專(zhuān)利名稱(chēng)：通用型模擬飛行引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種模擬仿真飛行的視景系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的模擬飛行引擎都針對(duì)單一機(jī)型進(jìn)行視景模擬，不具有通用性。參見(jiàn)附圖2所示，現(xiàn)有仿真飛行視景系統(tǒng)使用的是區(qū)域性仿真即對(duì)只對(duì)特定區(qū) 域進(jìn)行建模，因而存在飛行邊界，不能進(jìn)行大范圍的模擬飛行，也不能選擇設(shè)定區(qū)域外 的機(jī)場(chǎng)起降?，F(xiàn)有仿真系統(tǒng)未加入LOD算法，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大范圍高精度的地景載入。現(xiàn)有國(guó)內(nèi)仿真飛行視景中多采用BJ54和西安80坐標(biāo)系，在地形數(shù)據(jù)上與國(guó)際主 流的WGS84坐標(biāo)系不能吻合，通常需要對(duì)各種地理信息進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)有視景系統(tǒng)中通常僅可進(jìn)行單一的大氣數(shù)學(xué)模型建模，只能對(duì)單場(chǎng)或單一學(xué) 科進(jìn)行仿真，但是我們遇到的物理問(wèn)題都是多場(chǎng)偶合的，因此以為的視景系統(tǒng)仿真程度 仍不夠高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有模擬飛行引擎不具有通用性、難以滿(mǎn)足全球性的模擬飛行 的需要、只能對(duì)單場(chǎng)或單一學(xué)科進(jìn)行仿真等技術(shù)問(wèn)題，以提供具有可適應(yīng)任何飛行器的 仿真飛行、不存在飛行邊界、能對(duì)多場(chǎng)偶合進(jìn)行仿真等優(yōu)點(diǎn)的通用型模擬飛行引擎。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的通用型模擬飛行引擎，包含如下步驟
a)采用PQT算法，根據(jù)高、中、低、極低四個(gè)顯示效果等級(jí)，使用數(shù)量分別為 2%、24N、22N和N的三角形構(gòu)建地球表面分區(qū)模型，并對(duì)應(yīng)每個(gè)三角形區(qū)域匹配定位坐 標(biāo)數(shù)據(jù)，之后將前述分區(qū)模型和坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入PQT地球模型算法模塊中，其中N為隨機(jī) 數(shù)的三角形數(shù)目；
b)通過(guò)數(shù)據(jù)輸入接口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，分別將天氣數(shù)據(jù)輸入物理天氣仿真模塊 中，將顯示效果等級(jí)數(shù)據(jù)輸入PQT地球模型算法模塊中，將當(dāng)前定位數(shù)據(jù)輸入WGS動(dòng)態(tài) 定位模塊中，將時(shí)間數(shù)據(jù)輸入動(dòng)態(tài)光照模塊中；
c)物理天氣仿真模塊生成物理天氣仿真數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)光照模塊生成動(dòng)態(tài)光照效果 數(shù)據(jù)，之后物理天氣仿真數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)光照效果數(shù)據(jù)輸入到綜合處理數(shù)據(jù)疊加模塊；
d)WGS動(dòng)態(tài)定位模塊的處理結(jié)果輸出到地景模塊，由地景模塊生成地景貼圖， 并將地景貼圖信息傳送到多層次細(xì)節(jié)模塊中；PQT地球模型算法模塊根據(jù)步驟b)輸入的 顯示效果等級(jí)數(shù)據(jù)，生成對(duì)應(yīng)的由三角形構(gòu)建的地球表面模型，并將該地球表面模型信 息傳送到多層次細(xì)節(jié)模塊中；
e)多層次細(xì)節(jié)模塊根 據(jù)地景貼圖信息和地球表面模型信息生成基本視景圖，并 將其輸入綜合處理數(shù)據(jù)疊加模塊中；f) 綜合處理數(shù)據(jù)疊加模塊在基本視景圖上疊加物理天氣仿真數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)光照效 果數(shù)據(jù)，其處理結(jié)果經(jīng)圖形渲染模塊處理后，最終生成模擬飛行視景圖。本發(fā) 明的通用型模擬飛行引擎，其中所述步驟a)中使用三角形構(gòu)建平行四邊形 地球表面分區(qū)，所有平行四邊形地球表面分區(qū)均以視點(diǎn)為中心，分區(qū)內(nèi)各顯示單元細(xì)節(jié) 等級(jí)與該顯示單元中心點(diǎn)與視點(diǎn)的距離成負(fù)相關(guān)關(guān)系，即顯示單元中心點(diǎn)與視點(diǎn)的距離 越小，細(xì)節(jié)等級(jí)越高。本發(fā)明的通用型模擬飛行引擎，其中所述步驟a)中的定位數(shù)據(jù)來(lái)自于機(jī)載GPS 設(shè)備信號(hào)源。本發(fā)明的通用型模擬飛行引擎，其中所述步驟d)中地景模塊生成地景貼圖的程 序?yàn)椋?br> a)在地景模塊預(yù)置地景干草和灌木、灌木林、針葉林、水、沙石、巖石、高草 灌木叢、半干灌木林等八種地表素材貼圖，并建立八種貼圖與像素點(diǎn)RGB值對(duì)照關(guān)系， 干草和灌木對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#000000，灌木林對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#B22222，針 葉林對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#006400，水對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#0000FF，沙石對(duì)照像素點(diǎn) RGB值為#8B8B00，巖石對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#FF00FF，高草灌木叢對(duì)照像素點(diǎn)RGB 值為#008B45，半干灌木叢對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#7A7A7A ；
b)根據(jù)由WGS動(dòng)態(tài)定位模塊輸入的坐標(biāo)，生成同坐標(biāo)的由像素點(diǎn)構(gòu)成的2D地 景圖片；
c)查找貼圖與像素點(diǎn)RGB值對(duì)照關(guān)系表，確定像素點(diǎn)的RGB值所對(duì)應(yīng)的地表素 材貼圖，并在2D地景圖片相應(yīng)位置使用地表素材貼圖進(jìn)行覆蓋；
d)在上述地景圖片中增加海巖線(xiàn)的陡峭度和海拔數(shù)據(jù)；
e)傳輸?shù)鼐百N圖信息到多層次細(xì)節(jié)模塊中。本發(fā)明的通用型模擬飛行引擎，其中所述N為計(jì)算機(jī)根據(jù)所需描繪的內(nèi)容，隨 機(jī)生成的三角形數(shù)目，其由已開(kāi)放的directX SDK所含的函數(shù)運(yùn)算確定。
本發(fā)明通用型模擬飛行引擎的有益效果
可適應(yīng)任何飛行器的仿真飛行、不存在飛行邊界、能對(duì)多場(chǎng)偶合進(jìn)行仿真。另外由 于動(dòng)態(tài)三角形數(shù)量構(gòu)建的地球模型，可節(jié)省計(jì)算機(jī)資源，也使地平面的渲染更加準(zhǔn)確， 避免了高視點(diǎn)的海平面只是一個(gè)巨大的平面，更加貼近真實(shí)的環(huán)境。采用單元樹(shù)的結(jié)構(gòu) 將地球分區(qū)，可以有效的降低地景系統(tǒng)對(duì)CUP資源的占用。分區(qū)域進(jìn)行讀取和渲染，可 以使我們的機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)和地景文件可以不斷更新，而不給引擎帶來(lái)新的負(fù)擔(dān)。多層次平滑 過(guò)渡式渲染技術(shù)的運(yùn)用更加節(jié)約的計(jì)算機(jī)資源，使畫(huà)面流暢。時(shí)間系統(tǒng)和大氣系統(tǒng)可以 給模擬機(jī)使用創(chuàng)造出不同飛行環(huán)境，以滿(mǎn)足不同的模擬飛行需要。


圖1本發(fā)明的系統(tǒng)體系架構(gòu)示意圖
圖2現(xiàn)有模擬仿真飛行的視景系統(tǒng)與本發(fā)明的飛行邊界對(duì)比示意圖 圖3根據(jù)四種顯示效果等級(jí)用三角形構(gòu)建地球表面分區(qū)模型示意4本發(fā)明的實(shí)施示意圖
圖5 WGS84坐標(biāo)定位系統(tǒng)與算法示意圖
圖6多層次平滑過(guò)度式渲染技術(shù)的判斷方法示意圖
圖7確定像素點(diǎn)的RGB值所對(duì)應(yīng)的地景貼圖示意圖
圖8在2D地景圖片相應(yīng)位置使用地表素材貼圖進(jìn)行覆蓋示意圖
圖9白天和黑夜效果的模擬示意圖
圖10采用LOD算法的視景分層示意圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明詳細(xì)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用原理、作用與功效，參照附圖1 一 9，通過(guò)如下實(shí)施方式 予以說(shuō)明。本發(fā)明的通用型模擬飛行引擎，包含如下步驟
a)采用PQT算法，根據(jù)高、中、低、極低四個(gè)顯示效果等級(jí)，使用數(shù)量分別為 26N、24N、22N和N的三角形構(gòu)建地球表面分區(qū)模型，并對(duì)應(yīng)每個(gè)三角形區(qū)域匹配定位 坐標(biāo)數(shù)據(jù)，之后將前述分區(qū)模型和坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入PQT地球模型算法模塊中，其中N為隨 機(jī)數(shù)的三角形數(shù)目，為計(jì)算機(jī)根據(jù)所需描繪的內(nèi)容，隨機(jī)生成的三角形數(shù)目，其由已開(kāi)放 的directX SDK所含的函數(shù)運(yùn)算確定；
b)通過(guò)數(shù)據(jù)輸入接口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，分別將天氣數(shù)據(jù)輸入物理天氣仿真模塊 中，將顯示效果等級(jí)數(shù)據(jù)輸入PQT地球模型算法模塊中，將當(dāng)前定位數(shù)據(jù)輸入WGS動(dòng)態(tài) 定位模塊中，將時(shí)間數(shù)據(jù)輸入動(dòng)態(tài)光照模塊中；
c)物理天氣仿真模塊生成物理天氣仿真數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)光照模塊生成動(dòng)態(tài)光照效果 數(shù)據(jù)，之后物理天氣仿真數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)光照效果數(shù)據(jù)輸入到綜合處理數(shù)據(jù)疊加模塊；
d)WGS動(dòng)態(tài)定位模塊的處理結(jié)果輸出到地景模塊，由地景模塊生成地景貼圖， 并將地景貼圖信息傳送到多層次細(xì)節(jié)模塊中；PQT地球模型算法模塊根據(jù)步驟b)輸入的 顯示效果等級(jí)數(shù)據(jù)，生成對(duì)應(yīng)的由三角形構(gòu)建的地球表面模型，并將該地球表面模型信 息傳送到多層次細(xì)節(jié)模塊中；
e)多層次細(xì)節(jié)模塊根據(jù)地景貼圖信息和地球表面模型信息生成基本視景圖，并 將其輸入綜合處理數(shù)據(jù)疊加模塊中；
f)綜合處理數(shù)據(jù)疊加模塊在基本視景圖上疊加物理天氣仿真數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)光照效 果數(shù)據(jù)，其處理結(jié)果經(jīng)圖形渲染模塊處理后，最終生成模擬飛行視景圖。使用三角形構(gòu)建平行四邊形地球表面分區(qū)，所有平行四邊形地球表面分區(qū)均以視點(diǎn)為中心，分區(qū)內(nèi)各顯示單元細(xì)節(jié)等級(jí)與該顯示單元中心點(diǎn)與視點(diǎn)的距離成負(fù)相關(guān)關(guān) 系，即顯示單元中心點(diǎn)與視點(diǎn)的距離越小，細(xì)節(jié)等級(jí)越高。定位數(shù)據(jù)來(lái)自于機(jī)載GPS設(shè)備信號(hào)源。
地景模塊生成地景貼圖的程序?yàn)椋?br> a) 在地景模塊預(yù)置地景干草和灌木、灌木林、針葉林、水、沙石、巖石、高草 灌木叢、半干灌木林等八種地表素材貼圖，并建立八種貼圖與像素點(diǎn)RGB值對(duì)照關(guān)系， 干草和灌木對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#000000，灌木林對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#B22222，針 葉林對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#006400，水對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#0000FF，沙石對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#8B8B00，巖石對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#FFOOFF，高草灌木叢對(duì)照像素點(diǎn)RGB 值為#008B45，半干灌木叢對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#7A7A7A ；
b)根據(jù)由WGS動(dòng)態(tài)定位模塊輸入的坐標(biāo)，生成同坐標(biāo)的由像素點(diǎn)構(gòu)成的2D地 景圖片；
c)查找貼圖與像素點(diǎn)RGB值對(duì)照關(guān)系表，確定像素點(diǎn)的RGB值所對(duì)應(yīng)的地表素 材貼圖，并在2D地景圖片相應(yīng)位置使用地表素材貼圖進(jìn)行覆蓋；
d)在上述地景圖片中增加海巖線(xiàn)的陡峭度和海拔數(shù)據(jù)；
e)傳輸?shù)鼐百N圖信息到多層次細(xì)節(jié)模塊中。
以下對(duì)本發(fā)明的作進(jìn)一步的說(shuō)明與闡述。通用型模擬飛行引擎，即VRX，在駕駛艙外的可視環(huán)境用投影儀顯示器等成 像，配合硬件的操作和觸感，給模擬機(jī)使用者創(chuàng)造出真實(shí)的駕駛感受。VRX中建立了不同精細(xì)度的地球模型，渲染時(shí)分區(qū)域動(dòng)態(tài)選擇不同精細(xì)程度的 模型來(lái)構(gòu)建地球。該球形采用PQT算法，參考附圖3，根據(jù)不同的配置和效果等級(jí)使用 不同數(shù)量的三角形構(gòu)建的地球。配置指的是計(jì)算機(jī)的硬件性能，效果等級(jí)是我們?cè)O(shè)定的 VRX預(yù)期顯示效果(如高、中、低、極低)，它需要計(jì)算機(jī)配置來(lái)提供硬件支持。不 同的效果等級(jí)又需要不同的三角形數(shù)量來(lái)構(gòu)建地球。在飛行時(shí)，VRX會(huì)根據(jù)飛行器坐標(biāo) 的移動(dòng)不斷的渲染新的區(qū)域，同時(shí)放棄渲染已經(jīng)遠(yuǎn)離的區(qū)域。參見(jiàn)附圖6，在地景渲染時(shí) 使用了多層次平滑過(guò)渡式渲染技術(shù)，根據(jù)視點(diǎn)距離來(lái)確定渲染細(xì)節(jié)層次。有效的保證了 利用有限計(jì)算機(jī)資源對(duì)全球機(jī)場(chǎng)和全球性飛行進(jìn)行高品質(zhì)模擬。其算法參見(jiàn)如下期刊論文
《一種基于不完全四叉樹(shù)的LOD生成算法》芮小平中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào)2005 10 (9) 《虛擬地形場(chǎng)景繪制中的實(shí)時(shí)LOD算法》楊崇源張繼賢林宗堅(jiān)測(cè)繪學(xué)報(bào)2001 30
(2)
《基于四叉樹(shù)的LOD地形簡(jiǎn)化研究》張玲玲，成遣，史云飛遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào) 2004 23 (6)
顯示效果等級(jí)與構(gòu)建地球的三角形數(shù)量關(guān)系如下表；
權(quán)利要求
1.通用型模擬飛行引擎，其特征在于包含如下步驟a)采用PQT算法，根據(jù)高、中、低、極低四個(gè)顯示效果等級(jí)，使用數(shù)量分別為 2%、24N、22N和N的三角形構(gòu)建地球表面分區(qū)模型，并對(duì)應(yīng)每個(gè)三角形區(qū)域匹配定位坐 標(biāo)數(shù)據(jù)，之后將前述分區(qū)模型和坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入PQT地球模型算法模塊中，其中N為隨機(jī) 數(shù)的三角形數(shù)目；b)通過(guò)數(shù)據(jù)輸入接口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，分別將天氣數(shù)據(jù)輸入物理天氣仿真模塊中，將 顯示效果等級(jí)數(shù)據(jù)輸入PQT地球模型算法模塊中，將當(dāng)前定位數(shù)據(jù)輸入WGS動(dòng)態(tài)定位模 塊中，將時(shí)間數(shù)據(jù)輸入動(dòng)態(tài)光照模塊中；c)物理天氣仿真模塊生成物理天氣仿真數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)光照模塊生成動(dòng)態(tài)光照效果數(shù) 據(jù)，之后物理天氣仿真數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)光照效果數(shù)據(jù)輸入到綜合處理數(shù)據(jù)疊加模塊；d)WGS動(dòng)態(tài)定位模塊的處理結(jié)果輸出到地景模塊，由地景模塊生成地景貼圖，并將 地景貼圖信息傳送到多層次細(xì)節(jié)模塊中；PQT地球模型算法模塊根據(jù)步驟b)輸入的顯示 效果等級(jí)數(shù)據(jù)，生成對(duì)應(yīng)的由三角形構(gòu)建的地球表面模型，并將該地球表面模型信息傳 送到多層次細(xì)節(jié)模塊中；e)多層次細(xì)節(jié)模塊根據(jù)地景貼圖信息和地球表面模型信息生成基本視景圖，并將其 輸入綜合處理數(shù)據(jù)疊加模塊中；f)綜合處理數(shù)據(jù)疊加模塊在基本視景圖上疊加物理天氣仿真數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)光照效果數(shù) 據(jù)，其處理結(jié)果經(jīng)圖形渲染模塊處理后，最終生成模擬飛行視景圖。
2.如權(quán)利要求1所述的通用型模擬飛行引擎，其特征在于所述步驟a)中使用三角 形構(gòu)建平行四邊形地球表面分區(qū)，所有平行四邊形地球表面分區(qū)均以視點(diǎn)為中心，分區(qū) 內(nèi)各顯示單元細(xì)節(jié)等級(jí)與該顯示單元中心點(diǎn)與視點(diǎn)的距離成負(fù)相關(guān)關(guān)系，即顯示單元中 心點(diǎn)與視點(diǎn)的距離越小，細(xì)節(jié)等級(jí)越高。
3.如權(quán)利要求1所述的通用型模擬飛行引擎，其特征在于所述步驟a)中的定位數(shù) 據(jù)來(lái)自于機(jī)載GPS設(shè)備信號(hào)源。
4.如權(quán)利要求1所述的通用型模擬飛行引擎，其特征在于所述步驟d)中地景模塊 生成地景貼圖的程序?yàn)?，a)在地景模塊預(yù)置地景干草和灌木、灌木林、針葉林、水、沙石、巖石、高草灌木 叢、半干灌木林等八種地表素材貼圖，并建立八種貼圖與像素點(diǎn)RGB值對(duì)照關(guān)系，干草 和灌木對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#000000，灌木林對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#B22222，針葉林對(duì) 照像素點(diǎn)RGB值為#006400，水對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#0000FF，沙石對(duì)照像素點(diǎn)RGB 值為#8B8B00，巖石對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#FF00FF，高草灌木叢對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為 #008B45，半干灌木叢對(duì)照像素點(diǎn)RGB值為#7A7A7A ；b)根據(jù)由WGS動(dòng)態(tài)定位模塊輸入的坐標(biāo)，生成同坐標(biāo)的由像素點(diǎn)構(gòu)成的2D地景圖片；c)查找貼圖與像素點(diǎn)RGB值對(duì)照關(guān)系表，確定像素點(diǎn)的RGB值所對(duì)應(yīng)的地表素材 貼圖，并在2D地景圖片相應(yīng)位置使用地表素材貼圖進(jìn)行覆蓋；d)在上述地景圖片中增加海巖線(xiàn)的陡峭度和海拔數(shù)據(jù)；e)傳輸?shù)鼐百N圖信息到多層次細(xì)節(jié)模塊中。
5.如權(quán)利要求1所述的通用型模擬飛行引擎，其特征在于所述N為計(jì)算機(jī)根據(jù)所需描繪的內(nèi)容，隨機(jī)生成的三角形數(shù)目，其由已開(kāi)放的directXSDK所含的函數(shù)運(yùn)算確定。
全文摘要
本發(fā)明的通用型模擬飛行引擎，涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，旨在解決現(xiàn)有模擬飛行引擎不具有通用性、難以滿(mǎn)足全球性的模擬飛行的需要、只能對(duì)單場(chǎng)或單一學(xué)科進(jìn)行仿真等技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的通用型模擬飛行引擎，由PQT地球模型算法模塊、物理天氣仿真模塊中、WGS動(dòng)態(tài)定位模塊、動(dòng)態(tài)光照模塊、綜合處理數(shù)據(jù)疊加模塊、地景模塊、多層次細(xì)節(jié)模塊和圖形渲染模塊構(gòu)成。
文檔編號(hào)G09B9/08GK102013189SQ20101059182
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
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