通用航空飞行环境虚拟仿真的研究

摘要

虚拟仿真技术是以真实系统为模版，创造生成一个虚拟系统来模拟现实中各种运动的新兴科技，也叫做虚拟现实技术或灵境技术，简称VR。虚拟仿真技术让人们可以在宛如现实的环境中，观察事物的变化，感受真实的交互体验，得到与真实世界相同的感官。虚拟仿真技术作为一种辅助开发工具，在军事、航天、医疗、教育等各个领域都有着广泛的应用。虚拟仿真技术应用广泛，而如何把虚拟仿真技术应用于通用航空飞行环境就是本文的研究重点。本文在分析了虚拟仿真技术和通用航空的发展现状的基础上把两者进行结合，利用虚拟仿真技术来实现通用航空飞行环境的仿真。首先运用3Ds Max软件建立通用飞机的素模，然后运用Multigen Creator软件对飞机的素模进行了优化整合，运用细节层次、自由度、纹理映射、公告牌和模型实例化等技术，解决了三维建模真实度与运行速率间平衡的问题，构建了由高程地图为基础的地形环境模型。最后结合了Vega Prime软件的特点、工作原理，并把前期构建的模型加载到Vega Prime软件中进行仿真，对地形参数、时间、环境进行设置，创建观察视点，根据赫米特样条曲线算法定义导航器，依据粒子系统模拟云层和降雪，最终完成通用飞机飞行环境的虚拟仿真。仿真程序在河北科技大学航空重点实验的通航飞机飞行仿真平台上运行良好，经过多次仿真实验可知，高程地图的最小精度以及数据的处理技术是影响仿真结果的最主要因素。由于条件所限，仿真效果还比较粗糙，有待后期进一步完善。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．1．1 通用航空发现现状

1．1．2 虚拟仿真技术的发展现状

1．2 论文研究的主要内容

第2章 建立飞机模型

2．1 三维建模工具

2．2 3Ds Max建立模型

2．3 模型格式转换

2．4 本章小结

第3章 基于Creator的地形建模

3．1 Multigen Creator软件

3．1．1 OpenFlight格式简介

3．1．2 Creator中相关技术的算法分析

3．2 Creator的关键技术

3．2．1 细节层次技术和自由度技术

3．2．2 纹理映射技术

3．2．3 数据组织管理和调度

3．3 静态模型的建立

3．3．1 公告牌的运用

3．3．2 模型对象实例化的应用

3．3．3 外部引用模型数据库的应用

3．4 模型结构的优化

3．4．1 优化模型结构

3．4．2 模型格式转化

3．4．3 纹理映射技术

3．4．4 合理选择纹理覆盖方式

3．5 高程地图的获取

3．5．1 光栅文件转化

3．5．2 地形转换算法

3．5．3 地形网格生成

3．6 地表模型建立

3．7 建模过程中的问题

3．8 本章小结

第4章 仿真参数设置及特效实现

4．1 Vega Prime概述

4．1．1 LynX Prime面板

4．1．2 VSG应用程序接口

4．1．3 Vega Prime模块

4．2 Vega Prime操作步骤

4．2．1 编译和运行airplane应用程序

4．2．2 环境设置

4．2．3 创建通道和观察者

4．3 赫米特样条曲线

4．4 虚拟云层和降雪设计

4．5 天气状况模拟

4．5．1 云层的模拟

4．5．2 雪的模拟

4．6 本章小结

第5章 实现仿真

5．1 硬件基础

5．1．1 模拟座舱

5．1．2 计算机系统

5．1．3 航电仿真系统

5．1．4 视景系统

5．1．5 音响系统

5．2 场景配置及初始化

5．3 实现仿真

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢