＮ边、棱边、ＴＩＮ面、侧面和ＧＴＰ体元等 基本几何元素数据结构、材质特征数据结构（Ｍａｔｅ— ｒｉａ１）、功能特征数据结构（Ｆｕｎｃｔｉｏｎ），如图６所示。 图６中ＵＭＩ 类模型描述了军事工程实体数 ６ 结语 如何提供一个现代化的“作战实验室”，服务于 军事工程领域，是军事仿真技术应用于军事工程领 域提出的迫切要求，即需要满足在实验室里研究军 事工程结构、载荷、功能、军事应用、战场毁伤、防护 （下转第１２１页） 据结构，体现了基本几何元素、材质特征、功能特征 等数据结构的集中表达。其中，基本几何元素数据 ２０１０年第６期 计算机与数字工程 试验表明，通过ＶＴＫ提供的体绘制技术，在 普通配置的微机上仅耗时几秒就实现了医学ＣＴ 平台，使得我们能比较轻松地开发三维重建系统。 参考文献 图像数据的可视化，相对于Ｍａｔｌａｂ与ＯｐｅｎＧＩ 库， ＶＴＫ具有应用灵活、重建效果逼真、重建速度较快 ［１２秦绪佳．医学图像三维重建及可视化技术研究［Ｄ］．大 连：大连理工大学博士论文，２００１ ［２２ Ｓａｂｅ Ｐ．Ａ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ３Ｄ ｓｃａ— ｌａｒ ｆｉｅｌｄｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ，１９８８，２２（４）：５１～５８ ［３２管伟光．体视化技术及其应用［Ｍ］．北京：电子工业出 版社，１９９８ 等优点，同时还可以对该图像进行缩放、旋转、平 移、组织提取等多种操作。 ４ 结语 上述＿二＝＝维重建算法都是通过调用ＶＴＫ实现 的，从文中的重建步骤可以看出，直接调用ＶＴＫ 工具库，使得原本十分繁琐的编程步骤，变得异常 ［４］Ｎｅｙ Ｄ，Ｆｉｓｈｍａｎ ＥＫ，Ｆｕｃｈｓ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｍｅｎ— ｓｉｏｎａｌ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｄｉｃａｌ ｄａｔａ ｒ Ｃ］／／２ ｌ Ｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａ— ｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ａｎｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ＳＩＧＧＲＡＰＨ，１９９４：２８￣７６ 简单，能轻松愉快地实现面绘制和体绘制算法，将 算法研究人员从繁重的编码环境中解脱出来，投入 更多的精力在算法本身的研究中［ｆ｝ 。从三维重建 效果和耗时来看，利用ＶＴＫ强大的重建功能，能 很好地提取医学图像信息， 维绘制速度快，耗时 Ｅｓ］唐泽圣．三维数据场可视化［Ｍ］．北京：清华大学出版 社，ｌ９９９：ｌ５～１ｌＯ ｒ６］Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ ＷＪ．Ｔｈｅ ＶＴＫ Ｕｓｅｒ’Ｓ Ｇｕｉｄｅ［Ｍ］．Ｋｉｔｗａｒｅ： Ｋｉｔｗａｒｅ Ｉｎｃ．，ｌ９９８：１２２～１５７ ［７３白洋，彭承琳，郭兴明．医学体数据可视化的研究和实 现［Ｊ］．北京生物医学工程，２００５（３）：１８３～１８６ ［８２魏娜，王珏，刘明宇．基于Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌｋｉｔ的脑模 完全可以接受，可视化效果好。利用鼠标还能直接 拖动三维模型，不断调整视角，医生可根据需要从 任意角度进行观察，增强了系统的交互能力。由此 型三维重建方法研究ＥＪ］．中国康复理论与实践，２００５， １］（３）：ｌ６７～１６９ 可见，ＶＴＫ作为 维重建工具，给我们提供了一个 ｆ尔 筇 昝 零 芥 ｔ 界也乖 筇 尔 筇 ； ｆ 尔也 、、 ； ‘乖 乖 乖 乖 筇 尔 尔 尔 筇 筇 尔 乖 尔 零 乖 尔 （上接第６７页） 等问题的时代要求。 军事Ｔ程实体模型，是在“作战实验室”研究军 ［４］李景文，周文婷，赵福君，等．基于实体的空间数据模型 在数字城市中的应用ＥＪ］．桂林工学院学报，２００８，２８ （３）：３５８～３６２ 事工程问题的工程基础，冈此，实体建模与数据描 述方面的研究显得尤为重要。三维空间集成建模 体系映射到军事工程实体建模领域，集成表达了地 学、几何、拓扑、材质、功能等层面信息特征，具有较 强的空间和语义表现力，支持语义表达和转换，便 于仿真实现等。 ［５］钟登华，李明超．水利水电工程地质三维建模与分析理 论及实践［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００６ ［６］韩李涛．地下空间三维数据模型分析与设计［Ｊ］．计算 机工程与应用，２００５，４１（３２）：１～３ ［７］王杏林，曹晓东．概念建模［Ｍ］．北京：国防工业出版社， ２００７ 为使数据模型更为有效地支持军事工程实体 模型的仿真实现，下一步需要在实体模型与数据结 构的完善、实体几何与属性的不确定性描述与表达 以及基于地质体的材质结构属性集成、基于工程体 的功能结构属性集成等方面进行深入的交流、探讨 和完善，提出充实的理论框架和系统建模方法。 参考文献 ［１］王年桥．防护结构试验基础［Ｒ１．南京：中国人民解放军 工程兵工程学院，１９８２ ’ ［８］Ｇｒａｄｙ Ｂｏｏｃｈ，Ｊａｍｅｓ Ｒｕｍｂａｕｇｈ，Ｉｖａｒ Ｊａｃｏｂｏｓｏｎ．ＵＭＩ 用户指南［Ｍ］．绍维忠，麻志毅，张文娟，等译．北京：机 械工业出版社，２００５ Ｅ９］Ｄｅ ｌａ Ｌｏｓａ，Ａ．ａｎｄ Ｂ．Ｃｅｒｖｅｌｌｅ．３Ｄ Ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ— ｉｎｇ ａｎｄ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ３Ｄ ＧＩＳ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ＆ Ｇｒａｐｈｉｃｓ，１９９９，２３：４６９￣４７８ ［１Ｏ］邓念东，侯恩科．基于ＧＴＰ单纯部分的地下实体拓扑 关系形式化描述方法ＥＪ］．煤炭学报，２００８，３３（５）：５２７ ～５３１ ［１１］吴立新，陈学习，史文中．基于ＧＴＰ的地下工程与围 岩一体化真三维空间构模ＥＪ］．地理与地理信息科学， ２００３，１９（６）：１～６ ［２］史文中，吴立新，李清泉，等．三维空间信息系统模型与 算法［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００７ ［１２］吴立新，陈学习，车德福．一种基于ＧＴＰ的地下真３Ｄ ［３］叶亚琴，左泽均，陈波．面向实体的空问数据模型［Ｊ］． 中国地质大学学报，２００６，３ｌ（５）：５９５￣５９９ 集成表达的实体模型ＥＪ］．武汉大学学报（信息科学 版），２００７，３２（４）：３３１～３３５