李正煒　王建立　王斌

摘 要：由于受環(huán)境天氣及訓(xùn)練成本影響，操作手只能在光電跟蹤設(shè)備上進行有限的訓(xùn)練。運用MFC和Vega Prime設(shè)計了光電跟蹤設(shè)備視景仿真系統(tǒng)，通過對視景仿真系統(tǒng)的操作可滿足操作手的訓(xùn)練需求。根據(jù)背景環(huán)境設(shè)置，系統(tǒng)視場大小，目標(biāo)模型等，利用Vega Prime進行場景仿真渲染。仿真系統(tǒng)視窗指向由人機交互設(shè)備進行控制，通過控制設(shè)備使運動目標(biāo)保持在視場中央，模擬實際手動跟蹤目標(biāo)過程。此系統(tǒng)可通過仿真不同目標(biāo)運動軌跡和不同環(huán)境，對操作手進行訓(xùn)練，提高操作手技能。

關(guān)鍵詞：Vega Prime；仿真系統(tǒng)；光電跟蹤設(shè)備；MFC；模擬訓(xùn)練

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）02-0181-03

Academy of Sciences，Beijing 100049， China）

Abstract： Due to the impact of weather and training costs， the training on the optoelectronic tracking equipment is limited for operators. Utilize MFC and Vega Prime to design a visual simulation system of optoelectronic tracking equipment， which may meet the training needs for operators. Vega Prime generates the scene according to the background environment settings， the field of system size and target model. The pointing of simulation system window is controlled by the human-computer interaction device. Through the device， operators maintain the moving target at the central visual field as an actual process of manually tracking target. This system can simulate different movement targets and environment for operators to improve their skills.

Key words： Vega Prime； Simulation System； Optoelectronic Tracking Equipment； MFC； Simulation training

1 概述

在實際測量任務(wù)中，所用的導(dǎo)彈和靶機成本較高，如果由于操作手失誤造成測量任務(wù)失敗，可能導(dǎo)致整個測試的失敗，這將導(dǎo)致很大的損失。所以需要對操作手進行有針對性的訓(xùn)練，提高其操作技能，以確保能勝利完成測量任務(wù)，但采用信號彈或靶機進行訓(xùn)練的話，會產(chǎn)生較大的訓(xùn)練成本。通過視景仿真技術(shù)對實際觀測環(huán)境進行仿真，通過人機交互設(shè)備模擬操作對設(shè)備的控制，實現(xiàn)對操作手的訓(xùn)練。

采用MFC中的基于單文檔/視圖結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序框架實現(xiàn)Vega Prime視景仿真程序的開發(fā)。仿真模擬軟件可以根據(jù)需要隨時改變仿真場景設(shè)置和目標(biāo)飛行軌跡設(shè)置，根據(jù)對人機交互輸入的視軸信息，實時更新模擬視景窗口指向，模擬實際跟蹤過程。

2 Vega Prime介紹

Vega Prime是Multigen-Paradigm公司推出的實時三維虛擬現(xiàn)實開發(fā)工具，支持面向?qū)ο蠹夹g(shù)，其底層是基于開放式OpenGL技術(shù)具有良好的跨平臺性[1-5]，通過Lynx Prime GUI圖形化工具可以進行快速配置，簡單易用讓用戶可以快速準確地開發(fā)出適合要求的視景仿真應(yīng)用程序，是實景仿真軟件平臺的主流工具[6-7]。

仿真系統(tǒng)采用基于單文檔/視圖結(jié)構(gòu)的MFC面向?qū)ο髴?yīng)用程序框架進行開發(fā)[8]。為實現(xiàn)仿真程序具有實時的人機交互性，程序采用多線程模式，包含的線程有視軸姿態(tài)輸入線程、Vega Prime渲染線程、MFC主線程，程序運行流程圖如圖4所示。

視窗指向控制，先用Creator創(chuàng)建一個很小點目標(biāo)作為視軸目標(biāo)，在LynX配置文件中創(chuàng)建視軸目標(biāo)Object，在顯示場景中可以忽略它的存在，將它作為Vega Prime目標(biāo)觀察物，視軸目標(biāo)始終處于視窗中心，通過改變視軸目標(biāo)位置進而實現(xiàn)視窗指向改變。

視軸姿態(tài)輸入，由人機交互設(shè)備輸入視軸控制信息，實驗所采用的輸入設(shè)備是鍵盤，通過上下鍵控制視軸的俯仰角變化，左右鍵控制視軸的方位角變化。在Vega prime仿真渲染線程中對輸入事件響應(yīng)，根據(jù)事件類型調(diào)整視軸方位俯仰值，轉(zhuǎn)換為視軸目標(biāo)位置，更新視軸目標(biāo)位置實現(xiàn)視窗控制，輸入設(shè)備可由其他設(shè)備替代鍵盤，如游戲手柄等。

目標(biāo)軌跡設(shè)置，以觀測點中心為原點，載入運動目標(biāo)軌跡文件將目標(biāo)軌跡點保存于內(nèi)存中，在Vega prime進行渲染時根據(jù)運動時間提取軌跡點，設(shè)置目標(biāo)位置。目標(biāo)姿態(tài)，根據(jù)前后兩次位置變化方向進行實時更新，才能獲得較好的視覺效果。

仿真環(huán)境設(shè)置，可以設(shè)置背景云量，模擬晴天與陰天，對場景加入噪聲、抖動、模糊等效果實現(xiàn)對真實成像過程仿真，可以通過Vega Prime API函數(shù)進行實時調(diào)整。

相機效果仿真設(shè)置，在Lynx配置文件中，添加vpCamera和vpCameraCompositeEffect兩項，前者為相機后者為相機效果設(shè)置，該類可以仿真平臺的抖動，模糊，乘法固定模式噪聲，隨機噪聲等效果。

3.1運動目標(biāo)軌跡設(shè)置

目標(biāo)運動軌跡坐標(biāo)均以觀測點為坐標(biāo)中心，仿真系統(tǒng)可以進行3種模式運動目標(biāo)軌跡設(shè)置，分別為變速運動軌跡、等效正弦運動軌跡，直接載入包含時間和目標(biāo)位置的理論目標(biāo)軌跡。

3.1.1變速目標(biāo)軌跡設(shè)置

設(shè)定目標(biāo)方位角運動角速度、角加速度，俯仰角運動角速度、角加速度。

進行模擬訓(xùn)練時，首先通過人機交互界面設(shè)定目標(biāo)運動軌跡參數(shù)，設(shè)定鍵盤左右鍵控制量變化大小，天氣情況設(shè)定及相機效果設(shè)定，更新視軸方向使目標(biāo)處于視場中心。然后啟動目標(biāo)仿真，目標(biāo)開始沿設(shè)定的軌跡運動，此時通過操作控制視窗指向的“上、下、左、右”鍵改變視窗指向，使目標(biāo)保持在十字絲中心?；蛟O(shè)定目標(biāo)從各個方向飛入視場場景，演練操作手的反應(yīng)和操作速度。通過模擬各種運動目標(biāo)和不同場景，對操作手進行訓(xùn)練。記錄目標(biāo)方位俯仰與視軸的方位俯仰差值，即目標(biāo)脫靶量，通過對目標(biāo)脫靶量統(tǒng)計情況來衡量操作手的技能水平。

5結(jié)論

結(jié)合Vega Prime和MFC實現(xiàn)對光電跟蹤設(shè)備視景仿真系統(tǒng)的開發(fā)，介紹了視景仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和軟件運行流程，闡述了運動目標(biāo)軌跡設(shè)置方法和運動過程中目標(biāo)姿態(tài)更新方法。MFC通過調(diào)用Vega Prime API實時對Vega Prime仿真場景進行改變。通過相機仿真效果和天氣背景條件設(shè)置，實現(xiàn)對真實場景的仿真。跟蹤目標(biāo)可以加載變速運動軌跡、正弦運動軌跡或直接載入真實目標(biāo)運動軌跡，使操縱手在接近真實情況下得到訓(xùn)練，提高操作技能，降低訓(xùn)練成本。

參考文獻：

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