一种烟幕模拟训练系统的烟幕生成方法、介质及系统

本发明属于烟幕模拟训练，具体而言，涉及一种烟幕模拟训练系统的烟幕生成方法、介质及系统。

背景技术：

1、在现代军事、航空、航天等领域，烟幕模拟训练系统具有重要的应用价值。通过模拟实际烟幕场景，可以帮助军事飞行员、飞行员等人员更好地掌握烟幕的战术、战术技能和应急处理能力。目前的特定空中烟幕战术连队的训练一般采用烟幕模拟训练系统进行训练，烟幕模拟训练系统中，很重要的是对烟幕发射车发射的模拟烟幕的生成，烟幕模拟通常使用计算机图形学和物理模拟方法来实现。在计算机图形学方面，使用粒子系统是一种常见的方法。通过在三维空间中生成大量的粒子，并为每个粒子设置相关属性，如位置、速度、颜色等，可以模拟烟雾的外观和行为。通过对粒子进行更新和渲染，可以创建逼真的烟幕效果。在物理模拟方面，常用的方法是基于流体动力学(fluid dynamics)的模拟。烟雾被视为一种流体，其运动和变化可以通过求解流体动力学方程来模拟。这种方法涉及到复杂的数学计算和大量的物理参数，但可以提供更真实的烟雾效果。

2、细胞自动机是一种数学模型，用于模拟由简单规则和相互作用的细胞组成的系统。它包括了一个二维或三维的离散格点空间，每个格点上有一个细胞，并且这些细胞根据特定的规则进行状态的更新和演化。通常，细胞自动机在离散的时间步骤中进行演化，每个时间步骤都是根据细胞周围的邻居状态来确定当前细胞的状态。

3、细胞自动机可以模拟很多不同的现象和系统，例如物理、生物学、社会学等领域中的各种现象和行为。它被广泛应用于模拟复杂系统的演化和行为研究，以及人工生命、人工智能、图形学等领域的研究和开发中。

4、当前，现有技术中虽然也有利用细胞自动机模拟烟幕的研究，但是针对特定的烟幕发射车发射烟幕缺乏研究，同时对烟幕的细胞自动机演化的规则往往都是通过预先设定，导致随着模拟时间的进行，模拟烟幕的扩散与实际烟幕扩散差距很大，不能得到很好的烟幕模拟训练。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种烟幕模拟训练系统的烟幕生成方法、介质及系统，利用细胞自动机模拟烟幕，解决了对烟幕的细胞自动机演化的规则往往都是通过预先设定，导致随着模拟时间的进行，模拟烟幕的扩散与实际烟幕扩散差距很大，不能得到很好的烟幕模拟训练的技术问题。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明的第一方面提供一种烟幕模拟训练系统的烟幕生成方法，其中，包含以下步骤：

4、s10、根据无风时实际训练场环境中烟幕发射车释放烟幕的场景，对所述实际训练场环境划分为第一网格，同时获取多个烟幕规则，形成烟幕规则集；

5、s20、根据无风时实际训练场环境建立模拟训练场，并对应所述第一网格将所述模拟训练场划分为第二网格；

6、s30、在所述模拟训练场设置模拟烟幕发射车，并设定所述模拟烟幕发射车发射的初始烟幕，所述初始烟幕包含多个烟幕颗粒，所述烟幕颗粒按照流体动力学规则从所述模拟发射车发射并到达第一稳定状态，所述第一稳定状态为当所述烟幕颗粒平均速度低于稳定速度阈值的状态；

7、s40、利用所述烟幕规则集中的每一个烟幕规则对所述到达第一稳定状态的烟幕进行初步演化，得到不同时刻的多个烟幕状态；

8、s50、对不同时刻的多个烟幕状态进行评分，将评分最高的烟幕状态对应的烟幕规则作为目的规则；

9、s60、将所述目的规则对应的烟幕状态进行继续演化，作为生成的模拟烟幕。

10、其中，所述第一网格内每个小正方体的边长为1mm；所述稳定速度阈值为1mm/s。

11、在上述技术方案的基础上，本发明的一种烟幕模拟训练系统的烟幕生成方法还可以做如下改进:

12、其中，所述烟幕颗粒为正方体，所述烟幕颗粒正方体的边长与所述第二网格内每个小正方体的边长相等。

13、其中，所述获取多个烟幕规则形成烟幕规则集的步骤，具体包括：

14、划分连续帧、将所述实际训练场环境中烟幕发射车释放烟幕的场景按照时间间隔划分为多个连续帧；

15、建立第一烟幕矩阵、对所述连续帧的每一帧，建立第一烟幕矩阵，所述第一烟幕矩阵为一个三维矩阵，所述三维矩阵的每个元素与所述第一网格的每个小正方体一一对应，若所述第一网格内的某个小正方体内存在烟幕，则这个小正方体对应的三维矩阵的元素设为1，若所述第一网格内的某个小正方体内不存在烟幕，则这个小正方体对应的三维矩阵的元素设为0；

16、采用细胞自动机原理利用神经网络获取所述多个连续帧的匹配度最高的多个演化规则，作为所述烟幕规则集。

17、其中，所述利用所述烟幕规则集中的每一个烟幕规则对所述到达第一稳定状态的烟幕进行初步演化得到不同时间的多个烟幕状态的步骤，具体为：

18、利用所述烟幕规则集中的每一个烟幕规则初始化烟幕状态和时间步长；

19、对每一个烟幕规则和时间步长进行演化计算，得到不同时间的多个烟幕状态；

20、其中，所述初步演化的演化时间为10秒。

21、一般，采用的时间步长为1毫秒。

22、其中，所述对不同时刻的多个烟幕状态进行评分的步骤中，考虑的评分标准为烟幕的密度、扩散程度。

23、其中，所述对不同时刻的多个烟幕状态进行评分的步骤，具体包括：

24、建立烟幕状态数据集，包括初始状态烟幕以及间隔指定时长的连续的烟幕状态，记为扩散烟幕集，所述初始状态烟幕为无风时实际训练场环境中烟幕发射车释放的烟幕到达第一稳定状态时的烟幕；

25、建立烟幕矩阵集，包括所述初始状态烟幕对应的初始状态烟幕矩阵以及所述扩散烟幕集中的每个烟幕状态对应的矩阵，记为扩散矩阵；

26、建立匹配矩阵集，对第一稳定状态的烟幕以及每个时刻的多个烟幕状态转化为多个状态矩阵，并形成匹配矩阵集；

27、第一相似度分析，计算所述初始状态烟幕矩阵与所述第一稳定状态的烟幕对应的矩阵的相似度，作为第一相似度；

28、第二相似度分析，计算所述匹配矩阵集中每个状态矩阵与同样时刻的扩散矩阵的相似度，作为第二相似度；

29、计算评分，公式为：

30、一般的，指定时长为0.1秒。

31、进一步的，所述第一相似度以及所述第二相似度中相似度的计算方法为预先相似度。

32、其中，所述将所述目的规则对应的烟幕状态进行继续演化，作为生成的模拟烟幕的步骤中，还考虑当模拟训练场中存在风时，对模拟烟幕的影响，采用的计算方法为采用流体力学计算方法对模拟烟幕在每一步演化完成后立即进行流体力学计算，以经过流体力学计算后的模拟烟幕作为输出。

33、本发明的第二方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令运行时，用于执行上述的一种烟幕模拟训练系统的烟幕生成方法。

34、本发明的第三方面提供一种烟幕模拟训练系统的烟幕生成系统，包括上述的计算机可读存储介质。

35、与现有技术相比较，本发明提供的一种烟幕模拟训练系统的烟幕生成方法、介质及系统的有益效果是：

36、1.利用细胞自动机，对无风时的烟幕扩散进行模拟，模拟的精度较高；

37、2.利用神经网络获取所述多个连续帧的匹配度最高的多个演化规则，能够根据实际烟幕扩散情况反推细胞自动机规则，作为烟幕演化规则，有效提高烟幕演化的准确度；使得不需要人工预先设定演化规则，而是根据实际情况反推最合适的演化规则；

38、3.利用匹配度最高的多个演化规则分别对初始状态的烟幕进行演化，得到多个演化的烟幕，可以对多个演化烟幕进行评分优选，能够得到最优的烟幕演化规则，利用这个烟幕演化规则，得到的穆尼烟雾阔餐与实际烟幕扩散差距不大。

39、4.利用演化完成的每一步的烟幕状态，采用流体力学计算风力对烟幕状态进行的改变，能够对演化的烟幕进行风力影响设定，更好的符合实际训练场情况。