通用型模拟飞行引擎的制作方法

文档序号:2649494阅读:399来源:国知局
专利名称:通用型模拟飞行引擎的制作方法
技术领域
本发明涉及航空电子技术领域,特别是一种模拟仿真飞行的视景系统。
背景技术
现有的模拟飞行引擎都针对单一机型进行视景模拟,不具有通用性。参见附图2所示,现有仿真飞行视景系统使用的是区域性仿真即对只对特定区 域进行建模,因而存在飞行边界,不能进行大范围的模拟飞行,也不能选择设定区域外 的机场起降。现有仿真系统未加入LOD算法,无法实现大范围高精度的地景载入。现有国内仿真飞行视景中多采用BJ54和西安80坐标系,在地形数据上与国际主 流的WGS84坐标系不能吻合,通常需要对各种地理信息进行坐标系转换。现有视景系统中通常仅可进行单一的大气数学模型建模,只能对单场或单一学 科进行仿真,但是我们遇到的物理问题都是多场偶合的,因此以为的视景系统仿真程度 仍不够高。

发明内容
本发明旨在解决现有模拟飞行引擎不具有通用性、难以满足全球性的模拟飞行 的需要、只能对单场或单一学科进行仿真等技术问题,以提供具有可适应任何飞行器的 仿真飞行、不存在飞行边界、能对多场偶合进行仿真等优点的通用型模拟飞行引擎。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明的通用型模拟飞行引擎,包含如下步骤
a)采用PQT算法,根据高、中、低、极低四个显示效果等级,使用数量分别为 2%、24N、22N和N的三角形构建地球表面分区模型,并对应每个三角形区域匹配定位坐 标数据,之后将前述分区模型和坐标数据输入PQT地球模型算法模块中,其中N为随机 数的三角形数目;
b)通过数据输入接口进行数据输入,分别将天气数据输入物理天气仿真模块 中,将显示效果等级数据输入PQT地球模型算法模块中,将当前定位数据输入WGS动态 定位模块中,将时间数据输入动态光照模块中;
c)物理天气仿真模块生成物理天气仿真数据,动态光照模块生成动态光照效果 数据,之后物理天气仿真数据和动态光照效果数据输入到综合处理数据叠加模块;
d)WGS动态定位模块的处理结果输出到地景模块,由地景模块生成地景贴图, 并将地景贴图信息传送到多层次细节模块中;PQT地球模型算法模块根据步骤b)输入的 显示效果等级数据,生成对应的由三角形构建的地球表面模型,并将该地球表面模型信 息传送到多层次细节模块中;
e)多层次细节模块根 据地景贴图信息和地球表面模型信息生成基本视景图,并 将其输入综合处理数据叠加模块中;f) 综合处理数据叠加模块在基本视景图上叠加物理天气仿真数据和动态光照效 果数据,其处理结果经图形渲染模块处理后,最终生成模拟飞行视景图。本发 明的通用型模拟飞行引擎,其中所述步骤a)中使用三角形构建平行四边形 地球表面分区,所有平行四边形地球表面分区均以视点为中心,分区内各显示单元细节 等级与该显示单元中心点与视点的距离成负相关关系,即显示单元中心点与视点的距离 越小,细节等级越高。本发明的通用型模拟飞行引擎,其中所述步骤a)中的定位数据来自于机载GPS 设备信号源。本发明的通用型模拟飞行引擎,其中所述步骤d)中地景模块生成地景贴图的程 序为,
a)在地景模块预置地景干草和灌木、灌木林、针叶林、水、沙石、岩石、高草 灌木丛、半干灌木林等八种地表素材贴图,并建立八种贴图与像素点RGB值对照关系, 干草和灌木对照像素点RGB值为#000000,灌木林对照像素点RGB值为#B22222,针 叶林对照像素点RGB值为#006400,水对照像素点RGB值为#0000FF,沙石对照像素点 RGB值为#8B8B00,岩石对照像素点RGB值为#FF00FF,高草灌木丛对照像素点RGB 值为#008B45,半干灌木丛对照像素点RGB值为#7A7A7A ;
b)根据由WGS动态定位模块输入的坐标,生成同坐标的由像素点构成的2D地 景图片;
c)查找贴图与像素点RGB值对照关系表,确定像素点的RGB值所对应的地表素 材贴图,并在2D地景图片相应位置使用地表素材贴图进行覆盖;
d)在上述地景图片中增加海岩线的陡峭度和海拔数据;
e)传输地景贴图信息到多层次细节模块中。本发明的通用型模拟飞行引擎,其中所述N为计算机根据所需描绘的内容,随 机生成的三角形数目,其由已开放的directX SDK所含的函数运算确定。
本发明通用型模拟飞行引擎的有益效果
可适应任何飞行器的仿真飞行、不存在飞行边界、能对多场偶合进行仿真。另外由 于动态三角形数量构建的地球模型,可节省计算机资源,也使地平面的渲染更加准确, 避免了高视点的海平面只是一个巨大的平面,更加贴近真实的环境。采用单元树的结构 将地球分区,可以有效的降低地景系统对CUP资源的占用。分区域进行读取和渲染,可 以使我们的机场数据和地景文件可以不断更新,而不给引擎带来新的负担。多层次平滑 过渡式渲染技术的运用更加节约的计算机资源,使画面流畅。时间系统和大气系统可以 给模拟机使用创造出不同飞行环境,以满足不同的模拟飞行需要。


图1本发明的系统体系架构示意图
图2现有模拟仿真飞行的视景系统与本发明的飞行边界对比示意图 图3根据四种显示效果等级用三角形构建地球表面分区模型示意4本发明的实施示意图
图5 WGS84坐标定位系统与算法示意图
图6多层次平滑过度式渲染技术的判断方法示意图
图7确定像素点的RGB值所对应的地景贴图示意图
图8在2D地景图片相应位置使用地表素材贴图进行覆盖示意图
图9白天和黑夜效果的模拟示意图
图10采用LOD算法的视景分层示意图
具体实施例方式本发明详细结构、应用原理、作用与功效,参照附图1 一 9,通过如下实施方式 予以说明。本发明的通用型模拟飞行引擎,包含如下步骤
a)采用PQT算法,根据高、中、低、极低四个显示效果等级,使用数量分别为 26N、24N、22N和N的三角形构建地球表面分区模型,并对应每个三角形区域匹配定位 坐标数据,之后将前述分区模型和坐标数据输入PQT地球模型算法模块中,其中N为随 机数的三角形数目,为计算机根据所需描绘的内容,随机生成的三角形数目,其由已开放 的directX SDK所含的函数运算确定;
b)通过数据输入接口进行数据输入,分别将天气数据输入物理天气仿真模块 中,将显示效果等级数据输入PQT地球模型算法模块中,将当前定位数据输入WGS动态 定位模块中,将时间数据输入动态光照模块中;
c)物理天气仿真模块生成物理天气仿真数据,动态光照模块生成动态光照效果 数据,之后物理天气仿真数据和动态光照效果数据输入到综合处理数据叠加模块;
d)WGS动态定位模块的处理结果输出到地景模块,由地景模块生成地景贴图, 并将地景贴图信息传送到多层次细节模块中;PQT地球模型算法模块根据步骤b)输入的 显示效果等级数据,生成对应的由三角形构建的地球表面模型,并将该地球表面模型信 息传送到多层次细节模块中;
e)多层次细节模块根据地景贴图信息和地球表面模型信息生成基本视景图,并 将其输入综合处理数据叠加模块中;
f)综合处理数据叠加模块在基本视景图上叠加物理天气仿真数据和动态光照效 果数据,其处理结果经图形渲染模块处理后,最终生成模拟飞行视景图。使用三角形构建平行四边形地球表面分区,所有平行四边形地球表面分区均以视点为中心,分区内各显示单元细节等级与该显示单元中心点与视点的距离成负相关关 系,即显示单元中心点与视点的距离越小,细节等级越高。定位数据来自于机载GPS设备信号源。
地景模块生成地景贴图的程序为,
a) 在地景模块预置地景干草和灌木、灌木林、针叶林、水、沙石、岩石、高草 灌木丛、半干灌木林等八种地表素材贴图,并建立八种贴图与像素点RGB值对照关系, 干草和灌木对照像素点RGB值为#000000,灌木林对照像素点RGB值为#B22222,针 叶林对照像素点RGB值为#006400,水对照像素点RGB值为#0000FF,沙石对照像素点RGB值为#8B8B00,岩石对照像素点RGB值为#FFOOFF,高草灌木丛对照像素点RGB 值为#008B45,半干灌木丛对照像素点RGB值为#7A7A7A ;
b)根据由WGS动态定位模块输入的坐标,生成同坐标的由像素点构成的2D地 景图片;
c)查找贴图与像素点RGB值对照关系表,确定像素点的RGB值所对应的地表素 材贴图,并在2D地景图片相应位置使用地表素材贴图进行覆盖;
d)在上述地景图片中增加海岩线的陡峭度和海拔数据;
e)传输地景贴图信息到多层次细节模块中。
以下对本发明的作进一步的说明与阐述。通用型模拟飞行引擎,即VRX,在驾驶舱外的可视环境用投影仪显示器等成 像,配合硬件的操作和触感,给模拟机使用者创造出真实的驾驶感受。VRX中建立了不同精细度的地球模型,渲染时分区域动态选择不同精细程度的 模型来构建地球。该球形采用PQT算法,参考附图3,根据不同的配置和效果等级使用 不同数量的三角形构建的地球。配置指的是计算机的硬件性能,效果等级是我们设定的 VRX预期显示效果(如高、中、低、极低),它需要计算机配置来提供硬件支持。不 同的效果等级又需要不同的三角形数量来构建地球。在飞行时,VRX会根据飞行器坐标 的移动不断的渲染新的区域,同时放弃渲染已经远离的区域。参见附图6,在地景渲染时 使用了多层次平滑过渡式渲染技术,根据视点距离来确定渲染细节层次。有效的保证了 利用有限计算机资源对全球机场和全球性飞行进行高品质模拟。其算法参见如下期刊论文
《一种基于不完全四叉树的LOD生成算法》芮小平中国图象图形学报2005 10 (9) 《虚拟地形场景绘制中的实时LOD算法》杨崇源张继贤林宗坚测绘学报2001 30
(2)
《基于四叉树的LOD地形简化研究》张玲玲,成遣,史云飞辽宁工程技术大学学报 2004 23 (6)
显示效果等级与构建地球的三角形数量关系如下表;
权利要求
1.通用型模拟飞行引擎,其特征在于包含如下步骤a)采用PQT算法,根据高、中、低、极低四个显示效果等级,使用数量分别为 2%、24N、22N和N的三角形构建地球表面分区模型,并对应每个三角形区域匹配定位坐 标数据,之后将前述分区模型和坐标数据输入PQT地球模型算法模块中,其中N为随机 数的三角形数目;b)通过数据输入接口进行数据输入,分别将天气数据输入物理天气仿真模块中,将 显示效果等级数据输入PQT地球模型算法模块中,将当前定位数据输入WGS动态定位模 块中,将时间数据输入动态光照模块中;c)物理天气仿真模块生成物理天气仿真数据,动态光照模块生成动态光照效果数 据,之后物理天气仿真数据和动态光照效果数据输入到综合处理数据叠加模块;d)WGS动态定位模块的处理结果输出到地景模块,由地景模块生成地景贴图,并将 地景贴图信息传送到多层次细节模块中;PQT地球模型算法模块根据步骤b)输入的显示 效果等级数据,生成对应的由三角形构建的地球表面模型,并将该地球表面模型信息传 送到多层次细节模块中;e)多层次细节模块根据地景贴图信息和地球表面模型信息生成基本视景图,并将其 输入综合处理数据叠加模块中;f)综合处理数据叠加模块在基本视景图上叠加物理天气仿真数据和动态光照效果数 据,其处理结果经图形渲染模块处理后,最终生成模拟飞行视景图。
2.如权利要求1所述的通用型模拟飞行引擎,其特征在于所述步骤a)中使用三角 形构建平行四边形地球表面分区,所有平行四边形地球表面分区均以视点为中心,分区 内各显示单元细节等级与该显示单元中心点与视点的距离成负相关关系,即显示单元中 心点与视点的距离越小,细节等级越高。
3.如权利要求1所述的通用型模拟飞行引擎,其特征在于所述步骤a)中的定位数 据来自于机载GPS设备信号源。
4.如权利要求1所述的通用型模拟飞行引擎,其特征在于所述步骤d)中地景模块 生成地景贴图的程序为,a)在地景模块预置地景干草和灌木、灌木林、针叶林、水、沙石、岩石、高草灌木 丛、半干灌木林等八种地表素材贴图,并建立八种贴图与像素点RGB值对照关系,干草 和灌木对照像素点RGB值为#000000,灌木林对照像素点RGB值为#B22222,针叶林对 照像素点RGB值为#006400,水对照像素点RGB值为#0000FF,沙石对照像素点RGB 值为#8B8B00,岩石对照像素点RGB值为#FF00FF,高草灌木丛对照像素点RGB值为 #008B45,半干灌木丛对照像素点RGB值为#7A7A7A ;b)根据由WGS动态定位模块输入的坐标,生成同坐标的由像素点构成的2D地景图片;c)查找贴图与像素点RGB值对照关系表,确定像素点的RGB值所对应的地表素材 贴图,并在2D地景图片相应位置使用地表素材贴图进行覆盖;d)在上述地景图片中增加海岩线的陡峭度和海拔数据;e)传输地景贴图信息到多层次细节模块中。
5.如权利要求1所述的通用型模拟飞行引擎,其特征在于所述N为计算机根据所需描绘的内容,随机生成的三角形数目,其由已开放的directXSDK所含的函数运算确定。
全文摘要
本发明的通用型模拟飞行引擎,涉及电子技术领域,旨在解决现有模拟飞行引擎不具有通用性、难以满足全球性的模拟飞行的需要、只能对单场或单一学科进行仿真等技术问题。本发明的通用型模拟飞行引擎,由PQT地球模型算法模块、物理天气仿真模块中、WGS动态定位模块、动态光照模块、综合处理数据叠加模块、地景模块、多层次细节模块和图形渲染模块构成。
文档编号G09B9/08GK102013189SQ20101059182
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者黄学佳 申请人:成都西麦克虚拟现实电子技术有限公司
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