视景仿真在领航技能模拟训练中的实现与应用

夏一夫

摘要:推测结合地标领航方法是领航员培养过程中的基本内容,也是领航员必须具备的基本技能。这种方法的有效实施建立在领航员正确识别地面地标的基础上,因此,辨认出地标进而确定飞机位置是教学的重点和难点。传统教学模式对这项技能的训练只有在实装飞机上才能实现。随着计算机仿真技术的发展,通过虚拟现实手段,模拟飞机飞行,逼真地再现飞行时的空中和地面景象,即可在地面进行推测结合地标领航技能的模拟训练,有效提高领航员的技能水平。本文主要研究模拟领航训练中视景仿真的设计实现及其应用。

关键词:视景仿真；领航技能；模拟训练

1总体设计

本视景仿真系统以OpenGL/VEGA作为可视化视景仿真平台,采用Creator实现飞机与飞行场景的三维建模[1],利用Vege实现视景驱动[2],基于VC2003开发程序界面,应用高层体系结构,实现组训方式的多样化和多用户同时训练。

2视景仿真系统建模

本系统的视景建模主要完成了两部分工作,一是建立三维造型模型,二是建立地景模型。针对领航技能模拟训练的需要,建立了某型领航员训练用飞机的模型,在飞机座舱内采用虚拟仪表技术实现了领航技能训练用基本仪表,实现虚拟视景中的地形、地貌、机场、跑道、公路、铁路、山丘、海岸、海洋、草木和树木等典型地标的建模[3]。由于地标定位的训练需要领航员辨认并识别出地面具有典型特征和相关位置的地标,地景模型要求逼真形象且能突出特点。

3视景仿真驱动

视景驱动模块负责加载仿真模型对应的场景文件,对场景进行渲染。本系统的视景仿真驱动采用MultiGen的Vega软件平台,使用Vega的LynX图形用户界面编辑器,创建和修改ADF文件,Vega运行时,通过加载ADF文件实现初始化,仿真循环完成对场景的渲染,最后调用vp::shutdown函数释放内存,结束线程。

本系统开发了基于VC2003的Vege程序驱动方法。从CView类派生子类vpView,用于启动VegaPrime线程,VegaPrime线程调用vrWindow中的setParent函数实现VegaPrime窗口与Windows应用程序窗口的融合。

Vega线程的简要代码如下:

UINTvpWorkThread(LPVOIDpParam){//START:VegaPrime-InitializationCView_VP*pView=(CView_VP*)pParam;vp::initialize(__argc,__argv);//setacffileCStringacfFile;acfFile="vp_mfc.acf";//loadacffilevpKernel::instance()->define(acfFile);vpKernel::instance()->configure();//getthefirstVegaPrimewindowvpWin=*vpWindow::begin();vpWin->setParent(pView->m_hWnd);while(vpKernel::instance()->beginFrame()!=0){vpKernel::instance()->endFrame();.......................}return0;}

4关键技术

(1)在领航技能模拟训练的仿a真实现过程中,逼真的大范围的三维地景是重要的内容,本系统采用了大规模地景数据库生成与实时显示的关键技术点。

在本系统中机场附近采用10km×10km的0.6mQb数据,其它600km×800km的区域采用SPORT的10m数据,地形场景所覆盖的地理范围区域很广,对地形真实感的要求很强,但是计算机硬件性能不可能无限地提升[4]。因此需要进一步提高三维地形的精细程度和逼真度,优化地形模型和数据结构的组织。1)采用了细节层次LOD技术解决飞行员视点在高低空变换时产生的仿真实时性差的问题。2)采用虚拟纹理映射技术优化了大地形场景建模过程中的动态纹理替换,根据视点距地面的远近,动态加载不同精度的纹理,图形显示处理器的渲染速度加快,性能得到提升。

(2)本仿真系统的数据传输采用两层网络结构,即在机组成员之间及机组与主控程序之间使用MAK-RTI平台分步式通信,在机组内部使用DirectPlay平台采用C/S结构进行通信。这样,仿真系统可以支持一个专业训练教室,教室可同时供多架仿真飞机进行模拟领航训练,每架仿真飞机的内部的一个机组也可进行通信和交互。

5仿真效果

本系统可用于领航学员进行模拟综合演练,在专业教室中,多“架次”的模拟飞行飞机自主组织训练,领航员可从瞄准镜中识别并辨认出正下方“地面”的典型“地标”,进而训练确定飞机位置的准确性[5]。左侧为从飞机内观看仿真视景的视点,右侧为从某型仿真瞄准具中观测到的地面视景,从仿真效果上看,能够满足领航技能的模拟训练要求,一定程度上加快了领航员技能培养的速度,提高了领航员的实际技能水平,在领航教学上具有非常重要的实践意义。

参考文献:

[1]彭涛,刘波.基于VegaPrime的探空火箭视景仿真[J].微计算机信息.2011(09)

[2]刘岩.所需性能导航的飞行模拟机视景仿真实现[J].航空工程进展.2015(02)

[3]陈学文,张炎.载人飞行器在轨视景仿真图像抖动研究[J].系统仿真学报.2013(07)

[4]卢卫平,孙永荣,周晓达,夏乐乐,孙旭东.基于VegaPrime的飞行复现仿真系统设计[J].计算机与数字工程.2012(06)

[5]朱晓辉,江浩.Vega环境下的某飞行器视景仿真的实现[J].现代电子技术.2012(13)