空中加油视景仿真系统探究及实现

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1、空中加油视景仿真系统探究及实现摘要：硬式空中加油技术目前还处在研究阶段，加油杆与受油机之间的对接试验主要在室内通过机械手等方式固定在地面上研究，试验人员不能在三维空间内对加油机和受油机的状态有一个直观的感受。为了配合空中加油系统的研究，以''硬式加油空中对准半物理仿真”为应用背景，论述了在空中加油系统内加入三维视景部分。该系统使用了Creator中的LOD,DOF等技术建立了逼真的加油杆和受油机模型，并在MFC中调用Vega的API函数控制加油杆的伸缩、转动等动作，实时动态地模拟空中加油的全过程，仿真效果理想，并提出未来改进的方向。关键词：空

2、中加油；视景系统；Creator；建模中图分类号：TN91934；TP391.9文献标识码：A文章编号：1004373X(2012)10008403基金项目：国家自然科学基金资助项目(60974146)空中加油技术，就是在空中一架航空器给另一架或数架航空器加注燃油，使其航程加大，续航时间增长的技术。无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。如果无人机获得自主空中加油能力，将大大增加其作战半径和留空时间，也就大大降低了作战部署和反应所需的时间。我国是继英、美、俄、法后第5个掌握空中加油技术的国家。空中加油技术分为软式加油和

3、硬式加油，可根据实际情况采取不同的加油方式。本文模拟的是硬式加油。空中加油技术对加油机、受油机性能和飞行员的综合要求很高，由于现实世界中空中加油飞行试验的风险和成本都是不可估量的，前期大都采用模拟平台进行实验。作为该模拟平台终端显示的视景系统，是整套系统人机交互、人机对话的窗口，开发的优劣会影响到整个系统的质量，尤其在早期的研究中，更是观察整个研究过程进展的重要窗口[12]o1系统开发工具MultigenVega是一套完整的用于开发交互式、可视化仿真应用的软件平台和工具集，它最基本的功能是驱动、控制、管理虚拟场景并能够方便的实现大量特殊视

4、觉和声音效果，因此，被广泛用于实时三维可视化仿真领域。Creator是MultigenParadigm公司新一代的实时仿真建模软件，它主要针对可视化仿真应用生成三维形体模型及逼真的大面积地形地貌[3]o本系统主要使用的软件是MultigenCreator和MultigenVega,并使用VC6.0编程进行驱动。其中，Creator用来建立受油机、加油杆及大地形的仿真模型，Vega作为驱动软件将其加载并渲染，再使用VC6.0调用Vega的API函数编程完成整个视景系统。2仿真模型的建立2.1无人机及加油杆建模[45]无人机的建模结构上需要尽量清

5、晰简洁，这样渲染时的速度才能不受影响。在建模时需要注意的是，机身的尺寸与加油杆的尺寸需匹配，否则会出现加油杆过大或过小导致无法对接的现象。在建立受油机模型时，除了使用LoftTool,还可以先建立一边的模型，再采用镜像工具，将其按照参考网格面（设立在飞机的中轴线上）进行镜像，得到两边完全对称的模型。考虑到飞机飞行时副翼、方向舵及螺旋桨等都会动作，为了实现仿真过程的真实感，可建立多个D0F节点实现动作。作为受油机，无人机的顶部需要设立一个受油孔,作为加油杆对接的目标。如图1所示。图1受油机模型图加油杆的建模也需要用到D0F技术，使其具有自由活动

6、的能力。加油杆主要由主管、外伸管、万向节、小翼、加油接头等组成。在加油杆上建立3个局部坐标系，分别完成加油杆的伸缩、上下左右移动，使其可以在一个锥体范围内到达任何位置。如图2所示。图2加油杆模型图2.2大地形建模[6]大地形是飞行视景仿真中的一个不可或缺的部分，相对移动的地形背景才能使画面更有真实感。首先将在网上下载的USGSDEM地形信息数据格式通过readusgs转换工具转换为DED格式，将其导入Creator中，使用polymesh算法，构造不同层次的LOD地形模型。考虑到系统主要仿真空中加油的过程，对于地面的细节程度要求不高，为了同时

7、满足地形足够大和渲染快的要求，可将一较小地形做部分简化，部分地区使用纹理贴图，边缘处使用BulldozeTool做碾平处理，这样在需要的时候可将多个地形快速的组合成一个更大的地形而不用重新制作。图3为将多个相同地形组合在一起的正面图。3模型驱动[711]使用Creator建立好各部分模型之后，需要将其加载进Vega中进行驱动，这部分工作都是在Lynx中完成的，需要注意的是建立的Object必须在Scenes场景中导入，否则模型无法显示。3.1利用Lynx建立三维场景模型首先，将大地形导入到场景中，而受油机则要以一个相对位置加入，设置其初始位置

8、。完成后，再在场景中加入加油杆，两者的初始相对位置还需要在后面做调整。然后通过Lights模块加入光照,Environments模块加入云等效果，使整个场景更加逼真