朱紅

1視景系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程

視景系統(tǒng)的發(fā)展歷史幾乎與模擬器的歷史一樣長(zhǎng)。在最早的飛行模擬器林克機(jī)誕生后不久，視景系統(tǒng)也就出現(xiàn)了。

最早的視景系統(tǒng)是點(diǎn)光源投影系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要有一個(gè)體積很小、亮度很高且可以活動(dòng)的小燈泡(稱為點(diǎn)光源)，一個(gè)按一定比例畫(huà)有地面景象的大直徑玻璃盤(pán)(稱為地景盤(pán))，還有一塊屏幕。當(dāng)模擬飛行時(shí)，點(diǎn)光源模擬飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)，光線透過(guò)地景盤(pán)照射到屏幕上，形成連續(xù)運(yùn)動(dòng)的景象。這利，系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是視野廣闊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。而由于其模擬誤差較大，地景范圍小，從而限制了視景系統(tǒng)的發(fā)展，后來(lái)出現(xiàn)了電影膠片投影系統(tǒng)。

電影膠片投影系統(tǒng)又被稱為畸變電影。它是把被模擬對(duì)象的運(yùn)動(dòng)路線及其兩邊的景色拍攝成電影膠卷，然后按要求播放(可對(duì)播放速度進(jìn)行調(diào)節(jié))拍攝的膠卷，當(dāng)飛行員操縱模擬器時(shí)，若航跡沒(méi)有偏差，放映出來(lái)的圖像就是拍攝的標(biāo)準(zhǔn)圖像，若航跡有偏差，則通過(guò)畸變鏡頭映出的畫(huà)面發(fā)生畸變。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是逼真度高、經(jīng)濟(jì)性好，容易實(shí)現(xiàn)。但最大的缺點(diǎn)是除不能更改之外，當(dāng)摸擬的運(yùn)動(dòng)路線偏離拍攝的路線時(shí)將產(chǎn)生偏差，偏離越遠(yuǎn)，偏差越大，因而沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。

使用比較廣泛的視景系統(tǒng)是隨后出現(xiàn)的沙盤(pán)——閉路電視系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要由一個(gè)很大的按一定比例制作的沙盤(pán)、可受飛行員操縱的光學(xué)探頭和攝像機(jī)、投影器及顯示屏幕等組成。光學(xué)探頭的位置就相當(dāng)于飛機(jī)的位置，它所看到的景象就是飛行員看到的景象。當(dāng)模擬飛行時(shí)，攝像機(jī)通過(guò)光學(xué)探頭對(duì)地景模型進(jìn)行攝影，攝像機(jī)將光信號(hào)變成電信號(hào)，再由投影器將電信號(hào)變成光信號(hào)投影到座艙前的屏幕上，從而使飛行員看到外部的景象。這種視景系統(tǒng)，最大的優(yōu)點(diǎn)是模擬的景象十分逼真，這種系統(tǒng)最大缺點(diǎn)體積異常龐大，運(yùn)行費(fèi)用昂貴，維修困難，一旦制成，很難更改，目前也基本不再使用。

2視景系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)成像視景系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還有體積小，耗電少，便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。因此計(jì)算機(jī)成像視景系統(tǒng)發(fā)展十分迅速，至70年代末，已經(jīng)有300多套計(jì)算機(jī)成像視景系統(tǒng)用于民航部門(mén)?，F(xiàn)代的模擬飛行，幾乎全部都是使用計(jì)算機(jī)成像視景系統(tǒng)了。

計(jì)算機(jī)成像系統(tǒng)主要由地景數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像生成計(jì)算機(jī)、投影器及投影屏幕等組成。地景數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)有大量的有關(guān)地區(qū)地面及空中的圖像信息。當(dāng)飛行員在模擬座艙內(nèi)進(jìn)行操縱時(shí)，其操縱信號(hào)經(jīng)過(guò)主計(jì)算機(jī)的計(jì)算，向圖像生成計(jì)算機(jī)輸送有關(guān)運(yùn)動(dòng)裝備的位置、姿態(tài)等信息，圖像生計(jì)算機(jī)則將這些信息進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)生成圖像，并將其傳輸?shù)酵队捌?，使飛行員從屏幕上觀察到運(yùn)動(dòng)中的景象。由于圖像是由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的，所以有很大的靈活性，有十分廣泛的模擬能辦。使用者還可以根據(jù)自己的需要增加或修改地景數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容。這種系統(tǒng)還有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，就是可用多個(gè)顯示器來(lái)顯示景象，從而大大地?cái)U(kuò)展了視野，如水平視場(chǎng)角可達(dá)200。以上，使駕駛員有全景空間的感覺(jué)。

典型的的計(jì)算機(jī)虛像視景系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如下。

(1)圖像分辨率：≥1280×1 024(點(diǎn)像素)／通道。

(2)幀率：／>60幀／秒。

(3)地景數(shù)據(jù)庫(kù)：全三維真實(shí)地形場(chǎng)景，三維物體模型。

(4)紋理：衛(wèi)星照片，航拍照片及真實(shí)照片紋理。

(5)大氣效果：能見(jiàn)度變化，云、霧、雨、雪狀態(tài)。

(6)日夜模式：黎明／白天／黃昏／黑夜。

(7)系統(tǒng)延遲：≤80ms。

3視景系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)異軍突起，它是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽(tīng)，觸覺(jué)一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨等同真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。具有實(shí)時(shí)高性能的圖像處理能力的圖像發(fā)生器成為虛擬環(huán)境產(chǎn)生的關(guān)鍵技術(shù)，而圖像顯示設(shè)備是用于產(chǎn)生立體視覺(jué)效果的關(guān)鍵外設(shè)，目前常見(jiàn)的產(chǎn)品包括光閥眼鏡、三維投影儀和頭盔顯示器等。其中常見(jiàn)的頭盔顯示器根據(jù)左右眼的視差，分別按左右眼的視點(diǎn)生成兩幅不同的圖像，送至頭盔顯示器形成立體圖像，在屏蔽現(xiàn)實(shí)世界的同時(shí)，提供高分辨率、大視場(chǎng)角的虛擬場(chǎng)景，可以使人產(chǎn)生強(qiáng)烈的浸沒(méi)感，而在系統(tǒng)延遲和視點(diǎn)匹配方面一直是的頭盔顯示器所要面臨和解決的難題。

4結(jié)語(yǔ)

視景仿真技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形生成與處理技術(shù)、圖像顯示技術(shù)等諸多高新技術(shù)的綜合運(yùn)用。它為模擬飛行提供了非常有效的手段和途徑，具有十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益并成為模擬飛行領(lǐng)域里重要的高科技手段。