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《天津大学》 2004年
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飞行模拟器视景仿真系统设计与关键技术研究

张立民  
【摘要】:飞行模拟训练系统是由多种技术所构成的大型综合集成环境,视景仿真是其最重要的体现形式。本论文在研究和制造我国首台用于任务训练系统的大型飞机模拟器的过程中,对飞行模拟器的体系结构和视景仿真系统进行了详细的设计,对相关的关键技术做了深入的研究,解决了该模拟器研制的一系列技术难题。该课题通过了专家组的鉴定,并在实际应用中得到了广泛的好评。完成的主要工作和创新点可概括如下: 首先,在大型综合集成环境模拟器的结构设计中,以突出多机对抗的模拟器体系结构为特色,提出了基于HLA体系结构的模拟器引擎概念,完成了庞杂的技术设计和系统的软件层次、硬件结构的设计。在此基础上,根据模拟器的实际需求,实施了六通道视景仿真系统实像球幕投影方案,并完善了具体技术细节。方案中球幕投影的水平视角180o,垂直视角可达到130o,其下视角达到了90o,如此超大下视场角的实像球幕投影,为国内首创。 其次,深入研究了实像球幕投影显示系统的关键技术。其一是球幕实像投影的非线性失真校正问题。以图形空间变换为基础,推导了投影机球心安装、离轴安装等情况下的非线性失真公式,并首次提出了投影机离轴安装时,球面投影非线性失真校正的预失真算法,试验结果与工程实践证明了该仿真算法的实时性和有效性。其二,对球面投影的多眼点非线性失真问题进行了详细的分析,并通过非线性校正方法,解决了飞机模拟器的多眼点视景仿真的重大技术难题。该方法在飞机模拟器多乘员、多观察点的视景仿真方面,具有重要的应用价值。最后讨论了六通道球幕投影图像边缘融合问题解决方案。 第三,对飞行训练综合仿真系统中的三维虚拟战场环境地形建模技术进行了深入的研究。主要研究了地形建模,特别是大地形虚拟环境的建模技术,提出了虚拟战场环境大地形建模的数据源模拟算法。同时重点讨论了地形重构技术,采用基于双三次B-样条的地形重构算法和基于分形的地形重构算法,并提出了基于随机中点位移法的改进分形算法,该算法可以克服采用一般分形方法产生的地形各向同性的缺点,得到反映真实地形各向异性特性的真实模拟效果。这些问题的研究结果,有效地解决了地景调度与地形建模矛盾的重大技术难题。 最后,研究了基于虚拟战场环境的视景仿真系统的一些关键技术。一是研究了虚拟战场环境下的碰撞检测技术。根据虚拟战场环境的特点,提出了相关的碰撞检测技术算法,并对该算法进行了详细的论证。采用该算法,仅检测感兴趣区域的碰撞,可大大降低计算机检测运算量。二是基于粒子系统的环境特效的技术实现问题。在阐述了粒子系统原理的基础上,得出了虚拟战场环境下的火焰、雨雪模型,以及实现效果,满足了虚拟战场环境的仿真的需要。
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