淺談武警直升機飛行模擬器視景模擬系統

摘 要：視景模擬系統是武警直升機飛行模擬器中的重要組成部分。所謂“視景”是指處于直升機中的飛行人員所看到的座艙外部的景象。直升機飛行模擬器中的視景模擬系統就是用來產生座艙外部景象的模擬系統。

關鍵詞：直升機；模擬器；視景系統

一、視景模擬系統的基本類型

武警直升機飛行模擬器的視景系統，大致可分為點光源、閉路電視、計算機成像三種類型。

（一）點光源投影視景系統

點光源投影視景系統是發展最早，最為簡單，也是最經濟的視景模擬方法。它是利用點光源投影成像的原理，再現艙外景象。在這種方法中，主要有一個地景燈、一個畫有地面景象的地景盤和一塊銀幕。假定地景燈的燈絲是一個理想的光點（即其體積為零，而亮度又適中），地景盤的玻璃又非常薄而平，當地景燈照射到地景盤上時，就會將盤上所畫的景象透射到銀幕上。但由于還要模擬天地線和空中的云彩等景象，所以實際使用的銀幕都是垂直地面的，且一般為環形。

這種方法假設觀察者的眼睛與地景燈處于同一位置，但實際上這是不可能的，因此飛行員看到的銀幕影像必定與從地景燈處所看到的影像不同，這就產生了一些誤差。又因為這種方法所占的地面面積較大，而且還要配有復雜的運動控制機構，因此它逐漸被其他視景模擬系統所取代。

（二）閉路電視視景系統

閉路電視視景系統主要由地景盤、光學探頭、攝像機、投影器、屏幕等組成。典型的地景盤是采用一塊10多米長，4米多高，按1：2000的比例制作的沙盤。攝像的光學探頭受隨動系統控制，沿地景模型按操作軌跡做上下、左右、前后的移動。通過光學系統把獲取的圖像投影到飛行員的前方。

這種系統盛行于20世紀六、七十年代，由于它需要很大的建筑場地來放置地景模型，并要配備復雜的機電隨動裝置，同時不能更改地景中顯示的目標，因此隨著計算機技術的發展，這種方式的視景模擬系統也逐漸被淘汰。

（三）計算機成像視景模擬系統

計算機成像視景模擬系統，就是利用計算機成像技術，實時生成艙外景象的數字信號，然后通過投影器顯示出來的一種視景模擬系統。

計算機成像技術，有時也可以稱為計算機生成圖像技術，1962年，美國麻省理工學院林肯實驗室的Evens&Sutherland發表的一篇博士論文中首次使用了“Computer Graphics（計算機圖形）”這個術語，并證明了交互式計算機圖形學的一個可行的、有用的研究領域，從而確立了計算機圖形學作為一嶄新的獨立的科學分支。

隨著計算機科學的迅猛發展，目前計算機成像技術在國防、教育、娛樂等各個領域都得到廣泛的應用，很好地滿足了人們的各種需求。

二、武警直升機模擬器視景系統的基本組成

視景模擬系統包括成像和顯示兩大部分，分為三個單元。

（1）存儲單元，即數據庫，用于存儲被模擬的地形和目標數據；

（2）成像計算機，用于處理數據以取得正確的透視視景并能實時更新；

（3）顯示部分，用于顯示模擬的視景。

三、武警直升機模擬器視景系統的基本原理

視景模擬系統的基本原理，就是當模擬器實時運行時，成像計算機接受主計算機傳送過來的視點位置和姿態，利用給定的條件和模型，對圖像數據進行計算后生成實時圖像信號，最后送顯示系統顯示出來。

為了逼真地模擬地景，首先要根據系統要求確定場景的范圍，取得這一場景范圍的地形數據或地形圖，以及相應的衛星照片、航拍照片等紋理內容，來生成所需要的地形場景；還要針對訓練科目的要求進行三維物體、活動目標、特殊效果的建模工作，并將采集到的真實紋理照片通過掃描或攝像方式輸入到計算機中進行紋理處理和紋理應用，形成具有真實紋理的全三維模型；其次是在成像計算機上用圖像開發系統軟件進行場景組織，軟件編程鏈接，進行實時圖像生成，提供系統所需要的視景圖像信號。這樣，當成像計算機系統實時運行時，通過以太網絡接受模擬器主控計算機送來的直升機在空中的位置、姿態數據，就可生成相應的圖像信號，送給投影顯示系統，使得飛行員看到逼真的窗外景象。

四、投影器

投影器的種類很多，這里簡單介紹一下常用的液晶處理器和數字光處理器式投影器。

（一）液晶投影器

液晶投影器采用液晶顯示技術，簡稱為LCD投影器，由電子系統和光學系統兩大部分組成。電子系統由電源電路、微計算機控制電路、視頻信號處理電路、液晶面板驅動電路 等組成，光學系統主要由光源、照明光學裝置、液晶板以及投影光學系統等組成。

（二）數字光處理式投影器

數字光處理器式投影器，采用光處理技術，它以數字微反射器作為成像器件，簡稱為DLP投影器。數字光處理器式投影器是由光源、光學系統、1～3個DMD數字處理芯片和電子系統等組成。

參考文獻

[1] 趙永強. 直升機飛行模擬器視景仿真系統的設計與實現[D].北京郵電大學，2010.

[2] 詹漫漫，嚴軍輝，盧京潮，陳偉.直升機仿真模擬訓練集成系統實現[J].計算機測量與控制，2012，20（04）：1079-1081.

[3] 直升機全動飛行模擬機[J].航空維修與工程，2018（01）：15.

作者簡介：徐寶峰（1987.03—），男，吉林省大安市人，現就讀于空軍航空大學攻讀碩士研究生。