李森

摘要：飛行模擬器的發(fā)展較為迅速，其視景系統(tǒng)的存在對于整個系統(tǒng)起到了關鍵的作用，具體體現在顯著影響到飛行仿真的效果。而飛行模擬機視景系統(tǒng)的設計，需要考慮到復雜場景以及實時性的要求，因此本文設計了一種飛行模擬器視景系統(tǒng)，同時對于涉及到的關鍵技術，例如多通道同步技術、成像球幕拼接處接縫處理技術等進行了研究。最終結果顯示，此視景系統(tǒng)對于飛行員的日常訓練能夠較好的滿足，受到了飛行員的一致好評。

關鍵詞：飛行模擬器;視景系統(tǒng);球幕

飛行模擬器對于飛行員的實際飛行過程具有較佳的模擬效果，不僅如此還可以忽略因為天氣等原因帶來的飛行限制，起到了提升安全性以及降低成本的效果。因此我國對于飛行模擬器的研發(fā)也逐漸重視起來。作為飛行模擬器的子系統(tǒng)之一，視景系統(tǒng)的存在對于飛行員的視覺信息起到了真實的模擬效果。視景系統(tǒng)的圖形效果和顯示質量，是影響飛行員飛行效果的關鍵因素。因此本文以視景系統(tǒng)為研究對象，分析飛行模擬器視景系統(tǒng)的設計和實現，并對其中關鍵技術進行介紹。

1 飛行模擬器視景系統(tǒng)概述

1.1 視景系統(tǒng)組成

視景系統(tǒng)屬于飛行模擬器中的子系統(tǒng)之一，分為以下三個部分，分別是視景圖像生成子系統(tǒng)、視景顯示子系統(tǒng)和視景數據庫三個部分[1]。

1.2 視景系統(tǒng)結構

視景系統(tǒng)的結構圖如圖1-1所示。

在整個的仿真過程中，第一步是主機進行控制指令的接收，然后根據相關指令進行選取數據庫中的數據，進行實時的演算，進而將視景圖像進行渲染。此時飛行員根據得到的圖像做出相應的判斷。通過座艙進行指令的發(fā)出，實現視景系統(tǒng)的實時場景渲染[2]。

1.3 視景系統(tǒng)功能

所設計的視景系統(tǒng)，需要滿足以下要求。

此系統(tǒng)需要能夠提供飛機駕駛艙外的場景，并能夠提供多種模式，例如白天、黑夜、陰雨模式等。提供多種天氣實況，具有具有雨、雪、云層等不同能見度的天氣狀態(tài)。對于機場的燈光能夠自主的選擇。機場圖像中，需要包括機場跑道，滑行道和跑道燈光等元素。能提供實際情況中的通用地形以及不存在量化的痕跡。在進行起飛或者著陸時，通過視景可以分析此時高度情況。具有尾跡和火焰等多種特效[3]。

2 系統(tǒng)設計和實現

在進行設計飛機模擬器視景顯示系統(tǒng)時，需要從以下四個角度進行分析，分別是顯示系統(tǒng)、多通道網絡結構、視景仿真軟件以及視景數據庫。

2.1 顯示系統(tǒng)

2.1.1 球幕結構

選定實像球幕顯示系統(tǒng)的半徑為3m的大小。系統(tǒng)由以下幾部分的機構所組成，分別是成像球幕、球幕上蓋、球幕入口、投影儀平臺和支架等部分。本次設計的成像幕一共有9塊。同時使用法蘭進行相互的連接和穩(wěn)定。球幕的后倉的功能是放置投影儀，同時使用支架保證在運動過程中不會出現變形的情況。

2.1.2 光路設計

需要多個投影儀進行同時的工作，且每個投影儀之間的距離是相同的。綜合考慮到視場角、投放距離、投影儀數目的要求，最終選定球幕正投的方式進行顯示，投影儀的數量最終敲定為6臺。系統(tǒng)對于亮度和分辨率也有一定的要求，因此設計了球幕增益的方式，設計了投影儀的擺放方式為上下擺放，，目的是為了符合系統(tǒng)的要求。

2.2 多通道網絡結構

需要6個渲染通道進行投影的操作。多通道視景系統(tǒng)網絡結構存在以下兩種機制，分別是內部廣播和管理節(jié)點調度兩種。共具有7臺計算機，其中1臺作為視景控制節(jié)點使用，其他6臺作為渲染節(jié)點進行使用，共組成一個廣播機制。視景控制節(jié)點負責與模擬器其他分系統(tǒng)通信，并由其驅動和控制渲染節(jié)點，并實現渲染節(jié)點的畫面同步。圖形渲染計算機完成地形數據庫可視化渲染，亮度融合及邊緣變形等功能。

2.3 視景仿真軟件

仿真軟件的使用具有以下功能：首先是能實現場景驅動和渲染的效果。其次是對于操作人員所發(fā)出的指令進行輸入和響應。還能通過特效模擬現實情況中的碰撞效果。所使用的到的額仿真軟件有Vega Prime 5.0 和亮度融合等軟件。

2.4 視景數據庫

在進行構建視景數據庫時，第一步就是模型的構建。所需要構建的模型包括地形、場景以及特殊效果等。將建立的模型傳輸至掃描儀進行相應的處理。第三步就是通過計算機，對其進行紋理的處理，最終得到具有真實效果的三維模型。

模型構建后就是場景的構建。先使用圖像開發(fā)軟件，然后通過 VegaPrime 和OpenGL軟件進行模塊功能的實現。在進行視景顯示系統(tǒng)調試時，先通過使用ACF文件，進行相關指令以及仿真程序信息的接收，進而構建所需要的場景，進行渲染圖像的輸出操作。這就是系統(tǒng)的完整功能實現。

3 關鍵技術

3.1 成像球幕拼接處接縫處理技術

本文所設計的成像球幕的組成方式為9塊球瓣通過法蘭進行連接，因此在連接處會出現縫隙，需要對于縫隙進行處理。對于每塊球瓣之間的縫隙進行控制，保證每塊縫隙的大小是均勻的?？梢赃x擇預留凹槽的方式，在拼裝完成之后再用預浸玻璃布和環(huán)氧樹脂填上并打磨至與內表面齊平，可以妥善的解決的縫隙問題，以及避免出現長時間使用所導致的裂紋。

3.2 多通道同步技術

本文選擇6個計算機作為成像通道，因此需要保證畫面是否同步。對于畫面同步的控制需要使用軟件，進而保證畫面之間的幀同步。渲染節(jié)點接收到控制節(jié)點的數據包，待數據渲染完成后，發(fā)送給控制節(jié)點渲染完成信息;控制節(jié)點在接到所有渲染節(jié)點回應信息后，才進行下一步工作，從而保證了幾個通道運行的同步。

3.3多通道融合軟件

因為本設計使用的是多通道投影的方式，會出現通道圖像重疊的情況，最終就會導致邊緣圖像融合問題的出現。因此需要使用到邊緣融合的技術，降低相鄰通道重疊部分亮度線性，保證整幅畫面不會出現亮度偏差的問題。設計投影機位置時，優(yōu)化了圖像的相互匹配位置;同時采用軟融合的方法，使得拼接區(qū)域平滑，提高圖像質量。融合軟件安裝于渲染計算機中，利用顯卡的渲染周期與屏幕刷新周期的時間間隙，進行自動幾何校正和自動生成融合區(qū)的計算，減少了硬件成本，做到 0 延時。

4 結論

本文對于飛機模擬器的視景顯示系統(tǒng)進行設計，分析了該系統(tǒng)中的顯示系統(tǒng)、多通道網絡結構、視景仿真軟件、視景數據庫。同時還分析了關鍵技術。此系統(tǒng)能充分滿足該模擬器研制的指標要求，為飛行員產生身臨其境的交互式仿真環(huán)境，具有較高的逼真度和可信度，有較好的應用價值。

參考文獻

[1]張立民，滕建輔.飛行模擬器視景仿真系統(tǒng)設計與關鍵技術[D].天津：天津大學電子信息工程學院.

[2]吳曉君，王昌金.基于 Creator/Vega的戰(zhàn)場飛行視景系統(tǒng)的實時仿真[J].系統(tǒng)仿真學報，2005，17（9）：2297-2300.

[3]李京偉，張利萍.基于虛擬現實技術的飛行視景仿真[J].計算機工程與設計，2005，26（7）：1935-1937.

[4]王勇亮.視景模擬技術M.長春：空軍第二航空學院，2005

[5]劉生林.面向視景模擬的導彈發(fā)射仿真系統(tǒng)Q].計算機工程與應用，2000 36（）：171-173

[6]趙文秀.開發(fā)型汽車行駛模擬器視景模擬系統(tǒng)的開發(fā)J].山西建筑，2017 32 24）：9-10

[7]張劍俐.綜合訓練模擬器外部視景模擬技術].載人航天信息，20165）：15-17.