直升机飞行模拟器视景系统的分布式仿真研究

发布时间：2017-05-24 10:01

  本文关键词：直升机飞行模拟器视景系统的分布式仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来，随着我国直升机技术取得长足发展以及低空空域的开放，军用和民用直升机数量飞速增长，，如何高效、经济、安全的培训直升机飞行员成为当下急需解决的问题。目前，国内外常用的培训方法有传统的实飞训练和基于虚拟现实技术搭建的直升机飞行模拟运动平台进行的模拟训练。其中，后者更加高效、经济和安全。然而，当前我国的直升机飞行模拟器普遍存在以下几个问题：（1）关键技术和部件被国外发达国家垄断，使得国内模拟器价格昂贵，难以在国内普及；（2）对广地域地形的细节渲染程度不高，近景图像虚化严重，导致视景系统的眩晕；（3）多采用大屏幕投影的虚拟成像平面与实际驾驶舱机窗不统一，近地飞行存在视觉误差。针对这些问题，研究如何以较低的成本研制高仿真度的直升机飞行模拟器具有非常重要的意义。 本文立足于完全自主产权的结构设计，参照某型号武装直升机舱体结构按1:1的比例搭建飞行模拟驾驶舱；在飞行模拟驾驶舱中，与真实机窗对应的位置安装高分辨率液晶显示器，解决计算机虚拟成像平面与真实物理系统观测位置不统一的问题；设计模拟器操纵机构及其信号测控系统，实现驾驶杆的配平和中位调整功能；采用触屏式虚拟仪表盘替代真实仪表盘，从而极大的降低了模拟器硬件成本，并且不失其视觉效果。 基于已有的3D渲染模块、声音模块、动力学模块、AI模块等搭建直升机视景仿真系统；依据物体具有自相似“层次”结构特征，采用三角形边线细分法构建分形布朗运动数学模型，从而生成三维地形，获得常规的纹理贴图无法实现的细节精度；数据库采用动态加载的方式，结合层次细节LOD技术，确保视景系统的实时性和真实感渲染；基于CIGI网络协议，利用分布式仿真思想，实现多通道视景同步更新；基于计算机3D成像机理，推导了规范视见体(CVV)下的斜透视投影矩阵，最终实现了多屏幕视景的精确拼接。 在完成上述工作的基础上，进行了直升机飞行模拟器的整体性能测试。通过动感平台与视景仿真系统的协调运行，成功的进行了直升机的起飞、俯仰、横滚、悬停、降落及坠毁等诸多实验。实验结果表明，所搭建的直升机飞行模拟器具有较高的逼真度、较好的实时性、较强的沉浸感，可广泛用于直升机驾驶学员的技能培训。
【关键词】：直升机 模拟器 大地形 CIGI 屏幕拼接
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V216.8;TP391.41
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题来源10
• 1.2 选题背景及研究意义10-12
• 1.3 国内外研究概况12-15
• 1.4 论文主要内容和章节安排15-18
• 第2章 直升机飞行模拟器的结构总体设计18-28
• 2.1 模拟器系统工作原理18-20
• 2.2 模拟器的功能模块20-23
• 2.2.1 模拟驾驶舱20
• 2.2.2 动感模拟子系统20-21
• 2.2.3 虚拟视景界面显示子系统21-22
• 2.2.4 动力学解算子系统22
• 2.2.5 音响仿真子系统22-23
• 2.3 模拟器操纵系统设计23-27
• 2.3.1 真实直升机操纵系统原理图23
• 2.3.2 模拟器操纵机构设计23-25
• 2.3.3 操纵系统信号测控系统25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 模拟系统视景仿真环境建模28-45
• 3.1 直升机模拟器的坐标系定义28-29
• 3.2 地面坐标系与空间大地坐标的变换29-31
• 3.3 虚拟视景系统大地形建模31-35
• 3.3.1 分形布朗运动31-33
• 3.3.2 中点位移法原理33-35
• 3.4 直升机的三维建模35-36
• 3.5 视景仿真中图形建模关键技术36-43
• 3.5.1 LOD（Level-of-Detail）技术36-38
• 3.5.2 基于动力学规律的风吹草动效果38-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第4章 视景仿真三维引擎框架构建45-51
• 4.1 视景仿真引擎层级结构45-48
• 4.2 引擎基类及其调用关系48-50
• 4.3 本章小结50-51
• 第5章 基于 CIGI 的分布式视景仿真及视景拼接技术51-66
• 5.1 分布式仿真及多通道渲染技术51-53
• 5.2 通用图形接口协议 CIGI53-58
• 5.2.1 CIGI 操作模式54-56
• 5.2.2 数据包结构56-57
• 5.2.3 实体控制数据包57-58
• 5.3 多屏幕视景拼接58-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第6章 仿真实验66-74
• 6.1 飞行模拟器仿真环境建模实验分析66-70
• 6.2 多通道渲染及视景拼接实验70-72
• 6.3 飞行模拟器特效实例72-73
• 6.4 本章小结73-74
• 第7章 论文的工作总结及展望74-77
• 7.1 论文的工作总结74
• 7.2 特色之处74-75
• 7.3 工作展望75-77
• 参考文献77-82
• 致谢82

【参考文献】

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本文编号：390420