基于三维概率密度的碰撞计算兵棋批量裁决方法与流程

本发明涉及兵棋推演仿真领域，尤其涉及基于三维概率密度的碰撞计算兵棋批量裁决方法。

背景技术：

1、兵棋推演是军事仿真与作战模拟的重要手段。在大规模兵棋推演中，大量作战单位之间产生交互对抗与行动裁决，传统解决方案主要分为两类。第一类是基于手工兵棋的线性排队式概率裁决方法，方法依靠手工操作和预设概率表进行快速裁决，计算速度快，但行动细节损失较多，难以满足现代高精度推演需求。第二类是基于数学建模的仿真计算方法，方法对每个行动进行并发解析计算，能够保留较多的交互细节，但计算量庞大，对软硬件环境要求较高，推演时效性受到限制，不便于普及推广。

2、针对上述问题，现有技术中尚未出现能够兼顾计算效率与细节保留的兵棋批量裁决方法。部分改进方案尝试简化仿真模型或采用近似算法，但往往以牺牲概率准确性为代价。因此，需要一种新的兵棋推演行动裁决方法，能够在保障概率计算可信度的同时，降低计算复杂度，减少对高性能软硬件环境的依赖，提升大规模兵棋推演的实时性和实用性。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出基于三维概率密度的碰撞计算兵棋批量裁决方法，本发明为每个兵棋单位加载行动效应三维概率密度体，通过碰撞相交检测触发裁决，获取相交体积内各微小单元体的概率密度值，采用平均值计算、并联系统成功概率计算或重心距离加权计算中的一种进行概率修正，再结合气象、地形、电磁动态环境扰动要素进行二次修正，基于修正后的最终概率构造概率函数执行随机裁决，具备大规模兵棋推演计算效率高、行动细节保留完整、软硬件环境依赖低、概率结果可信度好的优点。

2、根据本发明实施例的基于三维概率密度的碰撞计算兵棋批量裁决方法，包括如下步骤：

3、为每个兵棋单位加载对应的行动效应三维概率密度体，三维概率密度体表现行动效果在三维空间中的影响范围，概率密度表示效果发生概率； 检测兵棋单位推演行动中对方单位与己方单位行动概率密度体在三维空间内形成碰撞相交； 获取三维概率密度体与目标碰撞相交体积内各微小单元体的概率密度值； 当碰撞相交体积包含至少两个微小单元体时，采用概率修正方法从至少两个概率密度值计算得到修正概率值，概率修正方法为对至少两个概率密度值进行综合计算，综合计算方式选自平均值计算、并联系统成功概率计算或重心距离加权计算中的一种； 考虑气象、地形、电磁动态环境扰动要素对修正概率值进行二次修正得到最终概率； 基于最终概率构造概率函数进行裁决计算，概率函数取0到1均匀分布随机数，若小于等于最终概率则裁决行动成功，若大于最终概率则裁决行动失败。

4、可选的，所述为每个兵棋单位加载对应的行动效应三维概率密度体包括：

5、针对每个兵棋单位的每一种行动功能，确定行动功能在三维空间中的有效空间范围，有效空间范围以兵棋单位当前位置为中心向各个方向延伸形成一个连续的三维几何区域；

6、在功能有效空间范围内构建三维效应场模型体，三维效应场模型体为一个封闭的三维几何体；

7、将三维效应场模型体按照预设的空间分辨率离散化为若干个微小单元体，每个微小单元体对应一个固定边长的立方体网格；

8、为每个微小单元体赋值一个功能成功概率数值，功能成功概率数值根据微小单元体与兵棋单位中心的距离、方向以及设备性能曲线预先计算得到，赋值后的微小单元体即携带概率密度值，所有微小单元体共同构成行动功能的三维概率密度体。

9、可选的，所述检测兵棋单位推演行动中对方单位与己方单位行动概率密度体在三维空间内形成碰撞相交包括：

10、在兵棋推演过程中，以固定时间步长为周期重复执行碰撞检测流程；

11、每个时间步长内，根据己方单位的当前位置和姿态，计算己方单位行动概率密度体在当前时刻占据的三维空间区域，三维空间区域为概率密度体所覆盖的所有微小单元体的空间位置集合；

12、根据对方单位的位置和外形尺寸，计算对方单位的三维空间占据区域；

13、判断己方概率密度体占据区域与对方单位占据区域是否存在交集，交集判定采用三维空间中的包围盒相交测试或精确的网格重叠检测；

14、若存在交集，则判定发生碰撞相交，触发与行动功能对应的裁决计算流程，记录交集体积所覆盖的微小单元体索引；若不存在交集，则跳过裁决计算，继续下一个时间步长的检测。

15、可选的，所述获取三维概率密度体与目标碰撞相交体积内各微小单元体的概率密度值包括：

16、在判定碰撞相交发生后，获取交集体积所覆盖的全部微小单元体的索引列表，索引列表由碰撞检测阶段生成；

17、遍历索引列表中的每一个微小单元体，从内存或存储结构中读取单元体预先赋值的功能成功概率数值，功能成功概率数值即为微小单元体的概率密度值；

18、读取时保持索引顺序不变，将读取到的概率密度值依次存入一个临时数组中，同时记录微小单元体的数量n；若n等于1，则直接将唯一概率密度值作为基础概率值；若n大于等于2，则进入概率修正步骤。

19、可选的，所述综合计算方式选自平均值计算包括：

20、当碰撞相交体积覆盖的微小单元体个数n大于等于2时，读取全部n个概率密度值；将所有概率密度值汇集为一个总量值；

21、按照微小单元体的个数对总量值进行均分处理，获得各个概率密度值的平均水平数值；将平均水平数值作为修正概率值输出。

22、可选的，所述综合计算方式选自并联系统成功概率计算包括：

23、当碰撞相交体积覆盖的微小单元体个数n大于等于2时，读取全部n个概率密度值；

24、针对每个概率密度值，确定其对应的失败可能性数值，失败可能性数值为完全确定事件与概率密度值的差异；将所有失败可能性数值进行累积组合，得到所有微小单元体同时失败的总体可能性；再确定总体可能性的互补可能性，将互补可能性作为并联系统成功概率，并将并联系统成功概率作为修正概率值输出。

25、可选的，所述综合计算方式选自重心距离加权计算包括：

26、当碰撞相交体积覆盖的微小单元体个数n大于等于2时，先确定碰撞相交体积的几何重心位置；针对每个微小单元体，计算单元体中心点到几何重心的空间间隔长度；根据每个单元体的空间间隔长度确定单元体的初始权重值，空间间隔长度越小的单元体获得越大的初始权重值；对全部单元体的初始权重值进行归一化处理，使得归一化处理后的各个权重值之和等于数值1；将每个单元体的概率密度值与对应的归一化处理后的权重值进行加权组合，得到重心加权概率值；将重心加权概率值作为修正概率值输出。

27、可选的，所述考虑气象、地形、电磁动态环境扰动要素对修正概率值进行二次修正得到最终概率包括：

28、读取当前推演时刻的气象数据、地形数据、电磁环境数据，气象数据至少包括能见度值，地形数据至少包括地物遮蔽程度等级，电磁环境数据至少包括电磁干扰强度等级；

29、根据预设的环境修正规则，依据能见度值确定气象影响系数，依据地物遮蔽程度等级确定地形影响系数，依据电磁干扰强度等级确定电磁影响系数；将修正概率值依次经过气象影响系数、地形影响系数、电磁影响系数的调整，得到调整后的概率值；

30、若调整后的概率值大于完全确定事件的阈值则将其限制为阈值，若调整后的概率值小于不可能事件的阈值则将其限制为阈值，将限制后得到的概率值作为最终概率。

31、可选的，所述预设的环境修正规则包括：

32、气象扰动系数映射表以能见度范围作为索引，每个能见度范围对应一个固定数值的气象扰动系数，能见度值越低气象扰动系数取值越小，能见度值越高气象扰动系数取值越大；

33、地形扰动系数映射表以地物遮蔽程度等级作为索引，地物遮蔽程度等级包括无遮蔽、低遮蔽、中等遮蔽、高遮蔽四个等级，每个等级对应一个固定数值的地形扰动系数，遮蔽程度越高地形扰动系数取值越小；

34、电磁扰动系数映射表以电磁干扰强度等级作为索引，电磁干扰强度等级包括无干扰、弱干扰、中等干扰、强干扰四个等级，每个等级对应一个固定数值的电磁扰动系数，干扰强度越高电磁扰动系数取值越小；

35、三个映射表均预先存储在推演系统的配置文件中，推演过程中根据实时采集的环境数据进行查表获取。

36、可选的，所述基于最终概率构造概率函数进行裁决计算包括：

37、调用兵棋推演系统内置的均匀随机数生成函数，随机数生成函数采用线性同余算法或梅森旋转算法实现，每次调用时产生一个独立同分布的随机数，的取值范围为[0,1]，包含端点；将最终概率与随机数进行数值比较；若≤，则输出裁决结果为成功，兵棋推演系统执行行动成功对应的后续逻辑，例如记录命中、扣除对方单位生命值或标记目标被发现；若>，则输出裁决结果为失败，兵棋推演系统执行行动失败对应的后续逻辑，例如记录未命中、维持对方单位状态或保持目标未发现状态。

38、本发明的有益效果是：

39、（1）计算效率显著提升。采用三维概率密度体与碰撞相交检测机制，仅在发生空间重叠时触发裁决计算，避免了传统仿真方法中对所有行动对进行连续解析计算的高开销，在大规模兵棋推演中计算量降低明显。

40、（2）行动细节保留完整。通过将行动效果离散化为三维空间中的微小单元体并赋予概率密度值，保留了效果在空间中的非均匀分布特征，相比手工兵棋的线性排队式裁决，能够更精细地反映探测、命中概率的空间差异性。

41、（三）软硬件环境依赖低。本发明不依赖高性能计算集群或专用仿真平台，采用查表修正与简单算术运算即可完成概率修正与裁决，计算过程轻量化，便于在普通计算设备上部署和推广。

42、（4）概率结果可信度高。通过平均值、并联系统成功概率或重心距离加权三种修正方法，结合气象、地形、电磁环境扰动系数的二次修正，使最终概率更加贴近真实战场条件，随机裁决方式保证了推演结果的统计合理性。