飞行模拟器视景仿真中气候现象的模拟

论文摘要

本文在中国民用航空总局科技基金项目“飞行模拟器视景系统的研制”前期飞行控制模拟研究的基础上研究视景系统中气候仿真，着重完成降雨、降雪、闪电和立体云团的模拟。气候现象模拟是飞行视景仿真中不可缺少的部分，它的真实度直接关系到系统的整体效果。而气候模拟真实度的提高必将造成仿真系统实时性的下降，因此，本文在维持系统实时性的基础上，以适应飞行仿真视景系统为目的，提出以下气候现象的模拟方法。降雪和积雪。本文在分析已有的降雪和积雪模拟方法的基础上，提出了一种大场景环境下降雪和积雪模拟的新方法。本文将降雪和积雪过程看成雪景模拟的两个阶段，分别用不同的方法进行模拟。在降雪方面，引入粒子的旋转，粒子动态纹理和动态颜色等，提高了降雪模拟的真实性和灵活性；在积雪方面，引入噪声技术，解决了已有积雪模拟方法不能用于大场景模拟的问题。实验表明：本文提出的降雪积雪模拟方法模拟效果真实，实时性良好，适合大场景尤其是飞行模拟系统中。降雨模拟。降雨模拟是在降雪模拟基础上完成的，也是采用粒子系统技术，为了提高模拟效果，采用了漏斗模型，同时简化粒子结构提高渲染速度。闪电模拟。一方面通过对Vega软件环境中特效模块的分析，得出了Vega系统自身难以实现随机闪电模拟的结论，然后根据Vega与OpenGL之间的联系，论证了通过OpenGL在Vega中实现随机闪电模拟的可行性；另一方面，将纹理映射技术与传统闪电渲染方法相结合，得到一个更高速的闪电渲染方法，并将此方法成功应用到Vega系统中。立体云团模拟。云团模拟是本文的一个难点，使用粒子建模技术完成云团的动态生成，在渲染上成功实现Impostor快速渲染算法，但由于与Vega的兼容问题，最后提出减粒子算法。实验表明，本文实现的气候现象模拟效果真实，而且能够满足民航飞行模拟器实时性要求。同时，闪电和立体云团模拟成功引用到Vega环境下，扩展了Vega的特效模块。本文的实验虽然都是建立在Vega平台上的，但涉及的模拟算法的思路可以应用到其它渲染平台上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 气候现象模拟的国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容及其组织
• 第二章 降雪现象模拟
• 2.1 引言
• 2.2 粒子系统
• 2.2.1 粒子系统的形式描述
• 2.2.2 粒子系统的基本模型
• 2.3 雪景的分析
• 2.4 降雪模拟
• 2.4.1 降雪的改进
• 2.4.2 降雪算法描述
• 2.5 积雪模拟
• 2.5.1 积雪的改进
• 2.5.2 积雪算法描述
• 2.6 实验结果
• 2.6.1 几组实验
• 2.6.2 实验结果分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 降雨现象模拟
• 3.1 引言
• 3.2 降雨的改进
• 3.2.1 外形
• 3.2.2 运动
• 3.3 降雨算法描述
• 3.4 实验结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 闪电现象模拟
• 4.1 引言
• 4.2 VEGA下模拟的可行性
• 4.3 闪电结构生成
• 4.3.1 数据结构
• 4.3.2 算法描述
• 4.4 闪电渲染
• 4.4.1 纹理结构生成
• 4.4.2 纹理着色
• 4.4.3 映射
• 4.5 对于VEGA的适应性
• 4.5.1 注意问题
• 4.5.2 调整
• 4.6 实验结果
• 4.7 本章小结
• 第五章 立体云团模拟
• 5.1 引言
• 5.2 3D云团建模
• 5.2.1 改进
• 5.2.2 模型的生成
• 5.2.3 纹理生成
• 5.3 渲染
• 5.3.1 深度检测与排序
• 5.3.2 光照效果
• 5.3.3 Impostor渲染算法
• 5.3.4 渲染流程
• 5.4 适应 VEGA的改进算法
• 5.4.1 分析问题
• 5.4.2 解决问题
• 5.5 实验结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 气候模拟在基于Vega平台飞行视景仿真中的应用
• 6.1 VEGA
• 6.2 雾效果
• 6.3 天空顶
• 6.4 机场导航及信号灯的设计与实现
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间所发表论文