飞行航线3d可视化界面

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1、.飞行航线的3d可视化界面作者：WilliamE.Marsh，LeviSwartzentruber，JosephHolub，StephenGilbert，JamesOliver，EliotWiner。摘要战场上无人机使用量的增加，驱使着人类操作者担当起监控职能。在这样的职能中，操作者会得到任务所需的数据信息且被要求根据标准、经验和本能做出快速的决策。信息必须由一种操作者容易理解的界面给出，以便做出快速的决策。进行了一项研究来调查操作者快速理解飞行路径数据能力。这些数据是在自上而下的2D或透视3D中展现出来的。此外，研究还致力于探索在观察3D场景时交互性的好处。研究发现在有自动移动摄像机的

2、3D组中的参与者相比自上而下的2D组或人工摄像机控制的3D组中参与者，并不更加准确但是更迅速。这表明了以3D界面展示三维路径信息是有好处的。这也证实了提供一个交互界面并不一定会有更好的表现，因为使用者不一定能有效地使用它。导论无人系统在军事行动中正不断增加。在“持久自由军事行动”和“自由伊拉克军事行动”中，无人机有将近40万小时飞行记录。根据国防部的《2007-2032无人系统路线图》，这些飞行器预期将在2030年之前执行所有类型的任务。无人机将变得越来越自主化来适应这些任务的要求。这并不排斥人的参与，但因为飞行器与人的比率变大，需要更有效的互动。操作者将担当监管角色，通过电脑界面来监视

3、并引导无人机的行动。监管控制的一个很重要的领域是当意外情况发生时给无人机重新指派任务。例如，在飞行器的当前路径上检测到了威胁。在此种情形下，操作者或许希望对威胁进行侦查、攻击或者彻底避开这个威胁。也有更多的全局性考虑，例如燃料使用量，经常被纳入考虑范围。路径规划是一个复杂的任务，涉及到形象化，优化，预测和决策。当一个方案正在进行时，高质量的决策经常需要在很紧张的时间内做出。这项研究力求调查当给予新手操作者四种并行选择时，使用三个不同界面快速说明三维路径数据并给无人机重新指派任务的能力。文献综述一个无人机操作者解释可用信息，使用标准、经验和直觉来选择行动的最佳...步骤。可用信息或许包括方

4、案的可视化和控制界面提供的其他任务特有的度量。当根据任务目标做出一个特殊决定时就需要用到这些标准。无人机控制系统不需要完全的自主控制，那样将无法利用人类操作员的直觉和经验。除此之外，如果某些决定不由人做出（或至少由人确认），更有可能受到严肃问责。路径规划算法路径规划算法致力于向操作者提供一个或更多优化过的路径。这些算法使用标准来详细说明一个可接受路径的最小特征。例如，可以创建路径避免与地面相撞导致无人机坠毁，这样任何呈献给使用者的输出可以省略地形。除此之外，一些标准可被权衡，例如允许算法在最大化安全性的同时来最小化燃油消耗。在给定特殊重要目标的情况下这些算法性能很好。对于操作者重新指派任

5、务时很有帮助因为其对一个操作者完全从零开始规划一个新路径而言能节省大量时间。没有算法能一直完美地选择最佳路径，因此为操作者提供清晰的潜在可选方案的演示极为重要，这样可以让操作者在选择路径的过程中使用过去的经验和直觉。当前的路径规划者虽然许多路径规划者并不注意信息可视化。大多数算法自动实现最佳路径的求解，完全将操作者隔离在这个过程之外。一些利用简单的二维界面，完全地忽略了高度信息，同时另一些用一个固定的等距视图来呈现路径高度。一种路径规划算法被当做沉浸式视觉战场的一个部件而创造出来。这种算法使用粒子群算法来发现几条路径，每天路径对：避免靠近敌方飞行器来无人机风险最小化，避免增长路径长度来使

6、燃油消耗最小化和使无人机与预设侦查地点偏差最小，这三个目标给予不同权重做出的。同时也考虑了避免地面碰撞以防无人机坠毁。初次实验表明了算法有帮助无经验的用户选择一个路径，与一个专家凭经验和直觉以人工方式选择的路径质量类似。信息显示技术信息显示技术可以显著地提高操作者的进行高水平决策的能力。相比于文字信息，操作者在决策过程中会显著地偏向于交互式的视觉信息。传统上，路径规划和改动是靠自顶向下的2D界面来显示3D路径数据。然而，已经有一些研究转移到更多沉浸式3D显示上。使用3D显示，所有的信息是综合的，支持自然深度提示例如线性透视或前缩透视法。这些线索所提供的好处是独立且附加的。然而，在3D透视

7、中所展示出来的所有维度都是模糊不清的，扭曲了目标的位置，距离和角度。这一切使3D显示不适用于对相对位置精度要求高的任务。对于需要基于精确相对位置做出判断的任务，二维显示更加适用。其最根本的问题在于，Z轴方向上的视线角仍然很模糊。这意味着高度必须以其他方法表示出来，经常是以一个数字读取出来。先前对二维和三维界面相对优势的研究并没有直接以飞行路径规划为着眼点。一方面，这包括三维演示不擅长的精确定位。另一方面，以二维显示方式表现三维路径数