本文針對傳統(tǒng)仿真方法的不足，采用opengl圖形系統(tǒng)結合vc++軟件開發(fā)平臺設計出智能跟蹤控制系統(tǒng)三維動畫仿真軟件。在該軟件的設計方案中，提出自動導入的方法使其能直接導入來自各種現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，克服數(shù)據(jù)來源復雜的難題;提出幾何變換法實現(xiàn)視點調整功能，使仿真過程具有多角度可視性;利用程序的延時技術實現(xiàn)仿真速度的可控性，提高了軟件對仿真對象進行觀察研究的能力。

　　2 仿真軟件總體框架

　　智能跟蹤控制系統(tǒng)三維動畫仿真軟件的基本任務是提供仿真數(shù)據(jù)的導入功能，智能體軌跡跟蹤過程的精確重演，提供仿真過程的交互功能。通過數(shù)據(jù)導入功能，不論是來自于實物實驗還是仿真實驗的數(shù)據(jù)都能較容易地被該仿真軟件使用。仿真運行時要能生成三維動畫圖像，精確模仿智能體軌跡跟蹤過程。仿真過程中要能夠對視點和速度進行調整，以便于從各個方向和不同的距離觀察，以及快放和慢放軌跡跟蹤過程，進一步方便對仿真結果進行分析和處理。

　　軌跡跟蹤控制系統(tǒng)可能只涉及到一個智能體，也可能涉及到若干個智能體，各個智能體在跟蹤過程中可能組成編隊并擔任著不同的職能，不同類型的智能體以及不同的跟蹤任務其跟蹤控制方法也不同[3]。但跟蹤原理基本一致，即智能體根據(jù)預設的或者捕捉到的目標軌跡，經過計算產生控制信號輸入，使其發(fā)出跟蹤行動，產生跟蹤軌跡。

　　為了便于整體開發(fā)和擴展應用，根據(jù)軌跡跟蹤過程的特點和研究需求，將軟件按照實現(xiàn)的功能進行模塊化設計，并通過操作界面來控制其功能的實現(xiàn)。圖1所示為該仿真軟件的框架結構。

　　圖1 仿真軟件框架示意圖

　　該仿真軟件主要設計有導入模塊、重演模塊、控制模塊三大功能模塊，以及提供用戶界面的界面模塊。其中界面模塊用vc++[4]開發(fā)，為用戶提供可實現(xiàn)各項功能的操作界面。導入模塊可將復雜數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)導入到指定存儲器中;重演模塊將數(shù)據(jù)生成軌跡跟蹤過程的三維動畫;控制模塊實現(xiàn)用戶交互功能，可以在仿真過程中通過它調整仿真速度和視點位置。

　　3 智能跟蹤控制系統(tǒng)建模

　　根據(jù)軌跡跟蹤基本原理建立智能軌跡跟蹤控制系統(tǒng)模型。

　　設定目標軌跡為：

　　s0(t)=[s0(t),s0(t),s0(t)]t，

　　智能跟蹤控制系統(tǒng)為：

　　(1)其中t為時間參數(shù)，x(t)=[x1(t),x2(t),x3(t)]t為系統(tǒng)的狀態(tài)向量，u(t)=[u1(t),u2(t),u3(t)]t為系統(tǒng)的輸入向量，f(t)=[f1(t),f2(t),f3(t)]t為系統(tǒng)的控制信號輸入向量，ai,i=1,2,3為系統(tǒng)狀態(tài)的常數(shù)系數(shù)矩陣，bi,i=1,2,3為系統(tǒng)輸入的常數(shù)系數(shù)矩陣。

　　設計控制信號輸入f(t)使系統(tǒng)(1)有一個特解為s0(t)這時：

　　(2)由于系統(tǒng)(1)漸近穩(wěn)定，因而系統(tǒng)(1)的任意解都趨向于s0(t)。

　　利用matlabsimulink工具箱[5]可將數(shù)學模型轉換為計算機仿真模型。圖2為系統(tǒng)(1)第一個變量的仿真模型。input controller為系統(tǒng)的控制器模塊，其功能是將采集的目標狀態(tài)s0通過函數(shù)計算得到系統(tǒng)的控制信號f1輸出。

　　圖2 系統(tǒng)(1)第一個變量的仿真模型