飛機模擬駕駛仿真系統的研究

張琪

摘要：視景仿真技術主要指的是依照圖像模擬技術，主要是計算機圖形學和數值仿真技術相結合形成的產物，在進行數值仿真的條件下，主要通過動畫以及圖形的轉變來對數值仿真的結果進行模擬。視景仿真技術在實際應用的過程中具有很強的真實感和實時性，虛擬現實影像仿真技術能夠讓飛行員獲得寬度、高度、深度上的三維空間信息，在飛機模擬駕駛仿真技術當中，虛擬現實技術具有劃時代的意義，本文重點對飛機模擬駕駛仿真系統進行分析和研究，以供參考。

關鍵詞：飛機;模擬駕駛;仿真系統;研究

1 飛機模擬駕駛仿真系統研究要點

1.1 信號采集及處理子系統

信號采集和處理子系統主要是對飛行員的駕駛信號進行采集，并且處理相關的信號，飛行員操作過程中的主要部件有油門、駕駛桿、發動機、點火系統等，在駕駛艙內部傳感器和各操作部件進行連接。

1.2 飛機動力學模型子系統

駕駛模擬器飛行動力學模型是否能夠達到應有的效果，與模擬過程是否接近真實息息相關。通過軟件學當中，面向對象的編程技術從飛機的真實組成結構當中，將飛機動力學模型對象的關系抽取出來，在對象之間主要是通過力和扭矩之間進行關系的傳遞，各個模塊在操作的過程中相互獨立，只要保證自己的接口符合要求即可以進行升級和換代，也就是保持力和扭矩的傳遞不變。

1.3 圖形子系統

在模擬器當中，圖形系統是非常重要的一個組成部分，飛行員主要通過眼睛獲取主要信息，而虛擬現實的真實情況對飛行員是否能夠更好的沉浸其中具有非常重要的影響，為了保證訓練的效果，系統需要盡量減少資源對，虛擬場景進行逼真的還原，選取更為重要的景物，比如說機場兩旁的基礎設施、機場跑道以及機場的其他景物、其他正在起降的飛機等相關信息。

1.4 網絡控制子系統

在模擬系統進行網絡互連訓練的過程中，需要合理利用網絡來進一步控制子系統，實現對整個系統進行控制的目的，另外網絡控制子系統具有很強的通訊功能，可以讓單機駕駛艙之間進行互聯，這樣就可以讓多臺駕駛艙在同一場景當中進行訓練，飛行員在接受訓練的過程中可以在自己的視野中看見其他飛機，也就是網絡控制子系統需要對各個模擬器試驗的信息進行實時交互，與此同時，系統還具有很強的數據處理能力，可以對某一臺模擬器進行單獨監視，對模擬器當中的駕駛和操作情況進行查看，教練可以在主控計算機當中對學員駕駛的情況進行自由監視，而不為對學員的訓練情況產生干擾，完成訓練之后，教練還可以提出相應的指導意見，與此同時，網絡控制子系統還可以對各學院的詳細駕駛情況進行打印，比如說訓練的時間、成績以及訓練的過程中出現的錯誤等。

1.5 聲音模擬子系統

在操作的時候，周圍的聲音也是非常關鍵的因素，在實際飛行的過程中，發動機的聲音和風聲都會讓駕駛員感到疲勞，而報警聲可能會讓駕駛員的注意力分散，對飛行員的判斷和狀況產生影響，因此模擬器需要對駕駛時出現的各種聲音進行真實的模擬讓駕駛模擬訓練更逼真，在聲音模擬子系統當中，主要是對飛行過程中出現的噪音及發動機的聲音進行模擬，在起降的過程中，還需要對機場環境的聲音進行模擬。

1.6 駕駛評價子系統

駕駛培訓的目的主要在于讓學員更好的對駕駛技術進行掌握，了解正確的操作方法，并且符合駕駛飛行的具體需要，學員在飛行操作的過程中，往往會出現兩個錯誤，在操作的過程中出現錯誤以及違反相關的飛行規則，在本系統當中主要包含了兩個知識庫，操作規則知識庫以及飛行規則知識庫系統當中會對學員的操作情況進行繪制，了解當時的空域狀況以及飛機的狀態，對知識庫當中的規則進行匹配，如果成功匹配，則將相應的錯誤處理模塊調用出來，包括申語音提示扣分等。

2 仿真系統的整體設計

系統在工作的過程中，首先需要初始化實景仿真系統，視景仿真系統和視景仿真模塊可以從三維地形數據庫和模型當中加載出相應的三維圖形數據，接著利用模擬器進行仿真師及仿真管理系統，可以從動力學模型當中對飛機當前的運行狀況進行了解，比如說歐拉角、坐標位置等，對飛機的運行狀況進行實時控制，動力學模型對飛機的運動狀態進行實時計算，對圖形進行刷新完成相關的立體動畫，在三維立體顯示的條件下，將真實的三維立體計算機圖形顯示出來。

為了對實時傳遞系統進行開發，通過專業的高層虛擬現實視景仿真管理軟件Vega，通過lynx對各場景通道碰撞檢測物體等進行定義，并且完成初始化，在實時仿真的過程中需要模擬出更為逼真的環境，接著通過為Vega的相關接口與視景仿真系統進行交互，將仿真對象和環境改變，進一步更新系統的狀態，為了讓實景仿真效果更好，可以對真實的對象和場景進行仿真，讓實景仿真環境更為逼真，讓飛行員獲得一個真實的虛擬駕駛環境，虛擬駕駛環境主要是通過視景仿真系統當中的ADF文件來完成圖形用戶界面，開發環境也主要是adf文件編輯器，adf文件主要包含了視景仿真系統初始化過程中所需要的相關數據，以及視景仿真程序運行過程中的一些相關數據，如果需要將事件發生的初始設置和內容改變，只要對adf文件進行重新編譯就可以了，不需要對時進仿真系統進行改變。

實時場景主要有以下特點，首先可以生成質量較高的圖形畫面，并且對一些特殊的圖形效果進行仿真，比如說太陽光、天空、霧等，讓運動圖像的真實的進一步增加，其次，圖形生成的更為穩定迅速，一般的圖形加速硬件就可以完成相關的操作，第三，在虛擬現實硬件的支持下，可以將立體圖形生成，讓虛擬飛行場景更具有立體感，讓飛行員更好的了解到景物的深度、遠近，并且獲得相應的3D駕駛感受。

3 虛擬場景建模

3.1 建模

建模主要是將虛擬現實當中的地物三維圖形模型建立起來，通過creator地形工具可以對一些初始數據進行導入，比如說三維地形模型等，原始數據當中也會包含一定的特征數據，這些特征數據就是橋梁、護坡、建筑物等數據，也可以將相關的數據項通過creator數據格式向數據庫當中導入，對地形的特征進行強化，通過creator建模軟件可以將虛擬場景當中的三維圖形模型建立起來，并且，合理的運用相關的屬性，增加模型的真實感，通過open gl的相關軟件編程系統來完成各模塊屬性的渲染。

3.2 用Lynx建立應用程序定義文件

將場景和地形建立起來之后通過，lynx程序將應用程序定義文件adf建立起來，adf文件主要對虛擬現實當中的各模型情況、特殊效果以及一些功能進行演示，通過lynx程序，可以讓編程人員的工作量大幅度降低。

3.3 編程

通過相關的編程語言平臺利用API和軟件庫將adf文件調入，并且初始化相關的三維模型，在編制的過程中動態的對程序的運行情況進行控制，將虛擬現實應用程序的編程工作完成。

結束語

在飛機駕駛模擬器當中，飛機駕駛模擬器實時查詢系統是非常重要的一個組成部分，可以實時的對場景進行仿真，并且加強場景的管理，通過先進的三維實體建模技術可以讓仿真的效果大幅度提高。

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