無人機三維航跡監視軟件設計

張明

摘要

利用OSG與地理信息技術，開展無人機飛行航跡的三維顯示所涉及的地形仿真、三維模型加載與驅動、航跡繪制與顯示技術的研究，構架軟件的運行框架。借助VS2010開發平臺完成三維航跡監視軟件相關功能的開發，通過相關實際飛行數據的實時測試，對軟件的三維航跡監視功能進行驗證。

【關鍵詞】OSGEarth 三維航跡 無人機

隨著計算機技術、虛擬顯示技術與地理信息技術的廣泛發展，二維空間的平面顯示已遠遠不能滿足人們的顯示需求，而以三維仿真地形、三維模型相結合的虛擬現實技術與仿真越來越受到人們的重視。三維虛擬顯示能夠形象反映仿真對象實時的空間態勢信息，通過仿真地形與三維模型的相對運動，觀察對象的時間域仿真得以更充分地表達。

在無人機執行飛行任務過程中，三維航跡的顯示顯著提升操作人員對無人機當前的飛行姿態、飛行位置、飛行路徑的感觀認識，有效輔助操作人員進行后續飛行姿態、位置與路徑的動態調整，促使無人機以更安全的姿態、合適的路徑完成飛行任務。本文通過開源程序OSGEarth來實現無人機飛行航跡的三維顯示。

1 三維場景構建

利用OSG/OSGEarth的程序接口或工具，可完成三維地形的仿真生成、數據加載、模型控制顯示，進而具備基于VS2010開發平臺的無人機三維航跡監視軟件設計的基礎。

1.1 仿真地形生成

osgdem是一個地形快速生成工具，用于讀取地理空間圖像和高程圖，生成大規模的3D地形數據庫。通過集成osgdem工具的vpm，可實現高程數據與紋理地圖相匹配的仿真地形的快速生成，生成命令如下：

osgdem--xx 15--yy 15-t laypicture.tif--xx15--yy 15-d dem.tif-16-v 0.2-o 3Doutput.ive

創建的仿真地形如圖1所示

1.2 場景數二握加載

OSGEarth加載earth文件，通過解讀文件中定義數據格式，完成地圖場景的數據加載及顯示。數據加載流程如下：

（1）讀取earth文件，剖析得到數據屬性，渲染屬性的Conf信息;

（2）分解Colif屬性，構建場景地圖map對象，得到map對象及叩tions對象;

（3）根據map對象及options對象，創建地圖節點mapNode，得到地圖操作節點;

（4）將mapNode節點加入場景視圖中，通過分頁LOD動態調度進行組織渲染，從而擁有地形的三維場景。

2.3 模型回調控制

在無人機飛行過程中，其空間位置與姿態實時發生變化，為實現三維模型的位置與姿態更新，需通過OSG的模型回調機制，完成模型在仿真場景中位置與姿態渲染。回調機制如下：

（1）場景中加載無人機的三維模型，設置初始位置及姿態信息;

（2）接收外部數據，獲取無人機實時的位置及姿態信息，將信息傳遞給回調函數中變化參數;

（3）通過osg：：NodeCallback回調派生類在場景渲染時，依據實時位置與姿態信息更新模型的相關信息。2軟件設計

無人機三維航跡監視軟件包含地圖初始化、數據接收、模型控制、三維航線顯示、視角切換等功能，各模塊間協調配合完成無人機三維航線的繪制與監視功能。

2.1 軟件架構層次

軟件以vs2010為開發平臺，利用OSG/OSGEarth開源程序，開發基于MFC框架的無人機三維航跡監視軟件，構建場景地圖層、數據通信層、模型顯示層及軟件控制層來實現主要功能。場景地圖層通過OSGEarth完成各種地圖數據的快速生成與疊加，是軟件監視無人機狀態的前提;數據通信層完成外部數據的接收與解析，獲取場景中無人機實時位置與姿態信息;模型顯示層完成場景中三維模型及航跡的動態更新，仿真實際飛行效果;軟件控制層用于對場景中圖元進行狀態及屬性的變更，觀察視角的切換等。

2.2 軟件運行

在外部無人機仿真數據的驅動下，軟件運行效果如圖2所示。監視畫面流暢穩定，仿真效果逼真。

3 功能驗證

通過系統地軟件測試，表明無人機三維航跡監視軟件功能正常，界面操作流暢，性能良好。在無人機實時飛行過程中，無人機實時位置與姿態信息通過三維模型的即時響應，生動地向用戶展示超視距狀態下無人機的飛行狀態，滿足軟件開發時既定的應用場景與用戶需求。

4 結論

三維航跡監視軟件實現己應用于相關項目中，對用戶監控無人機實時狀態有極大的視覺效果提升，極大地提高軟件控制的集成度，配置文件的接口設計有效解決用戶需求動態變更而帶來軟件變更的問題。軟件界面的操作方式、頁面調度及動態配置的方法，也為后續其他型號相關軟件的研發提供可靠的借鑒。

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