鄧晴鶯,　李國(guó)翬,　王寶奇,　姚建銓

(1.天津大學(xué) 天津開發(fā)區(qū)奧金高新技術(shù)有限公司,天津　300072; 2.北京摩詰創(chuàng)新科技股份有限公司,北京　100029)

?

大下視場(chǎng)飛行模擬器視景系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄧晴鶯1,2,李國(guó)翬1,2,王寶奇1,2,姚建銓1,2

(1.天津大學(xué) 天津開發(fā)區(qū)奧金高新技術(shù)有限公司,天津300072; 2.北京摩詰創(chuàng)新科技股份有限公司,北京100029)

摘要：飛行模擬器視景系統(tǒng)是飛行模擬器的重要組成部分。針對(duì)飛行模擬器視景系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求高、視場(chǎng)角較大、場(chǎng)景覆蓋范圍較大、逼真度高等特點(diǎn),基于某直升機(jī)飛行模擬器研制對(duì)下視場(chǎng)要求較大的特定需求,對(duì)大下視場(chǎng)模擬器視景系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)、多通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、視景仿真軟件以及視景數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),并對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)如成像球幕加工技術(shù)、多通道同步和融合技術(shù)進(jìn)行了深入研究。實(shí)際效果表明,該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)大下視場(chǎng)視景系統(tǒng)研制任務(wù)的需求,達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

關(guān)鍵詞：視景系統(tǒng); 飛行模擬; 球幕; 大下視場(chǎng)

1引言

隨著計(jì)算機(jī)性能大幅度提高,地景圖像技術(shù)、圖形繪制技術(shù)、投影等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,虛擬現(xiàn)實(shí)漸漸成為建模與仿真技術(shù)的關(guān)鍵[1]。

飛行模擬器作為虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用之一,可以讓飛行員的訓(xùn)練不受氣候、地形地域和環(huán)境的限制,可以針對(duì)飛行特情進(jìn)行訓(xùn)練,大大提高了訓(xùn)練的安全性并降低了訓(xùn)練費(fèi)用。以我軍某型號(hào)的飛機(jī)為例,該機(jī)購(gòu)置費(fèi)2.5億元,飛行小時(shí)訓(xùn)練費(fèi)用為23萬(wàn)元左右。飛行模擬器購(gòu)置費(fèi)5000萬(wàn)元,每小時(shí)訓(xùn)練飛行費(fèi)用為3200元。只有實(shí)際飛行小時(shí)訓(xùn)練費(fèi)用的1/70。各國(guó)在飛行模擬器上的投入都是非常大,我國(guó)也逐步加大了對(duì)飛行模擬器的研制投入力度[2]。

飛行模擬器能夠把飛行員在空中操作真實(shí)飛機(jī)時(shí)所能看到的、聽到的、感覺到的飛機(jī)姿態(tài)、飛機(jī)運(yùn)動(dòng)、儀表指示、環(huán)境變化、周圍聲音以及駕駛力感等逼真地反映給飛行員,給飛行員提供視聽觸動(dòng)的感覺[3]。視景系統(tǒng)是飛行模擬器的重要組成部分,給飛行員提供有效的視覺信息。它隨著計(jì)算機(jī)硬件、顯示技術(shù)、圖形圖像技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展,其中如光學(xué)成像技術(shù)、非線性失真校正技術(shù)、圖形加速繪制、特效模擬、同步技術(shù)、碰撞檢測(cè)等都是相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[4-8]。本文針對(duì)某直升機(jī)飛行模擬器的研制任務(wù),結(jié)合其視景系統(tǒng)要求大下視場(chǎng)的特點(diǎn),論述了大下視場(chǎng)飛行模擬器視景系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),并對(duì)其中相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹。實(shí)踐證明該系統(tǒng)能滿足直升機(jī)飛行員訓(xùn)練的要求,顯示效果逼真,該大下視場(chǎng)視景系統(tǒng)結(jié)構(gòu)達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

2視景系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

飛行模擬器視景系統(tǒng)主要用來(lái)模擬飛行仿真時(shí)座艙外的真實(shí)景象,為飛行員提供飛行視覺環(huán)境,結(jié)合運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)感、操縱負(fù)荷的觸感以及音響系統(tǒng)的聽覺,從而營(yíng)造一個(gè)逼真的虛擬飛行環(huán)境。

視景系統(tǒng)接收飛行仿真軟件傳來(lái)的位姿數(shù)據(jù)和教員臺(tái)的控制指令,實(shí)時(shí)更新視點(diǎn)位置,同時(shí)渲染出顯示的場(chǎng)景,與模擬器其他系統(tǒng)的接口關(guān)系如圖1所示。

針對(duì)直升機(jī)飛行模擬器的視景系統(tǒng),除了能逼真模擬直升機(jī)姿態(tài)和真實(shí)自然環(huán)境、場(chǎng)景、燈光,有較低的系統(tǒng)響應(yīng)延遲,對(duì)系統(tǒng)的下視場(chǎng)的要求,由原來(lái)的正投實(shí)像的40度提高到了55度甚至更大,這對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提出了更高的要求。

圖1　視景系統(tǒng)與模擬器各分系統(tǒng)接口關(guān)系圖Fig.1　Interface of visual system and other sub-systems in Simulator

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

為了完成某直升機(jī)模擬器視景系統(tǒng)大下視場(chǎng)的研制要求,對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),下面分別針對(duì)顯示系統(tǒng)、多通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、視景仿真軟件以及視景數(shù)據(jù)庫(kù)四個(gè)方面進(jìn)行描述,其中重點(diǎn)對(duì)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行描述。

3.1顯示系統(tǒng)

飛行模擬器主要有實(shí)像和虛像兩種不同的顯示方式,實(shí)像是由實(shí)際光線匯合在一起所成的影像。針對(duì)直升機(jī)對(duì)垂直視場(chǎng)要求較大的特點(diǎn),考慮采用實(shí)像球幕顯示的方式。

對(duì)于飛行模擬器而言,如果多觀察點(diǎn),則在眼點(diǎn)的定位方面,需要認(rèn)真考慮。一般直升機(jī)模擬器為雙觀察點(diǎn),為避免產(chǎn)生較大的失真,一般選擇兩飛行員中間為眼點(diǎn)。但由于直升機(jī)對(duì)大的下視場(chǎng)的要求,以及對(duì)于全運(yùn)動(dòng)模擬器降低重心高度的考慮,眼點(diǎn)的選擇通常位于球幕中心的下方,而飛行員眼位如與球心的位置較遠(yuǎn),則在觀察同一幅場(chǎng)景時(shí),必然會(huì)產(chǎn)生較大的失真。在我們研制的飛行模擬器中,需要通過(guò)相應(yīng)算法對(duì)其進(jìn)行非線性失真的校正。具體分析如下:

假設(shè)坐標(biāo)系為(x,y),原眼點(diǎn)的位置位于球心(0,0),眼點(diǎn)在地面的投影為G,移動(dòng)后的新眼點(diǎn)O′在該坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x0,y0),球心位置距地高度為H。假設(shè)球心與球幕上任意一點(diǎn)連線的與水平軸線夾角為α。

如圖2中所示,O′點(diǎn)與球幕水平相交于A點(diǎn),O點(diǎn)與A點(diǎn)連線與地平線相交于G′,OA與水平軸夾角為

(1)

則從OA連線看到實(shí)際距離為

(2)

圖2　不同眼點(diǎn)的觀測(cè)示意圖Fig.2　Schematic drawing of observing from different eye-points

對(duì)于球幕上任意一點(diǎn)B,OB與地平線交于G″點(diǎn),O′B與地平線交于G?。

二維坐標(biāo)系xy中球截面,有表達(dá)式:x2+y2=R2,在x′y′坐標(biāo)系中的表達(dá)式為

(3)

β為OB與水平軸的夾角,B點(diǎn)在xy坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(R·cosβ,R·sinβ),B點(diǎn)在x′y′坐標(biāo)系中為(R·cosβ-x0,R·sinβ-y0)。

(4)

式中,忽略了O和O′垂直到地兩點(diǎn)之間的距離差別,則觀察的實(shí)際地速誤差百分比為

100%

(5)

球幕半徑為3米,x0=0米,Y0=0.45米,假設(shè)視景高度H為1 000米,則O′看出無(wú)窮遠(yuǎn)情況下的初始角度,根據(jù)式(1),可計(jì)算出α為8.63度。當(dāng)設(shè)計(jì)眼點(diǎn)偏離球心位置x0=0米,Y0=0.45米,假設(shè)球幕上的B的β角度為15度,可以計(jì)算得出從該點(diǎn)觀測(cè)的LGG″為3732,LGG?,為8 876,δ為138%。在不同的角度條件下可以求得其地速誤差。在飛行模擬器中,球心的主要觀測(cè)范圍為水平范圍,集中在視野前方,而對(duì)于設(shè)計(jì)眼點(diǎn),因位于球心的下方,視野范圍主要集中在前下方。因此,為了保證設(shè)計(jì)眼點(diǎn)的視野范圍內(nèi)的實(shí)際觀測(cè)效果,對(duì)球幕投影區(qū)域的下方,進(jìn)行非線性縮放,從而對(duì)設(shè)計(jì)眼點(diǎn),可得到滿意的效果。

圖像縮放指的是一幅圖像的重采樣。圖像放大和縮小的方法最典型的有幾何變換及離散數(shù)字圖像的連續(xù)表示兩種方法。

幾何變換是將目標(biāo)圖像上的點(diǎn)(x,y)映射成源圖像上的點(diǎn)(u,v),將(x,y)處的顏色值取作(u,v)處的顏色值,當(dāng)(u,v)不是格點(diǎn)時(shí),可用(u,v)鄰近若干格點(diǎn)處的顏色值表示。離散數(shù)字圖像的連續(xù)表示法對(duì)原始的離散的數(shù)字圖像用連續(xù)函數(shù)進(jìn)行刻劃,再根據(jù)圖像縮放的倍數(shù)要求對(duì)該連續(xù)表示的圖像進(jìn)行重新采樣,得到新的離散的數(shù)字圖像。

線性縮放其變換表達(dá)式為

(6)

(7)

κ、λ為分別沿u、v坐標(biāo)軸方向的縮放比例,

由于眼點(diǎn)低于球心,需要對(duì)相關(guān)通道的投影圖像進(jìn)行非線性的縮放。采用離散數(shù)字圖像的連續(xù)表示法對(duì)圖像進(jìn)行以圖像中心線為軸的對(duì)稱非線性壓縮,在水平方向上,保持原有的圖像比例,而在垂直方向上,對(duì)圖像進(jìn)行非線性壓縮(壓縮函數(shù)見公式(7))。這里仍取x0=0米,Y0=0.45可得到較好的非線性壓縮效果。

3.1.1球幕結(jié)構(gòu)

考慮到動(dòng)感系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的限制,采用3米半徑實(shí)像球幕顯示系統(tǒng),該系統(tǒng)由如下部分組成:成像球幕、球幕上蓋、球幕入口、投影儀平臺(tái)和支架,其外觀組成形式如圖3所示。

成像球幕的有效視場(chǎng)為水平180°(±90°),垂直:上18°,下60°。為保證有效視場(chǎng)的要求,將成像球幕設(shè)計(jì)成水平360°,并且在赤道位置按上18°,下60°時(shí)向心切下,以便于與上蓋及其它結(jié)構(gòu)連接安裝。

因成像球幕下視場(chǎng)大,導(dǎo)致成像球幕底部向內(nèi)收縮,為加強(qiáng)成像球幕的穩(wěn)定性,在每個(gè)球瓣的下方加一基座以增強(qiáng)球幕的穩(wěn)定性,共八個(gè),基座采用5mm厚的鐵板加工制作。由于下視增大基于安全考慮,對(duì)基座為0.8米和1.3米兩種情況下的幾種工作狀態(tài)的主體結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度進(jìn)行了校核。

根據(jù)模擬器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),結(jié)合有限元軟件的功能,在solidworkssimulasion中,采用二階實(shí)體四面體單元對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在有限元計(jì)算模型中,垂向?yàn)閅向,橫向?yàn)閆向,縱向?yàn)閄向。計(jì)算時(shí),在底部支撐板部位施加固定約束。

依據(jù)GJB2021-94《飛行器模擬器六自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求》,六自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在工作狀態(tài)的直線、轉(zhuǎn)動(dòng)加速將對(duì)模擬器主體結(jié)構(gòu)施加慣性力。計(jì)算載荷主要為慣性載荷,如表1所示。

考慮一定的安全系數(shù),選取2g直線加速度,120°/s2角加速度。

綜合考慮球體縱向與側(cè)向相同,計(jì)算升降、縱向、俯仰、橫滾、偏航5個(gè)計(jì)算工況0.8mm和1.3mm升降工況模擬器整體變形計(jì)算結(jié)果如圖4、圖5所示，其他工況的計(jì)算結(jié)果由篇幅限制不再贅述，各載荷工況最大位移值見表2。

表2　各載荷工況最大位移值Tab.2　Max.displacement under differentworking payloads

圖4　0.8m升降工況模擬器整體變形圖Fig.4　Integral deformation of simulator with 8 m support structure under vertical working payload

校核結(jié)果表明采用1.3m的基座能達(dá)到較好的強(qiáng)度。

圖5　1.3m升降工況模擬器整體變形圖Fig.5　Integral deformation of Simulator with 1.5 m support structure under vertical working payload

對(duì)球幕頂蓋進(jìn)行校核,如圖6所示。頂蓋最大變形量變形量0.4mm,可以滿足強(qiáng)度要求。

圖6　2G載荷下頂蓋變形圖Fig.6　Integral deformation of top cover under 2 g payload

3.1.2光路設(shè)計(jì)

為了達(dá)到系統(tǒng)視場(chǎng)的范圍的要求,需要多臺(tái)投影儀共同投影,且投影儀的投放距離要求相同。為了滿足系統(tǒng)對(duì)視場(chǎng)角、亮度、分辨率以及均勻性的指標(biāo)要求,考慮球幕特點(diǎn)以及座艙對(duì)光路的遮擋,綜合設(shè)計(jì)球幕增益以及投影儀的擺放位置和投影儀性能指標(biāo),以使其最終能滿足系統(tǒng)總體指標(biāo)要求。五臺(tái)投影器投影儀布局如圖7所示。

3.2多通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水平視場(chǎng)角為180度,垂直視場(chǎng)角為80度,從保證投影圖像亮度和分辨率以及滿足場(chǎng)景運(yùn)算實(shí)時(shí)性出發(fā),將整個(gè)視景圖像分配到5個(gè)渲染通道來(lái)完成。

圖7　投影儀布局圖Fig.7　Layout of projectors

多通道視景系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常有內(nèi)部廣播和管理節(jié)點(diǎn)調(diào)度兩種機(jī)制。結(jié)合總體設(shè)計(jì)要求,增加一臺(tái)作為視景控制節(jié)點(diǎn),其他5臺(tái)作為渲染節(jié)點(diǎn),該6臺(tái)計(jì)算機(jī)組成一個(gè)小的局域網(wǎng)的廣播機(jī)制。視景控制節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)與模擬器其他分系統(tǒng)通信,并由其驅(qū)動(dòng)和控制渲染節(jié)點(diǎn),并實(shí)現(xiàn)渲染節(jié)點(diǎn)的畫面同步。圖形渲染計(jì)算機(jī)完成地形數(shù)據(jù)庫(kù)可視化渲染,亮度融合及邊緣變形等功能。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig.8　Network structure diagram

考慮到系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性以及高效性,系統(tǒng)計(jì)算機(jī)采用通用的貨架產(chǎn)品,并采用市場(chǎng)上成熟的高端圖形卡。

3.3視景仿真軟件

視景仿真軟件是視景系統(tǒng)的核心,主要實(shí)現(xiàn)指令的輸入和響應(yīng)、場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)與渲染、地景庫(kù)的管理和動(dòng)態(tài)調(diào)度、環(huán)境以及特效模擬、碰撞檢測(cè)等。

該系統(tǒng)軟件包含亮度融合及邊緣變形軟件、視景驅(qū)動(dòng)軟件VegaPrime5.0等。基本實(shí)現(xiàn)參數(shù)如表3所示。

表3　視景計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本參數(shù)Tab.3　Parameters of imagine generator system

3.4視景數(shù)據(jù)庫(kù)

視景數(shù)據(jù)庫(kù)由專用的視景圖像建模工具creator和terravista制作。針對(duì)系統(tǒng)需求,先進(jìn)行地形空間場(chǎng)景、三維目標(biāo)和各種特殊效果的建模工作,然后將采集到的真實(shí)紋理照片和衛(wèi)星照片進(jìn)行數(shù)字化處理,最后輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行紋理處理和紋理應(yīng)用,形成具有真實(shí)紋理的全三維模型。然后在成像計(jì)算機(jī)上用VP實(shí)時(shí)圖像開發(fā)軟件進(jìn)行場(chǎng)景組織,完成配置文件的生成,然后通過(guò)VegaPrime和OpenGL在VC環(huán)境下編程實(shí)現(xiàn)程序各模塊功能,完成視景仿真程序的開發(fā)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),程序使用ACF配置文件,接收飛行仿真程序的信息和教員臺(tái)指令,實(shí)時(shí)構(gòu)建視點(diǎn)相關(guān)場(chǎng)景,動(dòng)態(tài)加載地景庫(kù),提供系統(tǒng)所需的渲染圖像并輸出給顯示系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的完整功能。其顯示效果如圖9所示。

圖9　視景顯示效果Fig.9　Airport in visual system

4關(guān)鍵技術(shù)

4.1成像球幕面形精度控制技術(shù)

此技術(shù)用于確保成像球幕面形符合高精度指標(biāo)要求。由于實(shí)像顯示系統(tǒng)是投影設(shè)備直接將圖像投射到成像球幕上,若成像球幕的面形曲率不一致將會(huì)造成顯示圖象的扭曲變形。由于成像球幕是由模具糊制而成,要控制直徑達(dá)6m多,厚度達(dá)50mm的球帶的面形精度是非常困難的。為了解決這個(gè)問題,將每個(gè)單元成像球幕塊分解為內(nèi)蒙皮(成像幕)、外蒙皮(外觀面)、中間夾層,三部分組成。外表面為4mm厚的玻璃鋼,內(nèi)表面為6mm厚的玻璃鋼,中間使用4mm厚的帶鐵作為加強(qiáng)筋以500mm×500mm田字形排布,中空部分用紙蜂窩填充以便加強(qiáng)球幕強(qiáng)度。在貼敷玻璃鋼蜂窩前需先將玻璃鋼蜂窩做浸膠處理,待膠干玻璃鋼蜂窩結(jié)構(gòu)固定后再貼敷在中間夾層田字筋骨中空區(qū)域。

內(nèi)外蒙皮均使用模具制作而成,內(nèi)外蒙皮從模具中取出到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),尺寸會(huì)發(fā)生收縮變化,其比值成為收縮率。為保證最終產(chǎn)品的精度,需將收縮率反向加到模具上,即將模具的型腔放大χ(1+收縮率)倍。這樣就可以減小產(chǎn)品因收縮而帶來(lái)的誤差。產(chǎn)品的材料、大小、形狀及加工環(huán)境對(duì)收縮率都有一定的影響。因?yàn)閮?nèi)外蒙皮采用的是復(fù)合材料所以其收縮率很難確

定,通過(guò)測(cè)量以前的實(shí)際生產(chǎn)中采用同樣配比的復(fù)合材料所生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品的實(shí)際尺寸,得出一個(gè)收縮率,以此作為參考收縮率。使用MOLDFLOW軟件模擬本次產(chǎn)品的成形過(guò)程,得出一個(gè)理論收縮率。通過(guò)對(duì)兩個(gè)產(chǎn)品的形狀、大小的對(duì)比,結(jié)合參考收縮率與理論收縮率最終得出一個(gè)較為可靠的實(shí)用收縮率的范圍。從而最大限度的減小內(nèi)外蒙皮因收縮而帶來(lái)的誤差以確保其高精度要求。

4.2成像球幕噴涂光學(xué)涂料技術(shù)

實(shí)像顯示系統(tǒng)是通過(guò)投影設(shè)備直接將圖像投射到顯示幕上,其立體感和縱深感不強(qiáng),為使成像球幕成像清晰且加大其立體感和縱深感,需在成像球幕上噴涂某種特殊的光學(xué)涂料。該涂料具有特定的增益,其配比較為關(guān)鍵。

4.3多通道同步技術(shù)

由于采用5個(gè)成像通道,多個(gè)通道畫面的同步顯得尤為重要,直接影響系統(tǒng)性能。本系統(tǒng)主要采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)主從機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制,從而保證幀同步。

渲染節(jié)點(diǎn)接收到控制節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包,待數(shù)據(jù)渲染完成后,發(fā)送給控制節(jié)點(diǎn)渲染完成信息;控制節(jié)點(diǎn)在接到所有渲染節(jié)點(diǎn)回應(yīng)信息后,才進(jìn)行下一步工作,從而保證了幾個(gè)通道運(yùn)行的同步。

4.4多通道融合軟件

當(dāng)多通道投影到顯示介質(zhì)時(shí),多通道顯示拼接帶來(lái)通道間圖像重疊,必然會(huì)存在一個(gè)邊緣圖像融合問題。采用邊緣融合的技術(shù),使得相鄰?fù)ǖ乐丿B部分亮度線性減弱,從而使得整幅畫面亮度一致。設(shè)計(jì)投影機(jī)位置時(shí),優(yōu)化了圖像的相互匹配位置;同時(shí)采用軟融合的方法,使得拼接區(qū)域平滑,提高圖像質(zhì)量。融合軟件安裝于渲染計(jì)算機(jī)中,利用顯卡的渲染周期與屏幕刷新周期的時(shí)間間隙,進(jìn)行自動(dòng)幾何校正和自動(dòng)生成融合區(qū)的計(jì)算,減少了硬件成本,做到0延時(shí)。

5結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了某直升機(jī)飛行模擬器視景系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。研究了直升機(jī)模擬器視景系統(tǒng)大下視場(chǎng)要求的特點(diǎn),對(duì)其顯示系統(tǒng)、多通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、視景仿真軟件、視景數(shù)據(jù)庫(kù)等的設(shè)計(jì)進(jìn)行了描述,對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,并完成了產(chǎn)品的工程實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)能充分滿足直升機(jī)模擬器對(duì)大下視場(chǎng)范圍要求,為飛行員產(chǎn)生身臨其境的交互式仿真環(huán)境,具有很高的逼真度和可信度,在飛行模擬器大下視場(chǎng)視景系統(tǒng)領(lǐng)域?yàn)閲?guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

參考文獻(xiàn):

[1]李伯虎,柴旭東,朱文海,等.現(xiàn)代建模與仿真技術(shù)發(fā)展中的幾個(gè)焦點(diǎn)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2004,16(9):1871-1878.

LIBohu,CHAIXudong,ZHUWenhai,etal.Somefocusingpointsindevelopmentofmodernmodelingandsimulationtechnology[J].JournalofSystemSimulation,2004,16(9):1871-1878.

[2]王行仁.建模與仿真技術(shù)的若干問題探討[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2004,16(9):1896-1897.

WANGXingren.Researchanddiscussionontechnologiesofmodelingandsimulation[J].JournalofSystemSimulation,2004,16(9):1896-1897.

[3]張立民,滕建輔.飛行模擬器視景仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)[D].天津大學(xué),2014.

ZHANGLimin,TENGJianfu.Designandimplementationofflightsimulatorvisualsimulationsystem[D].TianjinUnivoristy,2014.

[4]吳曉君,王昌金.基于Creator/Vega的戰(zhàn)場(chǎng)飛行視景系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2005,17(9):2297-2300.

WUXiaojun,WANGChangjin.Realtimesimulationofbattlefieldflightscenesystembasedoncreator/vega[J].JournalofSystemSimulation(S1004-731X),2005,17(9):2297-2300.

[5]李京偉,張利萍.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的飛行視景仿真[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2005,26(7):1935-1937.

LIJing-wei,ZHANGLi-ping.FlightscenesimulationbasedonVR[J].Computerengineeringanddesign,2005,26(7):1935-1937.

[6]龔少華,沈?yàn)槿?宋子善.基于PC機(jī)的實(shí)時(shí)視景仿真系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2002,38(4):118-121.

GONGShaohua,SHENWeiqun,SONGZishan.TheresearchandimplementoftherealtimesystemofvisualsimulationbasingonPC[J].Computerengineeringandapplications,2002,38(4):118-121.

[7]謝廣輝,魏少寧.飛行模擬器視景系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)[J].航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程,2003,16(3):223-226.

XIEGuanghui,WEIShaoning.Reviewofvisualdisplaysysteminflightsimulator[J].Spacemedicine&medicalengineering,2003,16(3):223-226.

[8]張燕燕,黃其濤,韓俊偉,等.飛行模擬器視景系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2009,6:3662-3667.

ZHANGYanyan,HUANGQitao,HANJunwei,etal.Designandiplementationofvisualsimulationsysteminflightsimulator[J].JournalofSystemSimulation,2009,6:3662-3667.

鄧晴鶯女(1980-),湖南湘鄉(xiāng)人,博士研究生,主要研究領(lǐng)域?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、飛行模擬器設(shè)計(jì)。

李國(guó)翚男(1964-),天津人,教授,主要研究領(lǐng)域?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù),生物醫(yī)學(xué)工程。

中圖分類號(hào)：T 391.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

基金項(xiàng)目：國(guó)家863項(xiàng)目(2014AA7052002)

Design and Implementation of a Large Down FOV Visual System in a Flight Simulator

DENG Qingyin1,2,LI Guohui1,2,WANG Baoqi1,2,YAO Jianquan1,2

(1.TianjingUniversity,TEDAOrKingHi-TechCO.LTD,Tianjin300072,China;2.BeijingMoregetCreativeTechnologyCO.LTD.,Beijing100029,China)

Abstract：The visual system is an important component of the flight simulator.Visual system of flight simulator requires high real-time ability,large field of view and realistic imaging effect.Based on requirement of a specific helicopter flight simulator,in which a large down FOV is needed.We designed its display system,multi-channel network,visual simulation software and scene database.Some key technology during the system implementation,including Dome processing,multi-channel communication synchronization and edge blending,was explored.The visual system used in the helicopter flight simulator achieves high-quality of visual effect and reachs the domestic leading level.

Key words：visual system; flight simulator; dome; large down FOV