直升机飞行模拟器视景系统的分布式仿真研究

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1、—————————————————————直升机飞行模拟器视景系统的分布式仿真研究—————————————————————TheResearchofDistributedSimulationofVisualSysteminHelicopterFlightSimulator作者姓名：刘金锋专业名称：机械电子工程指导教师：倪涛教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月30日摘要近年来，随着我国直升机技术取得长足发展以及低空空域的开放，军用和民用直升机数量飞速增长，如何高效、经济、安全的培训直升机飞行员成为当下急需解决的问题。目前，国内外常用的培训方法有传统的实飞训练和基于虚拟现实技术

2、搭建的直升机飞行模拟运动平台进行的模拟训练。其中，后者更加高效、经济和安全。然而，当前我国的直升机飞行模拟器普遍存在以下几个问题：（1）关键技术和部件被国外发达国家垄断，使得国内模拟器价格昂贵，难以在国内普及；（2）对广地域地形的细节渲染程度不高，近景图像虚化严重，导致视景系统的眩晕；（3）多采用大屏幕投影的虚拟成像平面与实际驾驶舱机窗不统一，近地飞行存在视觉误差。针对这些问题，研究如何以较低的成本研制高仿真度的直升机飞行模拟器具有非常重要的意义。本文立足于完全自主产权的结构设计，参照某型号武装直升机舱体结构按1:1的比例搭建飞行模拟驾驶舱；在飞行模拟驾驶舱中，与真实机窗对应的位置安装

3、高分辨率液晶显示器，解决计算机虚拟成像平面与真实物理系统观测位置不统一的问题；设计模拟器操纵机构及其信号测控系统，实现驾驶杆的配平和中位调整功能；采用触屏式虚拟仪表盘替代真实仪表盘，从而极大的降低了模拟器硬件成本，并且不失其视觉效果。基于已有的3D渲染模块、声音模块、动力学模块、AI模块等搭建直升机视景仿真系统；依据物体具有自相似“层次”结构特征，采用三角形边线细分法构建分形布朗运动数学模型，从而生成三维地形，获得常规的纹理贴图无法实现的细节精度；数据库采用动态加载的方式，结合层次细节LOD技术，确保视景系统的实时性和真实感渲染；基于CIGI网络协议，利用分布式仿真思想，实现多通道视景

4、同步更新；基于计算机3D成像机理，推导了规范视见体(CVV)下的斜透视投影矩阵，最终实现了多屏幕视景的精确拼接。在完成上述工作的基础上，进行了直升机飞行模拟器的整体性能测试。通过动感平台与视景仿真系统的协调运行，成功的进行了直升机的起飞、俯仰、横滚、悬停、降落及坠毁等诸多实验。实验结果表明，所搭建的直升机飞行模拟器具有较高的逼真度、较好的实时性、较强的沉浸感，可广泛用于直升机驾驶学员的技能培训。关键词：直升机，模拟器，大地形，CIGI，屏幕拼接AbstractThenumberofbothmilitaryandcivilhelicoptersgotasharpincreasedueto

5、thehelicoptertechniquedevelopedbyleapsandboundsinChinainthepastfewyears.Toseekforacost-efficientandsecurepilotstrainingapproachhasbecameanurgentpoint.Therearetwocommontrainingwaysintheworldnowadays,onecalledtraditionalrealflighttrainingandanotheristobuildaflightsimulatorplatformbasedonvirtualrea

6、litytechnology.Obviously,thesecondwayismorecost-efficientandsecurethanthetraditionalapproach,butmanyproblemsaboutdomestichelicoptersimulatorsneedtoconquer.Forinstance,themonopolyofkeytechniquesandcomponentsofsimulatorsbydevelopedcountriescausedahighcost,soithardtowidespreadinChina;thedetailsofma

7、cro-reliefcan’trenderwell;thevirtualimagescan’tmatchwiththerealcockpitwindows;multichannelrenderoutofsynchrony,screensplicinginaccuracy.Thus,theworkofdevelopingakindofhighfidelityhelicopterflightsimulatorsunderalowcosttosolv