飞行领航训练虚拟现实系统的设计及实现

论文摘要

随着计算机技术的发展以及图形处理能力的增强,虚拟现实技术在城市规划、可视化仿真等多个领域有着广泛的应用前景,特别是对于飞行模拟方面的应用有着重要意义。由于飞行器的功能越来越强大,系统日趋复杂,更新换代逐渐加快,因此对于用虚实混合的方法建立仿真模拟训练系统就成为国内外学者研究的热点,而且训练模拟器的研制和开发也面临着巨大的挑战。因此建立一种经济、高效并且安全的训练仿真模拟训练系统对于飞行人员的基本技能的训练具有非常重要的意义。本文在对计算机图形学基础知识、关键技术的研究基础上,利用OpenGL这个功能强大的开放式软件包以及GLSL语言,以VS 2008为开发平台,利用大规模地形数据显示、大跨度地形数据格式转换和现代图形系统纹理技术等关键技术,并且根据所研究的知识与技术构建了飞行领航训练虚拟现实系统。本文首先对飞行领航训练虚拟现实系统的需求进行了深入地调研和分析,提出了系统的功能要求,并划分出了系统的功能模块,进而给出了系统的流程图。利用软件工程的思想建立了飞行领航训练模拟系统的功能结构模型。然后对真实遥感地形数据获取、基于经纬度地形数据的坐标与转换做了较深入的分析,实现了地形输入控制中的高程数据处理模块功能。之后研究了地形数据表示方法、基于地形数据特点的可见性判断方法、基于地形数据特点的LoD实现算法,绘制出了极具真实感觉、与真实世界数据相符的三维地形,为飞行领航训练系统模拟系统提供了真实的仿真场景。最后通过现代图形系统对纹理技术的研究,实现了地表纹理处理模块的功能,并结合软件开发技术实现了飞行领航训练虚拟现实系统,得到了比较满意的实际运行效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 发展前景
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 与虚拟现实技术相关理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 三维真实感图形学的基本概念
• 2.2.1 坐标系
• 2.2.2 四元数
• 2.3 三维图形变换
• 2.3.1 几何变换
• 2.3.2 投影变换
• 2.3.3 视图变换
• 2.4 颜色模型
• 2.5 现代图形系统特点
• 2.5.1 基于硬件的变换
• 2.5.2 可编程着色过程
• 2.5.3 超并行数学计算
• 2.6 现代图形学渲染流程
• 第三章 飞行领航训练系统的设计
• 3.1 开发环境及工具简介
• 3.1.1 VS2008编程环境简介
• 3.1.2 OpenGL软件接口
• 3.1.3 通过OpenGL接口使用现代图形系统功能
• 3.2 系统的功能要求
• 3.3 系统的总体框架
• 3.3.1 系统功能模块
• 3.3.2 系统流程
• 第四章 飞行领航训练系统的关键性技术
• 4.1 引言
• 4.2 大规模地形数据显示
• 4.2.1 地形数据表示方法
• 4.2.2 基于地形数据特点的可见性判断
• 4.2.3 基于地形数据特点的LoD实现
• 4.3 大跨度地形数据格式转换
• 4.3.1 真实遥感地形数据
• 4.3.2 基于经纬度地形数据的坐标选择及转换
• 4.4 现代图形系统纹理技术
• 4.4.1 纹理数组
• 4.4.2 各异向性纹理过滤
• 4.4.3 纹理压缩技术
• 第五章 飞行领航训练系统的实现
• 5.1 地形数据的输入
• 5.1.1 地形高程数据
• 5.1.2 地表纹理数据
• 5.1.3 机翼模型
• 5.2 场景绘制
• 5.3 提示信息绘制
• 5.4 交互操纵方式
• 总结与展望
• 内容总结
• 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士期间发表的论文