系统建模仿真技术与应用

　　根据系统仿真技术学习的需要，《系统建模仿真技术与应用》对系统建模仿真的理论、方法及应用技术进行了较为全面而翔实的介绍与分析，内容既囊括常见的仿真技术，如连续系统仿真技术、离散事件系统建模与仿真技术、可视化建模与仿真技术、先进的仿真技术如HLA／RTI等，还包括严格式兵棋推演技术、计算机生成兵力技术以及应急管理建模仿真等较新颖的技术。
　　《系统建模仿真技术与应用》注重理论与应用相结合，对应急仿真推演、可视化仿真、兵棋推演分析等应用案例进行详细分析。
　　《系统建模仿真技术与应用》可供系统工程、自动化、电子信息工程、机械电力工程、计算机工程等学科专业研究生作为教学参考书，同时可供总体论证相关的军民领域科研院所专业技术人员参考使用。

第一部分 基础篇
第1章 概论
1．1 系统仿真基本概念
1．2 系统仿真三要素
1．2．1 系统
1．2．2 模型
1．2．3 计算机及试验平台
1．3 系统仿真的作用及意义
1．4 系统仿真的主要理论框架
1．4．1 相似理论
1．4．2 离散事件系统描述规范
1．5 系统仿真的分类
1．6 仿真的基本步骤
1．7 系统仿真技术的应用
思考题
参考文献
第2章 连续系统建模与仿真
2．1 连续系统模型描述
2．2 连续系统建模方法
2．2．1 离散化原理
2．2．2 数值积分
2．2．3 时域离散相似法
2．2．4 采样控制系统仿真
2．3 连续系统仿真的主要工具Simu1ink
2．4 连续系统仿真实例
2．4．1 二阶系统的单位阶跃响应仿真
2．4．2 Simu1ink示波器仿真
思考题
参考文献
第3章 离散事件系统描述规范DEVS
3．1 离散事件系统建模的特点及建模语言
3．2 经典的DEVS描述规范
3．3 耦合的DEVS描述规范
3．4 仿真器及协调器的设计
3．5 交通信号灯系统的DEVS描述规范
3．5．1 交通信号灯系统DEVS原子模型
3．5．2 耦合交通信号灯模型
思考题
参考文献
第4章 离散事件系统建模与仿真
4．1 离散事件系统建模仿真基础知识
4．1．1 一般概念
4．1．2 离散事件系统仿真的一般步骤
4．1．3 随机分布基础知识
4．1．4 随机过程基础知识
4．2 离散事件系统建模方法
4．2．1 实体流图法
4．2．2 活动周期图法
4．3 离散事件系统仿真方法
4．3．1 随机变量的产生及检验
4．3．2 离散事件系统仿真方法
4．4 离散事件系统仿真结果分析
4．4．1 终态仿真结果的分析
4．4．2 稳态仿真结果的分析
4．5 排队系统
4．5．1 排队系统基本概念及排队模型
4．5．2 单队列、单服务台排队系统的模型与仿真方法
4．6 库存系统
4．6．1 库存系统的基本概念
4．6．2 库存系统的模型与仿真方法
4．7 加工系统
4．7．1 加工系统模型
4．7．2 仿真程序设计及结果
4．8 Petri网建模
4．8．1 Petri网的基本概念
4．8．2 基本网系统与条件事件系统
4．8．3 Petri网的分析技术
4．8．4 Petn网的扩展
4．8．5 着色Petri网
4．8．6 层次Petri网
思考题
参考文献

第二部分 仿真技术高级篇
第5章 系统三维可视化建模及仿真技术
5．1 三维可视化建模技术概述
5．1．1 可视化仿真简介
5．1．2 可视化建模相关概念及类型
5．1．3 构建三维模型工具及环境
5．2 生成真实感三维图像的基本理论
5．2．1 可视化建模中曲线曲面的数学基础
5．2．2 光线跟踪技术
5．2．3 辐射度方法
5．3 实时仿真的视景生成
5．3．1 OpenGL概念建立
5．3．2 OpenGL工作流程
5．3．3 OpenGL图形操作步骤
5．3．4 0penGL的基本功能
5．4 实时视景生成和显示技术
5．4．1 可见性判定和消隐技术
5．4．2 细节层次模型
5．4．3 虚拟环境显示中获得稳定帧速率的适应性策略
5．4．4 纹理映射技术
5．5 建模环境及工具
5．6 可视化仿真中的碰撞检测技术
5．6．1 碰撞检测算法的分类
5．6．2 常用几种包围盒
5．6．3 基于层次包围盒的碰撞检测算法
5．7 仿真引擎及工具
5．7．1 三维图形技术在游戏和仿真领域的层次
5．7．2 三维仿真软件和主要产品
5．8 可视化仿真中的碰撞检测案例
5．8．1 实验场景搭建
5．8．2 定向碰撞实验
思考题
参考文献
第6章 高级分布交互仿真HLA
6．1 HIA概述
6．2 HLA的组成及标准
6．3 对象模型模板OMT
6．3．1 OMT的作用
6．3．2 OMT中的对象模型
6．3．3 OMT的组成
6．3．4 HLA中的对象模型与面向对象（OO）的关系
6．4 运行支撑环境（RTI）
6．5 运行支撑平台RTI的六大管理服务
6．5．1 联邦管理服务
6．5．2 对象管理服务
6．5．3 声明管理服务
6．5．4 所有权管理
6．5．5 时间管理
6．5．6 数据分发管理
6．6 任务空间的概念模型
6．6．1 任务空间概念模型的定义
6．6．2 CMMS组成
6．7 一个破障分队仿真系统案例
6．7．1 破障分队仿真系统
6．7．2 破障仿真系统体系结构
6．7．3 基于HLA仿真系统开发过程
6．7．4 仿真系统联邦成员设计
6．7．5 破障仿真系统联邦开发
6．7．6 破障仿真系统功能实现
6．7．7 破障仿真系统联邦运行
6．7．8 破障仿真系统总结分析
思考题
参考文献
第7章 计算机生成兵力
7．1 计算机生成兵力（CGF）及其作用
7．1．1 CGF的基本概念
7．1．2 典型CGF系统介绍
7．1．3 CGF的特点及关键技术
7．1．4 CGF‘的作用及不足
7．2 CGF的研究内容及体系结构
7．2．1 CGF研究重点
7．2．2 三种CGF体系结构
7．3 基于VR-Forces环境的兵力生成
7．3．1 VR一Forces简介
7．3．2 VR-Forces软件架构
7．3．3 基于实体参数数据库的构造模型
7．3．4 实体行为仿真框架
7．3．5 VR-Forces仿真API及其扩展
7．3．6 VR-Forces的对象创建及描述
7．4 VR-Forces其他技术
7．4．1 实体
7．4．2 组件——Component
7．4．3 消息
7．4．4 VR-Forces通信机理
7．4．5 任务
7．4．6 计划
7．4．7 地形
7．4．8 一个VR-Forces的例子
7．5 基于STAGE的兵力生成
7．5．1 STAGE作战想定软件
7．5．2 STAGE作战仿真软件的体系结构
7．5．3 STAGE作战仿真软件的典型应用
7．5．4 基于STAGE的指挥信息系统建模与仿真
7．5．5 举例分析
思考题
参考文献
第8章 严格式兵棋体系及其技术
8．1 兵棋推演来源
8．2 兵棋要素及其涵义
8．2．1 兵棋的棋盘
8．2．2 兵棋算子
8．2．3 兵棋的规则
8．2．4 随机数生成器——打骰子
8．3 兵棋规则
8．3．1 机动规则
8．3．2 作战规则
8．3．3 裁决规则
8．4 博弈论与兵棋推演
8．4．1 博弈论
8．4．2 兵棋中的博弈
8．5 典型兵棋推演规则及分析
8．5．1第七舰队兵棋推演
8．5．2 兵棋推演的次序
8．5．3 战略回合
8．5．4 行动回合
8．5．5 结束回合
思考题
参考文献

第三部分 仿真应用篇
第9章 基于DEVS的突发事件应急响应仿真建模与应用
9．1 基于OODA的突发事件应急响应机理框架
9．1．1 OODA作战环
9．1．2 基于OODA的突发事件应急响应机理框架构建
9．2 突发事件应急响应机理形式化建模
9．2．1 DEVS形式化建模理论
9．2．2 单一应急响应单元OODA环的DEVS描述
9．2．3 应急协同响应OODA过程的DEVS复合模型
9．2．4 应急仿真策略
9．3 应急响应过程建模与仿真应用
9．3．1 基于STAGE的应急响应过程建模
9．3．2 突发事件应急响应过程仿真
思考题
参考文献
第10章 一个登陆舰的可视化仿真案例
10．1 概述
10．1．1 建模与仿真技术的总体框架
10．1．2 采用的建模与仿真工具
10．2 建模与仿真关键技术
10．2．1 建模技术
10．2．2 DOF技术
10．2．3 碰撞检测
10．3 仿真程序设计
10．3．1 VegaPrime仿真程序工作流程
10．3．2 基于MFC的仿真程序设计
10．4 登陆舰装载过程仿真例子
思考题
参考文献
第11章 一个兵棋推演分析案例
11．1 想定背景
11．2 多方案下的战术想定推演与分析
11．3 基于WarGame案例分析
思考题

参考文献

　　系统仿真是以相似原理、系统技术、信息技术及其应用领域有关专业技术为基础，以计算机和各种专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实系统进行动态研究的一门多学科综合性技术。系统仿真技术是解决工程和非工程领域问题的主要手段之一，尤其在解决大系统和复杂问题的过程中已成为不可缺少的技术工具，被称为人类认识和改造社会的“第三种手段”。
　　系统仿真技术越来越广泛地应用于国防和国民经济等多个领域，比如，装备体系论证、应急演练及推演、调度优化、虚拟样机、柔性制造系统仿真等。
　　本书系统地介绍了系统建模与仿真理论基础、技术方法及其在军民领域的应用。全书总共十一章，分为基础、高级及应用三部分，第一部分是基础篇，包括第1章-第4章。第1章概论，着重介绍系统仿真的基本概念、分类、方法步骤以及系统仿真的作用及意义。第2章重点介绍连续系统的数学建模方法、仿真算法、仿真建模工具及连续系统建模仿真应用。第3章阐述经典的离散事件系统，描述规范DEVS理论及举例说明。第4章介绍离散事件系统仿真建模方法，探讨随机变量数字生成与排队系统、库存系统以及Petri网等典型离散事件系统仿真问题。
　　第二部分是仿真技术高级篇。包括第5章-第8章，第5章阐述了可视化仿真技术，对Creator和VEGA等建模与仿真工具进行介绍与分析。第6章介绍了先进分布交互仿真高层体系结构HLA的体系结构组成与规则、RTI接口规范、对象模型模版OMT，以工程兵破障仿真训练为背景进行仿真应用。第7章主要介绍计算机生成兵力CGF的概念、理论及设计工具。第8章介绍了严格式兵棋，以美国海军的板式兵棋为基本工具，介绍兵棋推演的过程及步骤，结合为可视化、多媒体及虚拟现实技术在仿真中的应用。
　　第三部分是仿真应用篇，包括第9章-第11章，其中，第9章主要介绍基于DEVS的应用指控OODA过程仿真与分析。第10章介绍可视化仿真在登陆舰的仿真的应用。第11章介绍一个基于严格式兵棋推演的案例。
　　本书力图全面反映现代系统仿真技术的最新进展，注意理论联系实际，密切结合工程应用，特别是在国防、军事及复杂系统仿真中的应用问题。该书是编著者多年来从事系统仿真及系统工程技术教学和科研实践所取得的成果。
　　全书由黄炎焱组织编撰和统稿。本书第1章-第5章，第7章-第11章由黄炎焱负责编写，第6章由赵振南（东南大学成贤学院）和黄炎焱合作编写。
　　感谢作者所在实验室的研究生颜常胜、张俊辉、陈杰、彭家陵、周运远、吴航海、金从镇、刘明涛、朱晨、魏来等，在书稿的编写过程中，他们对书稿进行了认真仔细的编辑、校对。同时感谢已研究生毕业的兵棋研究组成员吕超、顾彤、鲁大剑、韩煜、夏丽、许熠等参加的推演工作。参加本书校对工作的还有梁魏、陶长卫、朱梁、王旭、赵一莘、吕洁等研究生。编者对他们的工作表示感谢。
　　最后感谢我的妻子和女儿对我的支持与理解。
　　感谢所有关心和支持本书编写和出版的人们。
　　在编写该书过程中，参考了一些同行书籍资料，作者不再列举，在此一并表示鸣谢。
　　本书得到南京理工大学研究生院第二批研究生教育优秀工程项目以及政府间国际科技创新合作重点专项（2016YFE0108000）的支持，在此表示感谢。
　　同时，本书也得到国家自然科学基金（NO.61374186）的支持，一并表示感谢。
　　由于本书作者水平有限，书中难免存在不足甚至错误，恳请读者批评指正。