飞行仿真虚拟可视化技术

本书是一本比较系统地介绍飞行仿真虚拟可视化技术的专著，不仅对飞行仿真虚拟可视化的需求、建模技术、虚拟环境等内容进行了详细的讲解，还介绍了对可视化建模相关优化方法、视景抖动问题、飞行仿真虚拟可视化软件的运行实例及其发布方法。这对提高飞行仿真虚拟可视化技术的工程应用能力具有十分重要的意义。

随着计算机技术、通信技术及其他相关技术的发展,信息的可视化成为新的应用发展方向,飞行仿真虚拟可视化日益成为当前的研究热点。飞行仿真虚拟可视化系统在飞行器设计、性能分析、飞行员训练、战法分析以及国防建设中起着十分重要的作用。
本书比较系统地介绍飞行仿真虚拟可视化技术,在对有关飞行仿真及虚拟可视化技术进行认真分析的基础上,深入研究并实现了飞行仿真虚拟可视化中的飞机建模、大面积地形生成、仪表的可视化建模及动态驱动、可视化虚拟场景设计、实时动态交互驱动、碰撞检测、飞行仿真虚拟可视化系统软件的运行实例及其发布,并对可视化建模相关优化方法和视景抖动问题进行了研究。具有重要的理论和应用价值。
本书分为6章,第1章介绍了飞行仿真虚拟可视化技术的基本要素、应用、研究现状等内容;第2章进行了飞行仿真虚拟可视化的需求分析,为后续工作的进行做好规划基础;第3章主要介绍了利用Creator进行视景建模的过程和方法,其中主要包括各种飞机座舱仪表的建模和地形的建模;第4章首先介绍了基于Vega Prime飞行仿真虚拟环境的设计,主要包括仪表控制系统、场景的漫游、飞机操控系统以及碰撞检测等;第5章分析了视景抖动可能产生的各种原因以及相应的解决方法;第6章给出了一个系统运行实例,帮助用户快速熟悉本系统。
笔者在研究飞行仿真虚拟可视化过程中,得到了山东大学、北京交通大学、山东交通学院、华力创通公司的多位同行的支持和帮助, 也得到了山东省农机装备研发创新计划项目(2018YF016),山东省重点研发计划(2019GNC106032),山东省重点研发计划(2019GNC106032),山东省高校科研计划项目(J13LB62),山东大学博士后等项目的相关资助,在此表示感谢!
飞行仿真虚拟可视化技术发展迅速,工程应用不断更新。由于笔者水平有限,加上时间仓促,书中的疏漏之处在所难免,恳请广大读者和同行不吝指正。

著者
2020年6月

《飞行仿真虚拟可视化技术》重点对飞行仿真虚拟可视化中的飞机建模、大面积地形生成、仪表的可视化建模及动态驱动、虚拟场景设计及视景抖动问题进行了研究和分析。本书系统地介绍了飞行仿真虚拟可视化软件的运行实例及其发布方法,这对提高飞行仿真虚拟可视化技术的工程应用能力具有十分重要的意义。
本书可供使用虚拟现实技术进行飞行仿真虚拟可视化研究设计的科研技术人员参考。

第1章飞行仿真虚拟可视化技术概述   1
1.1飞行仿真的基本要素         1
1.2可视化技术           3
1.2.1虚拟现实技术         3
1.2.2仿真可视化          7
1.2.3虚拟现实技术应用        9
1.2.4飞行仿真虚拟现实相关技术      14
1.3飞行仿真虚拟可视化技术研究背景及研究内容   20
1.3.1研究背景          20
1.3.2研究内容          22

第2章飞行仿真虚拟可视化需求分析  25
2.1视景建模需求分析         25
2.1.1视景生成过程         27
2.1.2视景的内部表示        28
2.1.3视景三维建模技术        31
2.2系统可视化需求分析         35
2.2.1系统总体需求描述        35
2.2.2确定参与者和用例        36
2.2.3系统框架设计的用例图和用例文档    36
2.3系统可视化用例实现         39
2.3.1操控系统用例实现        39
2.3.2仪表系统用例实现        41
2.3.3音响系统用例实现        43
2.3.4碰撞检测用例实现        43

第3章飞行仿真可视化视景建模技术  47
3.1基于建模工具Creator的视景建模      47
3.2建模过程应用的技术         48
3.2.1合理组织数据库结构       49
3.2.2减少多边形数量        50
3.2.3并行分布处理技术        52
3.2.4提高渲染速度         53
3.2.5DOF技术          58
3.3飞机可视化建模          59
3.4仪表可视化建模          64
3.4.1创建盘式量表         65
3.4.2创建矩形量表         67
3.4.3创建柱形量表         68
3.4.4创建地平仪         69
3.4.5创建二维文字         70
3.4.6使用Clip节点         71
3.4.7使用Text节点         72
3.5地形仿真可视化技术         73
3.5.1地形仿真可视化概述       74
3.5.2转换原始地形数据        75
3.5.3创建地形模型         76
3.5.4应用地形纹理和特征       78
3.5.5批处理地形转换        79

第4章飞行仿真可视化虚拟环境    81
4.1基于VegaPrime软件平台的虚拟环境开发    81
4.1.1建立应用程序         82
4.1.2应用程序的主循环        83
4.1.3LynXPrime图形开发调试环境     84
4.1.4基于VegaPrime的飞机虚拟滑行系统设置  86
4.2仪表控制系统          108
4.2.1LynXPrime仪表控制面板      108
4.2.2应用程序接口         108
4.2.3仪表控制系统伪代码程序      109
4.3飞机与地形的碰撞检测        115
4.4场景的漫游           118
4.4.1交互式漫游         118
4.4.2导航           121
4.5飞机操控           123
4.6音响系统           124
4.6.1三维声音的处理        126
4.6.2记录与回放的实现        127

第5章视景抖动问题的解决     129
5.1飞行仿真联网系统         129
5.2抖动产生的原因及解决办法       130
5.2.1数据帧的同步问题        130
5.2.2视点坐标转换         131
5.2.3系统硬件配置         132
5.2.4几何模型优化         133
5.2.5大面积地形数据库管理       135

第6章系统运行实例       139
6.1系统构成           139
6.2软件运行环境          140
6.3飞行仿真视景运行实例        140
6.4软件发布           143

参考文献            145