模擬飛行視景系統發展現狀和趨勢

朱紅

1視景系統的發展過程

視景系統的發展歷史幾乎與模擬器的歷史一樣長。在最早的飛行模擬器林克機誕生后不久，視景系統也就出現了。

最早的視景系統是點光源投影系統。這種系統主要有一個體積很小、亮度很高且可以活動的小燈泡(稱為點光源)，一個按一定比例畫有地面景象的大直徑玻璃盤(稱為地景盤)，還有一塊屏幕。當模擬飛行時，點光源模擬飛機的運動，光線透過地景盤照射到屏幕上，形成連續運動的景象。這利，系統的主要優點是視野廣闊，結構簡單。而由于其模擬誤差較大，地景范圍小，從而限制了視景系統的發展，后來出現了電影膠片投影系統。

電影膠片投影系統又被稱為畸變電影。它是把被模擬對象的運動路線及其兩邊的景色拍攝成電影膠卷，然后按要求播放(可對播放速度進行調節)拍攝的膠卷，當飛行員操縱模擬器時，若航跡沒有偏差，放映出來的圖像就是拍攝的標準圖像，若航跡有偏差，則通過畸變鏡頭映出的畫面發生畸變。這種系統的優點是逼真度高、經濟性好，容易實現。但最大的缺點是除不能更改之外，當摸擬的運動路線偏離拍攝的路線時將產生偏差，偏離越遠，偏差越大，因而沒有得到廣泛的應用。

使用比較廣泛的視景系統是隨后出現的沙盤——閉路電視系統。這種系統主要由一個很大的按一定比例制作的沙盤、可受飛行員操縱的光學探頭和攝像機、投影器及顯示屏幕等組成。光學探頭的位置就相當于飛機的位置，它所看到的景象就是飛行員看到的景象。當模擬飛行時，攝像機通過光學探頭對地景模型進行攝影，攝像機將光信號變成電信號，再由投影器將電信號變成光信號投影到座艙前的屏幕上，從而使飛行員看到外部的景象。這種視景系統，最大的優點是模擬的景象十分逼真，這種系統最大缺點體積異常龐大，運行費用昂貴，維修困難，一旦制成，很難更改，目前也基本不再使用。

2視景系統的發展現狀

隨著計算機技術的發展，出現了計算機成像視景系統。這種系統還有體積小，耗電少，便于維護等優點。因此計算機成像視景系統發展十分迅速，至70年代末，已經有300多套計算機成像視景系統用于民航部門。現代的模擬飛行，幾乎全部都是使用計算機成像視景系統了。

計算機成像系統主要由地景數據庫、圖像生成計算機、投影器及投影屏幕等組成。地景數據庫中存儲有大量的有關地區地面及空中的圖像信息。當飛行員在模擬座艙內進行操縱時，其操縱信號經過主計算機的計算，向圖像生成計算機輸送有關運動裝備的位置、姿態等信息，圖像生計算機則將這些信息進行處理，實時生成圖像，并將其傳輸到投影器，使飛行員從屏幕上觀察到運動中的景象。由于圖像是由計算機產生的，所以有很大的靈活性，有十分廣泛的模擬能辦。使用者還可以根據自己的需要增加或修改地景數據庫中的內容。這種系統還有一個突出的優點，就是可用多個顯示器來顯示景象，從而大大地擴展了視野，如水平視場角可達200。以上，使駕駛員有全景空間的感覺。

典型的的計算機虛像視景系統的主要技術指標如下。

(1)圖像分辨率：≥1280×1 024(點像素)／通道。

(2)幀率：／>60幀／秒。

(3)地景數據庫：全三維真實地形場景，三維物體模型。

(4)紋理：衛星照片，航拍照片及真實照片紋理。

(5)大氣效果：能見度變化，云、霧、雨、雪狀態。

(6)日夜模式：黎明／白天／黃昏／黑夜。

(7)系統延遲：≤80ms。

3視景系統的發展趨勢

近年來虛擬現實技術異軍突起，它是一種以計算機技術為核心的現代高科技生成逼真的視、聽，觸覺一體化的特定范圍的虛擬環境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產生親臨等同真實環境的感受和體驗。具有實時高性能的圖像處理能力的圖像發生器成為虛擬環境產生的關鍵技術，而圖像顯示設備是用于產生立體視覺效果的關鍵外設，目前常見的產品包括光閥眼鏡、三維投影儀和頭盔顯示器等。其中常見的頭盔顯示器根據左右眼的視差，分別按左右眼的視點生成兩幅不同的圖像，送至頭盔顯示器形成立體圖像，在屏蔽現實世界的同時，提供高分辨率、大視場角的虛擬場景，可以使人產生強烈的浸沒感，而在系統延遲和視點匹配方面一直是的頭盔顯示器所要面臨和解決的難題。

4結語

視景仿真技術是計算機技術、圖形生成與處理技術、圖像顯示技術等諸多高新技術的綜合運用。它為模擬飛行提供了非常有效的手段和途徑，具有十分明顯的經濟效益并成為模擬飛行領域里重要的高科技手段。