基于虚拟现实技术的无人机MBIT系统设计与实现

摘要

维护性机内自检测（MBIT）是一套地面检测系统，它主要是针对地勤人员开发和设计的。将MBIT与飞行控制系统中的核心部件飞行控制计算机相连接，二者通过一系列控制信号来交互从而监测无人机各个子系统状态。然而，传统的MBIT系统通常只针对某一个具体型号而设计，不具备扩展性和复用性，同时在结果信息反馈中大多采用一维文本或二维曲线来显示，导致人机交互性能差。本文在深入分析系统内部架构和功能的基础之上，设计出一套完整的无人机 MBIT系统，有效解决系统可扩展、可复用问题，并且还能改善人机交互性能。本文的主要内容如下：
　　1．通过建造者模式来设计系统总体架构。由于不同型号的无人机测试功能不同，因此用一个类来封装一个对应型号的无人机测试窗口，各个类继承同一个基类，并且留有相同的接口。当新型号加入时，只需从基类再派生一个包含新型号测试窗口的子类即可，而旧型号的功能不会被改动，从而有效解决了系统可扩展、可复用问题。
　　2．通过OpenGL来设计三维透视网格和三维实物模型。采用Bresenham算法来实现直线的扫描转换，并且通过两种不同颜色来设计三维透视网格；采用GEM算法来实现 LOD技术，设计出不同精度的实物模型；最后通过对光照和材质进行设定并采用消隐技术，使得三维实物模型更加逼真且符合逻辑视觉。此外，通过OpenGL提供的平移、旋转、缩放接口来操控实物模型，使得一维文本和二维曲线能有效的转换成直观的三维数据信息，用户可以快速、准确的观测故障部位，从而有效改善人机交互性能。
　　3．通过显示列表来设计虚拟仪表。OpenGL并没有提供文字库，因此需要借助操作系统提供的 api接口，将文字的绘制命令存入显示列表中，当要显示文字时直接调用相应的显示列表即可。由于显示列表直接保存了命令的结果信息，因此避免了多次运算，从而能有效提高性能。
　　4．通过单例模式来设计故障信息记录。系统在进行测试时会随时记录相应故障信息，因此用一个故障记录类来实例化该类的唯一对象，从而存储故障信息。由于该类自身负责对象的创建，并且提供一个全局节点来访问，因此能降低系统内部复杂度并且避免新产生的记录文件覆盖旧文件。
　　本文以面向对象编程语言C++为基础，先进的设计模式理论为指导，通过结合虚拟现实技术完成了无人机MBIT系统的设计。在对各个模块进行测试和结果分析之后，验证了系统不仅具备可扩展性、可复用性而且还能有效提升人机交互性能。系统通用性强、易实现，在无人机地面维护测试领域具有较高的工程应用价值。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 研究现状

1.4 本文研究目标和结构安排

第二章 相关技术理论

2.1 设计模式

2.2 虚拟现实技术

2.3 OpenGL

2.4 本章小结

第三章 MBIT系统需求分析和设计

3.1 需求分析

3.2 系统总体架构设计

3.3 本章小结

第四章 MBIT系统实现

4.1 三维模型的导出和载入

4.2 系统总体架构实现

4.3 三维显示模块实现

4.4 通信线路检测模块实现

4.5 交联系统测试模块实现

4.6 故障记录模块实现

4.7 本章小结

第五章 MBIT系统功能测试

5.1 系统功能指标测试

5.2 数据链路检测功能测试

5.3 交互测试功能测试

5.4 故障记录下载和保存测试

5.5 本章小结

第六章 本文总结和展望

6.1 本文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果