飛機(jī)模擬駕駛仿真系統(tǒng)的研究

張琪

摘要：視景仿真技術(shù)主要指的是依照圖像模擬技術(shù)，主要是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和數(shù)值仿真技術(shù)相結(jié)合形成的產(chǎn)物，在進(jìn)行數(shù)值仿真的條件下，主要通過動畫以及圖形的轉(zhuǎn)變來對數(shù)值仿真的結(jié)果進(jìn)行模擬。視景仿真技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過程中具有很強(qiáng)的真實(shí)感和實(shí)時(shí)性，虛擬現(xiàn)實(shí)影像仿真技術(shù)能夠讓飛行員獲得寬度、高度、深度上的三維空間信息，在飛機(jī)模擬駕駛仿真技術(shù)當(dāng)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有劃時(shí)代的意義，本文重點(diǎn)對飛機(jī)模擬駕駛仿真系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：飛機(jī);模擬駕駛;仿真系統(tǒng);研究

1 飛機(jī)模擬駕駛仿真系統(tǒng)研究要點(diǎn)

1.1 信號采集及處理子系統(tǒng)

信號采集和處理子系統(tǒng)主要是對飛行員的駕駛信號進(jìn)行采集，并且處理相關(guān)的信號，飛行員操作過程中的主要部件有油門、駕駛桿、發(fā)動機(jī)、點(diǎn)火系統(tǒng)等，在駕駛艙內(nèi)部傳感器和各操作部件進(jìn)行連接。

1.2 飛機(jī)動力學(xué)模型子系統(tǒng)

駕駛模擬器飛行動力學(xué)模型是否能夠達(dá)到應(yīng)有的效果，與模擬過程是否接近真實(shí)息息相關(guān)。通過軟件學(xué)當(dāng)中，面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)從飛機(jī)的真實(shí)組成結(jié)構(gòu)當(dāng)中，將飛機(jī)動力學(xué)模型對象的關(guān)系抽取出來，在對象之間主要是通過力和扭矩之間進(jìn)行關(guān)系的傳遞，各個(gè)模塊在操作的過程中相互獨(dú)立，只要保證自己的接口符合要求即可以進(jìn)行升級和換代，也就是保持力和扭矩的傳遞不變。

1.3 圖形子系統(tǒng)

在模擬器當(dāng)中，圖形系統(tǒng)是非常重要的一個(gè)組成部分，飛行員主要通過眼睛獲取主要信息，而虛擬現(xiàn)實(shí)的真實(shí)情況對飛行員是否能夠更好的沉浸其中具有非常重要的影響，為了保證訓(xùn)練的效果，系統(tǒng)需要盡量減少資源對，虛擬場景進(jìn)行逼真的還原，選取更為重要的景物，比如說機(jī)場兩旁的基礎(chǔ)設(shè)施、機(jī)場跑道以及機(jī)場的其他景物、其他正在起降的飛機(jī)等相關(guān)信息。

1.4 網(wǎng)絡(luò)控制子系統(tǒng)

在模擬系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連訓(xùn)練的過程中，需要合理利用網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)一步控制子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制的目的，另外網(wǎng)絡(luò)控制子系統(tǒng)具有很強(qiáng)的通訊功能，可以讓單機(jī)駕駛艙之間進(jìn)行互聯(lián)，這樣就可以讓多臺駕駛艙在同一場景當(dāng)中進(jìn)行訓(xùn)練，飛行員在接受訓(xùn)練的過程中可以在自己的視野中看見其他飛機(jī)，也就是網(wǎng)絡(luò)控制子系統(tǒng)需要對各個(gè)模擬器試驗(yàn)的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，與此同時(shí)，系統(tǒng)還具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，可以對某一臺模擬器進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)視，對模擬器當(dāng)中的駕駛和操作情況進(jìn)行查看，教練可以在主控計(jì)算機(jī)當(dāng)中對學(xué)員駕駛的情況進(jìn)行自由監(jiān)視，而不為對學(xué)員的訓(xùn)練情況產(chǎn)生干擾，完成訓(xùn)練之后，教練還可以提出相應(yīng)的指導(dǎo)意見，與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)控制子系統(tǒng)還可以對各學(xué)院的詳細(xì)駕駛情況進(jìn)行打印，比如說訓(xùn)練的時(shí)間、成績以及訓(xùn)練的過程中出現(xiàn)的錯誤等。

1.5 聲音模擬子系統(tǒng)

在操作的時(shí)候，周圍的聲音也是非常關(guān)鍵的因素，在實(shí)際飛行的過程中，發(fā)動機(jī)的聲音和風(fēng)聲都會讓駕駛員感到疲勞，而報(bào)警聲可能會讓駕駛員的注意力分散，對飛行員的判斷和狀況產(chǎn)生影響，因此模擬器需要對駕駛時(shí)出現(xiàn)的各種聲音進(jìn)行真實(shí)的模擬讓駕駛模擬訓(xùn)練更逼真，在聲音模擬子系統(tǒng)當(dāng)中，主要是對飛行過程中出現(xiàn)的噪音及發(fā)動機(jī)的聲音進(jìn)行模擬，在起降的過程中，還需要對機(jī)場環(huán)境的聲音進(jìn)行模擬。

1.6 駕駛評價(jià)子系統(tǒng)

駕駛培訓(xùn)的目的主要在于讓學(xué)員更好的對駕駛技術(shù)進(jìn)行掌握，了解正確的操作方法，并且符合駕駛飛行的具體需要，學(xué)員在飛行操作的過程中，往往會出現(xiàn)兩個(gè)錯誤，在操作的過程中出現(xiàn)錯誤以及違反相關(guān)的飛行規(guī)則，在本系統(tǒng)當(dāng)中主要包含了兩個(gè)知識庫，操作規(guī)則知識庫以及飛行規(guī)則知識庫系統(tǒng)當(dāng)中會對學(xué)員的操作情況進(jìn)行繪制，了解當(dāng)時(shí)的空域狀況以及飛機(jī)的狀態(tài)，對知識庫當(dāng)中的規(guī)則進(jìn)行匹配，如果成功匹配，則將相應(yīng)的錯誤處理模塊調(diào)用出來，包括申語音提示扣分等。

2 仿真系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在工作的過程中，首先需要初始化實(shí)景仿真系統(tǒng)，視景仿真系統(tǒng)和視景仿真模塊可以從三維地形數(shù)據(jù)庫和模型當(dāng)中加載出相應(yīng)的三維圖形數(shù)據(jù)，接著利用模擬器進(jìn)行仿真師及仿真管理系統(tǒng)，可以從動力學(xué)模型當(dāng)中對飛機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀況進(jìn)行了解，比如說歐拉角、坐標(biāo)位置等，對飛機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，動力學(xué)模型對飛機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，對圖形進(jìn)行刷新完成相關(guān)的立體動畫，在三維立體顯示的條件下，將真實(shí)的三維立體計(jì)算機(jī)圖形顯示出來。

為了對實(shí)時(shí)傳遞系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，通過專業(yè)的高層虛擬現(xiàn)實(shí)視景仿真管理軟件Vega，通過lynx對各場景通道碰撞檢測物體等進(jìn)行定義，并且完成初始化，在實(shí)時(shí)仿真的過程中需要模擬出更為逼真的環(huán)境，接著通過為Vega的相關(guān)接口與視景仿真系統(tǒng)進(jìn)行交互，將仿真對象和環(huán)境改變，進(jìn)一步更新系統(tǒng)的狀態(tài)，為了讓實(shí)景仿真效果更好，可以對真實(shí)的對象和場景進(jìn)行仿真，讓實(shí)景仿真環(huán)境更為逼真，讓飛行員獲得一個(gè)真實(shí)的虛擬駕駛環(huán)境，虛擬駕駛環(huán)境主要是通過視景仿真系統(tǒng)當(dāng)中的ADF文件來完成圖形用戶界面，開發(fā)環(huán)境也主要是adf文件編輯器，adf文件主要包含了視景仿真系統(tǒng)初始化過程中所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)，以及視景仿真程序運(yùn)行過程中的一些相關(guān)數(shù)據(jù)，如果需要將事件發(fā)生的初始設(shè)置和內(nèi)容改變，只要對adf文件進(jìn)行重新編譯就可以了，不需要對時(shí)進(jìn)仿真系統(tǒng)進(jìn)行改變。

實(shí)時(shí)場景主要有以下特點(diǎn)，首先可以生成質(zhì)量較高的圖形畫面，并且對一些特殊的圖形效果進(jìn)行仿真，比如說太陽光、天空、霧等，讓運(yùn)動圖像的真實(shí)的進(jìn)一步增加，其次，圖形生成的更為穩(wěn)定迅速，一般的圖形加速硬件就可以完成相關(guān)的操作，第三，在虛擬現(xiàn)實(shí)硬件的支持下，可以將立體圖形生成，讓虛擬飛行場景更具有立體感，讓飛行員更好的了解到景物的深度、遠(yuǎn)近，并且獲得相應(yīng)的3D駕駛感受。

3 虛擬場景建模

3.1 建模

建模主要是將虛擬現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的地物三維圖形模型建立起來，通過creator地形工具可以對一些初始數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入，比如說三維地形模型等，原始數(shù)據(jù)當(dāng)中也會包含一定的特征數(shù)據(jù)，這些特征數(shù)據(jù)就是橋梁、護(hù)坡、建筑物等數(shù)據(jù)，也可以將相關(guān)的數(shù)據(jù)項(xiàng)通過creator數(shù)據(jù)格式向數(shù)據(jù)庫當(dāng)中導(dǎo)入，對地形的特征進(jìn)行強(qiáng)化，通過creator建模軟件可以將虛擬場景當(dāng)中的三維圖形模型建立起來，并且，合理的運(yùn)用相關(guān)的屬性，增加模型的真實(shí)感，通過open gl的相關(guān)軟件編程系統(tǒng)來完成各模塊屬性的渲染。

3.2 用Lynx建立應(yīng)用程序定義文件

將場景和地形建立起來之后通過，lynx程序?qū)?yīng)用程序定義文件adf建立起來，adf文件主要對虛擬現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的各模型情況、特殊效果以及一些功能進(jìn)行演示，通過lynx程序，可以讓編程人員的工作量大幅度降低。

3.3 編程

通過相關(guān)的編程語言平臺利用API和軟件庫將adf文件調(diào)入，并且初始化相關(guān)的三維模型，在編制的過程中動態(tài)的對程序的運(yùn)行情況進(jìn)行控制，將虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序的編程工作完成。

結(jié)束語

在飛機(jī)駕駛模擬器當(dāng)中，飛機(jī)駕駛模擬器實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)是非常重要的一個(gè)組成部分，可以實(shí)時(shí)的對場景進(jìn)行仿真，并且加強(qiáng)場景的管理，通過先進(jìn)的三維實(shí)體建模技術(shù)可以讓仿真的效果大幅度提高。

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