飞行器三维动态视景的交互式仿真系统设计

摘要

三维视景仿真是虚拟现实领域的主要研究课题,它能为利用计算机技术为人们建立一个逼真度和可信度都较高的虚拟场景,在当前的很多领域中都有了广泛的应用,包括交互式的游戏娱乐、大型的工程漫游、城市规划等,尤其是军事方面关于武器的研制或飞行器的飞行试验等,可以通过该手段得到丰富的仿真数据,是一种经济方便的可视化分析和研究方法。
　　本文主要研究了一个飞行器动态三维视景的交互式仿真系统开发与设计,结合需要的功能要求进行各个模块的开发,对视景仿真系统的组成以及三维场景建模、视景加载与驱动、晴雾雨雪环境的模拟、飞行器导航控制、红外视景效果等技术实现进行了详细的阐述和研究。
　　本文首先介绍了该视景仿真系统的整体设计和模块化开发流程,以及最终实现的功能和技术指标;并对 Creator模型建立所用到的关键技术进行阐述,重点研究了三维地形的处理与生成方法。然后研究了在 Vs平台下利用Vega API对场景进行驱动和简单人机交互的程序实现流程,实现了场景在多天时下随着光照变化的实时效果,以及云和雾的仿真效果。并利用粒子系统技术在飞行器飞行仿真系统中的应用,实现了雨和雪自然现象的模拟,使场景的逼真度大大提高。而对于已有的可见光场景如何生成相应的红外视景效果,本文利用Vega软件提供的Sensor vision模块是模拟生成红外效果的一种便捷手段。
　　最后对于飞行器位置姿态的交互式实时控制与导航控制,本文提出了一种在Vega环境中创建和使用不同坐标系,以及对多坐标系间的数据转换问题的详细解决方法,实现了对飞行器的六自由度位姿实时控制和飞行器的弹道飞行控制功能,对各类飞行器的视景仿真开发都有较高的参考意义和实用价值。

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1 绪论

1.1 目的和意义

1.2虚拟现实与计算机视景仿真技术

1.3 国内外研究现状

1.4 论文的主要研究内容及组织

2 飞行器三维视景系统总体开发流程

2.1 系统总体开发流程

2.2 功能与技术指标

3 飞行器视景仿真系统的驱动程序设计

3.1 基于Multigen creator的三维建模技术

3.2 VEGA开发工具和环境

3.3 MFC平台下开发基于Vega的飞行视景仿真系统

3.4 雨雪气候现象的模拟技术研究

3.5 本章小结

4 不同坐标系下实现飞行器的交互控制仿真

4.1 常用坐标系及坐标系之间变换

4.2 飞行器仿真系统中的坐标系定义及变换

4.3 飞行器位姿控制和运动控制技术

4.4 本章小结

5 红外视景的仿真及实现

5.1 红外成像仿真原理

5.2 利用Vega仿真软件模拟生成红外场景

5.3 本章小结

6 工作总结与展望

致谢

参考文献

附 录