黃志軍

摘 要：為提高訓練的技戰(zhàn)術(shù)水平，飛行操作人員迫切需要對己飛過的科目進行生動逼真的可視化回放，進而復盤推演當時的態(tài)勢及諸多技戰(zhàn)術(shù)要素。為實現(xiàn)生動逼真的可視化推演，本系統(tǒng)以先進的仿真技術(shù)和計算機圖形處理技術(shù)為基礎(chǔ)進行開發(fā)設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)回放的可視化仿真。為飛行操作人員總結(jié)經(jīng)驗、提高技術(shù)水平提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)回放 可視化 設(shè)計 仿真

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（c）-0119-02

為提高訓練的技戰(zhàn)術(shù)水平，飛行操作人員迫切需要對已飛過的科目進行生動逼真的可視化回放，進而復盤推演雙方態(tài)勢，為評估自己操作及站位等諸多技戰(zhàn)要素，提高實戰(zhàn)能力，驗證和創(chuàng)新戰(zhàn)法，提升訓練質(zhì)量提供依據(jù)。隨著仿真和計算機圖形處理技術(shù)的快速發(fā)展，以動畫、圖形來表達仿真過程和結(jié)果的可視化仿真技術(shù)已經(jīng)非常成熟，特別是具有真實感的三維實時動畫及場景渲染顯示技術(shù)，使仿真結(jié)果更加直觀逼真。本文以面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM行建模，利用OpenGL圖形庫和圖形處理技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)可視化仿真系統(tǒng)。通過讀取飛參記錄數(shù)據(jù)，模擬仿真環(huán)境下的實時飛行軌跡，以具有真實感的三維動畫的形式將仿真過程、真實飛參數(shù)據(jù)等實時顯示出來，供飛行操作人員判讀使用。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 需求分析

為了滿足復盤推演訓練科目的可視化需求，系統(tǒng)必須實現(xiàn)原始各主要飛參數(shù)據(jù)，航行及自由搏擊過程、眼點可控等二維、三維可視化顯示效果。同時，系統(tǒng)具備可靠、可擴展和可移植性等特點，具體需求如下：

（1）要實現(xiàn)飛參數(shù)據(jù)實時驅(qū)動的仿真模型三維動畫顯示。

（2）當模型運動時，實現(xiàn)任意視角的切換，使操作人員能根據(jù)需求隨時能觀察各狀態(tài)點的三維視圖及相關(guān)數(shù)據(jù)。

（3）實現(xiàn)飛行數(shù)據(jù)的實時二維顯示，包括飛發(fā)信息、姿態(tài)信息、位置、速度及過載等飛行人員需要的主要參數(shù)信息。

（4）要使系統(tǒng)具有能在單對單對抗的基礎(chǔ)上，擴展至一對多或多對多對抗模式的擴展性并能移植到任何計算機上使用。

1.2 系統(tǒng)功能

綜合系統(tǒng)需求，該仿真系統(tǒng)應(yīng)具有以下主要功能：

（1）實時數(shù)據(jù)的仿真功能，通過仿真，實時顯示飛行器的速度、高度、載荷等數(shù)據(jù)，可鍵控顯示飛行器狀態(tài)點的相對方位、姿態(tài)數(shù)據(jù)和模型的三維視圖。

（2）建立飛行器拖煙三維模型和天地景模型，利用OpenGL圖形處理技術(shù)以動畫的方式顯示出米。

（3）可視化仿真系統(tǒng)的交互功能，不僅實現(xiàn)數(shù)據(jù)間交互的功能，根據(jù)研制需求還的實現(xiàn)便捷的人機交互功能，可對系統(tǒng)運行通過預前設(shè)置、中途鍵控等方式進行調(diào)控，可實時控制仿真過程，使整個仿真過程具有可控性、交互性，實現(xiàn)復盤推演的研制目的。

1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.3.1 系統(tǒng)從功能上來劃分，可以劃分為以下幾個功能模塊：

界面功能和視景顯示控制功能模塊。

系統(tǒng)初始化模塊：完成所有模型的建立和載入，場景的搭建，環(huán)境的渲染等。

數(shù)據(jù)可視化仿真模塊：生成和解析仿真數(shù)據(jù)、驅(qū)動三維模型運動，數(shù)據(jù)管理、控制三維視景和二維數(shù)據(jù)顯示。

人機交互模塊：鍵盤控制、文字信息、人機交互界面等。

1.3.2 系統(tǒng)的搭建

因為是對兩個主體模型進行數(shù)據(jù)可視化，為了增強系統(tǒng)的實時性，系統(tǒng)采用了分布式仿式進行搭建，如圖1所示。

圖1中仿真體1、仿真體2分別為雙方飛行器的仿真模型，負責飛參數(shù)據(jù)接收、模型構(gòu)建和仿真數(shù)據(jù)生成解析。視景與導調(diào)控制，負責圖形數(shù)據(jù)處理及動畫生成，形成二維態(tài)勢和三維態(tài)勢畫面并負責視景控制與設(shè)置。

1.4 系統(tǒng)開發(fā)

本系統(tǒng)以Visual C++為開發(fā)平臺，以O(shè)penGL繪圖工具進行場景和三維視圖創(chuàng)建和渲染，3D StudioMax為建模工具進行軟件設(shè)計。

1.4.1 初始化模塊

利用vc軟件中的MFC AppWizard生成應(yīng)用程序框架并進行初始化模塊設(shè)計，其中加入OpenGL的連接庫（ OpenGL32.lib、glu32.lib、glaux.lib）并將其頭文件加入到stdafx.h中，利于場景初始化渲染。飛行器模型的初始化是難點，初始化模塊中引入了包含了MS3D模型的所有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)MilkshapeModel類，方便飛行器模型初始化。

1.4.2 數(shù)據(jù)可視化建模與仿真

Open GL是以SGI公司牽頭開發(fā)設(shè)計的跨平臺、共享通用、性能開放穩(wěn)定的三維顯示硬件的軟什接口。Open GL不僅具有功能函數(shù)強大，代碼行少，結(jié)構(gòu)邏輯明晰的特點，而且還封裝了顯示硬件信息，使編程人員不必專門進行針對硬件的設(shè)計，節(jié)約了時間和成本、增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在本設(shè)計中利用專門的三維模型設(shè)計軟件進行飛機模型設(shè)計，然后利用其軟件集成環(huán)境中的轉(zhuǎn)換軟件進行轉(zhuǎn)換，生成Open GL可以直接使用的Open GL的顯示列表數(shù)據(jù)供仿真系統(tǒng)使用。當仿真系統(tǒng)運行時，Open GL的庫函數(shù)調(diào)用顯示列表中數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)飛機模型的可視化。為了增強實時性，減少圖形繪制帶來的時間延遲，在模型構(gòu)建時只選具有代表性的幾個圖元組合，構(gòu)建出飛機的三維態(tài)勢模型，減少模型頂點數(shù)和三角形數(shù)，提高繪制速度。

1.4.3 仿真模型的二維和三維動畫的形成

在仿真中，利用Open GL的顯示列表技術(shù)和緩存技術(shù)生成模型的三維動畫和二維數(shù)據(jù)顯示。主要是利用Open GL的平移函數(shù)，生成平移矩陣，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)中位置數(shù)據(jù)的實時輸入仿真模型產(chǎn)生軸向移動；利用Open GL的旋轉(zhuǎn)函數(shù)生成旋轉(zhuǎn)矩陣，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)中的滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航角來設(shè)置矩陣中的角度數(shù)據(jù)，飛機模型產(chǎn)生相應(yīng)方位上的旋轉(zhuǎn)。同樣，仿真體的縮放也是利用Open GL的縮放函數(shù)，產(chǎn)生相應(yīng)矩陣，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)進行仿真模型的放大和縮小的。同時，在仿真過程中，數(shù)值可視化仿真模塊生成飛行器運動數(shù)據(jù)，其中包括飛機方位、速度、過載、空間位置等數(shù)據(jù)實時在二維態(tài)勢中或隨人機交互的鍵控點顯示出來。

2 結(jié)語

該系統(tǒng)利用先進的仿真技術(shù)和計算機圖形處理技術(shù)，實現(xiàn)了飛參記錄數(shù)據(jù)的可視化仿真。通過逼真的三維動畫，逼真地展示了空中自由搏擊的場景并通過良好的人機交互功能實時提供任意觀察點的原始參數(shù)，為飛行操作人員總結(jié)經(jīng)驗，創(chuàng)新戰(zhàn)法，提升戰(zhàn)技水平提供了可靠依據(jù)。

參考文獻

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