孫曉燕 SUN Xiao-yan

（西安工業(yè)大學計算機科學與工程學院，西安 710032）

（School of Computer Science &Engineering，Xi'an Technological University，Xi'an 710032，China）

1 概述

導彈的實際射擊訓練，需要耗費大量的人力物力和財力，隨著數(shù)字化仿真模擬技術(shù)的進步，一些科研課題可以在虛擬的環(huán)境中進行研究，本文基于OpenGL 的導彈飛行仿真的實現(xiàn)，就是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行的。從虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征上來看，交互性和身臨其境性是其中最為明顯的。從這種意義上說，人的視覺感知對于虛擬效果的好壞非常敏感，所以仿真的關(guān)鍵是真實性，也就是說，所虛擬的相關(guān)對象，在其環(huán)境特征和外觀狀況方面要與實際的實物目標十分接近，即模擬目標的運動規(guī)律應(yīng)能正確反映實際運動情況，這樣才可以達到虛擬的效果。

為了順利完成上述目標，在實際設(shè)計過程中，首先要盡可能使用合理的建模工具，運用恰當?shù)乃惴?，提高實體模型和環(huán)境模型的真實度；第二，根據(jù)相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗，選擇優(yōu)秀的軟件平臺，在軟件平臺上，實現(xiàn)對模型的材質(zhì)、紋理等方面的轉(zhuǎn)換和處理，提高三維彩色圖像的質(zhì)量。因此，本人選用了3DS MAX 作為建模工具，在運行于VC6.0環(huán)境中的OpenGL 中實現(xiàn)上述要求。

OpenGL 在圖形處理系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用受到專業(yè)技術(shù)人員的認可，這套系統(tǒng)是由SGI 公司設(shè)計并研發(fā)的，該系統(tǒng)作為圖形硬件的軟件界面，其最大的特點在于該系統(tǒng)能夠在不同的硬件平臺上實現(xiàn)那些和硬件無關(guān)的特性。并且這套系統(tǒng)使用靈活方便，適應(yīng)性較強，能夠適應(yīng)計算機的大部分操作系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對物體的繪制、變換、光照處理等，從而能夠更加真實地描述三維圖象及動畫。

程序主要分為以下幾個步驟來模擬導彈的飛行以及被擊中的場景：①OpenGL 窗口的建立和初始化；②導彈建模和顯示；③天空、海面的顯示及運動；④導彈的運動及爆炸效果顯示。

2 導彈飛行仿真的具體實現(xiàn)

2.1 OpenGL 窗口的建立和初始化 首先需要將OpenGL 所需要的庫文件添加到工程中；再通過MFC AppWizard 創(chuàng)建一個MFC 應(yīng)用程序框架，然后在此基礎(chǔ)上通過添加相應(yīng)的變量和函數(shù)，完成OpenGL 窗口的創(chuàng)建和初始化操作。其中關(guān)鍵之處在于設(shè)備描述表的像素格式設(shè)置以及建立繪制描述表和設(shè)備描述表的聯(lián)系，即建立windows 應(yīng)用程序與OpenGL 的接口。

2.2 導彈模型的建立 在實際模型的建立過程中，本文使用的是當前該領(lǐng)域應(yīng)用相對成熟的造型軟件3DSMax，通過這個造型軟件，建立導彈的三維模型，然后在使用相應(yīng)的轉(zhuǎn)換工具，把導彈的三維模型轉(zhuǎn)換成OpenGL 能夠識別的頂點坐標形式，之后通過顯示列表的方式建立對象的三維模型。

本文將3DS 文件轉(zhuǎn)換成OpenGL 文件的具體過程如圖1所示。

圖1 3DS 文件轉(zhuǎn)換成OpenGL 文件的過程

2.3 環(huán)境模型的建立 視景仿真中，動感的大海、逼真的天空、導彈的爆炸場景等的模擬是本文研究的關(guān)鍵內(nèi)容，主要是因為這些對象不存在明顯的邊界和法向，用傳統(tǒng)的幾何造型方法難以描述。對于這些視景的仿真，采用了不同的實現(xiàn)方法。

2.3.1 海面的產(chǎn)生 海面的產(chǎn)生，我們采取了紋理映射的方法。在OpenGL 圖形處理系統(tǒng)中，專業(yè)技術(shù)人員通過使用紋理映射技術(shù)，能夠把從真實世界中拍攝到的某種物體的表面細節(jié)，通過貼圖的方式貼到三維場景中同種物體的表面，這種技術(shù)方法大大提高了圖像中的物體和真實世界中物體的相似度。仿真模擬海面的產(chǎn)生，能夠為導彈的仿真飛行提供逼真的場景，對于導彈模擬飛行數(shù)據(jù)的采集和分析，有著非常重要的作用。因此，在海面圖像產(chǎn)生過程中，通過紋理映射技術(shù)的合理運用，可以得到海面起伏不定的效果。

2.3.2 天空的生成 對天空的處理，在本文的研究中是使用紋理映射的方法結(jié)合Billboarding 技術(shù)，Billboard技術(shù)在使用過程中，其核心原理是把一幅圖像，映射到簡單的幾何平面，也就是Billboard 上，之后再將其放置到視景體中，并使Billboard 與視線在x-z 平面上的投影垂直。對于天空的一般處理中，往往沒有太陽，一般都是藍天白云。這里，筆者選擇了一幅比較好的天空圖像，不僅有藍天、白云，還有遠處若隱若現(xiàn)的山脈，這樣的圖像應(yīng)用到程序中，會非常逼真。將選定的天空圖像作為紋理映射到Billboa-rd上，使該平面與視線在x-z 平面上的投影垂直。

2.3.3 爆炸場景的設(shè)計 導彈的運動是直線運動，當導彈被擊中時，就會產(chǎn)生爆炸場景。爆炸場景是由多幅靜態(tài)不同的圖像循環(huán)映射到Billboard 上實現(xiàn)的。設(shè)置映射時，利用Alpha 融合技術(shù)實現(xiàn)每幅圖像間的漸變過程，使爆炸效果比較逼真。

2.4 視景轉(zhuǎn)換 在建立好導彈飛行模型之后，如果想要用戶更清楚的觀察模型效果，還需要進行視景轉(zhuǎn)換，具體來說，在三維空間中選擇合適的位置，將導彈飛行的模型安放好，之后為觀看者選擇適當?shù)囊朁c及觀察方向，以提高實際觀察效果。視景轉(zhuǎn)換是一項系統(tǒng)性的工作，涉及到的工作程序很多，相關(guān)技術(shù)人員認真準備，做好每一個環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換工作，視景轉(zhuǎn)換是對虛擬效果的進一步提升，優(yōu)秀的虛擬環(huán)境，通過設(shè)計合理的視景轉(zhuǎn)換可以提高觀察者的實際感知效果，進而為導彈的飛行試驗提供良好的虛擬場景，提高相關(guān)實驗的真實性。

3 結(jié)果

該程序使用建模技術(shù)建立了導彈模型，并在場景中，使用紋理映射技術(shù)使之具有了較強的真實感，模擬了導彈飛行、爆炸的場景，最終實現(xiàn)了導彈飛行的仿真。圖2是導彈掠海飛行的場景，圖3是導彈被擊中爆炸的場景。

圖2 飛機掠海飛行場景

圖3 導彈被擊中爆炸場景

[1]付戰(zhàn)平，等.基于OpenGL 的飛行過程再現(xiàn)與仿真[J].系統(tǒng)仿真學報,2002,14(9):1197-1199.

[2]OpenGL Programming Guide Architecture Review Board 參考手冊[M].機械工業(yè)出版社,2001.

[3]張王衛(wèi),蘇群星,劉鵬遠.基于OSP 場景圖結(jié)構(gòu)的虛擬裝配碰撞檢測算法的研究與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制,2012(12).

[4]謝漢橋,文立華.基于OpenGL 的反艦導彈彈道視景仿真[J].計算機仿真,2010/01.