基于虚拟现实技术的飞行视景仿真平台的设计与实现

论文摘要

视景仿真是飞行仿真的一个重要领域，对于飞机的研制、设计和部队的训练、维护等具有不可估量的作用。本文基于“某型战斗机空战战法训练系统研制”研究课题，设计并开发了一个相对通用的分布式可视化实时飞行视景仿真平台。本文首先介绍了虚拟现实技术及其在飞行仿真中的应用，分析了视景仿真中的关键技术，包括视景生成过程、三维建模技术以及实时视景生成与显示技术等，提出了后续视景仿真平台的设计要求。然后，本文从动力学模型建立、网络结构、结构模型、系统功能、帧渲染顺序及视景平台的进程六个方面对飞行视景平台组成、接口、网络结构、运行机制进行了总体设计。该仿真平台主要由输入系统、飞行动力学仿真系统和视景显示系统构成，按照实时三维建模、虚拟场景配置、虚拟场景实时驱动的顺序进行开发。动力学模型采用Simulink构建，用Creator建立了多个机型的三维模型，利用Lynx进行虚拟场景配置，采用Vega＋VC完成网络数据的接收及虚拟场景实时驱动。整个系统采用仿真控制主机和目标仿真机运行模式，提高了平台的通用性和扩展性。最后，对系统性能进行测定，验证了该平台的实时性和通用性。本文研究既可为某型战斗机空战战法训练系统提供逼真的飞行与作战环境，也可为类似视景仿真平台的开发提供实践指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 飞行模拟器发展现状
• 1.2.2 虚拟现实仿真发展现状
• 1.3 本文的工作与各章内容安排
• 1.3.1 论文主要工作
• 1.3.2 论文结构
• 第2章 虚拟现实相关技术
• 2.1 虚拟现实和系统仿真
• 2.2 虚拟现实系统的特点和类型
• 2.3 基于虚拟现实技术的飞行训练模拟器的优点
• 2.4 实时三维建模工具—Multigen Creator 系列
• 2.5 实时应用开发软件 Vega
• 2.5.1 Vega 选项模块
• 2.5.2 Vega API 函数编程
• 2.5.3 Vega 编程接口
• 2.6 小结
• 第3章 视景生成关键技术
• 3.1 视景生成过程
• 3.2 视景的内部表示
• 3.2.1 图形学表示
• 3.2.2 图像表示
• 3.2.3 视景的高层内部表示
• 3.3 视景三维建模技术
• 3.3.1 几何建模
• 3.3.2 运动建模
• 3.3.3 物理建模
• 3.3.4 对象行为建模
• 3.3.5 模型分割
• 3.4 小结
• 第4章 交互式飞行视景仿真平台总体设计
• 4.1 飞行动力学建模
• 4.1.1 飞机的全量方程
• 4.1.2 飞行动力学仿真模型的构建
• 4.2 视景平台网络模型
• 4.3 视景平台功能模型
• 4.4 视景平台结构模型
• 4.5 视景平台帧渲染顺序
• 4.6 视景平台进程
• 4.7 小结
• 第5章 交互式飞行视景仿真平台开发
• 5.1 实时三维建模
• 5.1.1 实体模型
• 5.1.2 环境仿真模型
• 5.1.3 实时建模图形处理技术
• 5.1.4 光源及阴影的运用
• 5.1.5 纹理运用
• 5.1.6 材质运用
• 5.2 场景配置
• 5.3 场景实时驱动
• 5.3.1 基于 MFC 的 Vega 应用程序结构
• 5.3.2 网络数据驱动
• 5.4 特殊效果
• 5.5 三维声音的处理
• 5.6 记录与回放的实现
• 5.7 输入设备 Vega 环境中的接入
• 5.7.1 自定义运动模式的设计
• 5.7.2 输入设备实例的创建
• 5.7.3 在应用程序中实现输入设备对运动体的控制
• 5.7.4 场景交互控制中动态对象的操控
• 5.8 小结
• 第6章 飞行视景仿真平台运行与测试
• 6.1 系统运行
• 6.2 系统测试
• 6.2.1 系统测试配置
• 6.2.2 性能测试结果
• 6.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 论文涉及的术语说明
• 附录 B 攻读学位期间所发表的学术论文目录