近十几年来,建模和仿真技术研究空前高涨,虚拟现实技术作为现代仿真技术的一个重要的方向,在建筑、军事等领域中得到了很高的重视和广泛的应用。本文根据时代发展和炮兵实际训练的需要,针对军事仿真,特别是炮兵虚拟现实训练系统研究所涉及的一些关键性问题进行深入的探讨。仿真系统的体系结构是系统的主框架,是影响系统扩展性、标准性和模块独立性的关键。本论文对系统体系结构,主要是分布式体系结构(DIS)和高层体系结构(HLA)这两类系统结构的特点及构成进行了重点研究,提出构建这两类仿真系统的一般原则,并通过开发一个实际系统,详细论述了HLA技术规范的应用及开发的基本过程。新概念武器的先期演示及仿真计算是军事仿真中的一项重要内容。论文在这方面重点对末制导炮弹的弹道仿真及子母弹的射击仿真进行了研究。建立了末制导炮弹全弹道仿真模型,完成了作战区域的仿真计算;分析了子母弹射击误差的组成及其影响因素,建立和改进了评定子母弹射击效率的数值积分法、统计实验法、相当“榴弹”法和二组误差法计算模型及仿真模型。开发了“炮兵射击指挥模拟训练系统”、“激光末制导炮弹模拟训练系统”和“子母弹射击训练系统”等系统,填补了我军炮兵射击综合指挥训练和新弹种射击训练模拟系统的空白。系统开创性地解决了三维场景拼接、激光测距模拟器的研制、地图地形的数字化及近三维化、碰撞检测及响应等重大难题,为以后军事模拟系统的研制打下了坚实的基础。地形建模时,模型质量与显示速度是一对矛盾。为此,本论文全面总结了在地形数据准备及数据管理方面进行优化和选择的常用方法;对当前流行建模工具进行了技术比较,解决了地形建模的具体实现技术及途径、纹理制作及映射技术等问题,最后对地形模型简化算法进行了研究。关于大型虚拟环境中碰撞检测的速度及质量问题,论文有针对性地提出了DS(Dynamic Sorted)算法。该算法以包围盒检测技术为基础,根据大型虚拟场景的特点,提出了碰撞发生的局部性、主动性、相邻性的观点,给出并证明了碰撞检测的三条定理,通过建立可能碰撞物体空间位置的三维有序序列,极大减少了碰撞检测的范围,提高了检测的效率。碰撞检测是提高虚拟系统现实性的前提,碰撞响应是影响虚拟环境视觉效果的关键。本论文根据虚拟战场的特点,对碰撞响应技术进行了研究,深入分析了虚拟战场中常见的几类碰撞问题,重点对虚拟战场环境中导弹对目标或大地的碰撞检测及响应、运动目标与地形的碰撞检测及响应(地形匹配)以及视线的碰撞检测及应用等三个方面的问题进行讨论,建立了一套科学实用的仿真模型,为解决军事仿真中的碰撞问题提供理论依据。最后,本文对虚拟现实技术的发展方向及其在军事训练中的应用作了进一步的展望。