一种应用于飞行模拟器的双眼点实像视景系统及模拟方法与流程

本发明涉及虚拟现实，特别涉及一种应用于飞行模拟器的双眼点实像视景系统及模拟方法。

背景技术：

1、飞机按驾驶人数划分，可分为一个驾驶员的单座型飞机和两个驾驶员的双座型飞机两种类型。如歼20、歼10c等为单座型飞机；运20、运9、轰6、民航客机等为左右并座型飞机。相应地，飞行模拟器视景系统也分为针对单座型飞机设计的单眼点视景系统和针对双座型飞机设计的双眼点视景系统。所谓单眼点视景系统，在飞行仿真领域指的是基于单个观察者设计的视景系统；所谓双眼点视景系统，在飞行仿真领域指的是基于两个观察者设计的视景系统，也就是能同时为两个驾驶员(飞行员)提供正确视景画面的视景系统。

2、下面以左右并座某型飞机为例来说明双眼点视景系统设计的必要性。该飞机左右座距离为1.1米，左座飞行员为主驾驶。飞行教范规定，在起飞位置，对左座飞行员来说，正视前方，跑道中心线压在右腿上；对右座飞行员来说，正视前方，跑道中心线压在左腿上。实际飞行中，左右座飞行员根据自己观察到的舱外景象，互相配合来驾驶飞机是很自然的事。但是，对于飞行模拟器视景系统来说，让相距1.1米的两个飞行员都能同时看到正确的视景画面是困难的。这与显示方式和成像距离有关。

3、设p为观察目标点，e0为左右双座眼点中心，e1为左座飞行员眼点,e2为右座飞行员眼点，e1，e2相距1.1米，p0、p1、p2分别为眼点e0，e1，e2时p点在显示屏幕上的投影，显示屏与e0距离为x。

4、屏幕上显示的图像实际上是三维物体的透视投影。对于左右并座型飞机，如果是单眼点视景系统，飞行模拟器视景系统设计时，为了兼顾左右座，将眼点设为双座的中心e0，设α和β分别为e1，e2与e0的视差，则α＝β＝atan(0.55/x)。当x＝1.5m，α＝β＝20.13°；当x＝3.0m，α＝β＝10.4°；当x＝15m，α＝β＝2.1°；当x＝30m，α＝β＝1.0°。理论上，显示系统成像距离x越大，视差越小。

5、左座和右座两名飞行员，观察同一p点，应该分别看到p1和p2。如果是单眼点视景系统，两名飞行员看到的是同一像点p0，如果显示系统成像距离仅为1.5m时，视差为惊人的20.13°，左右座飞行员看到的是完全不同的视景画面，飞行员根本无法协调驾驶。

6、虚像显示系统是目前飞行模拟器常用的显示系统，虚像显示系统具有景深感强、图像清晰等优点。因成像距离远，有一定的出瞳范围，模拟起飞和着陆时左右飞行员视差小，便于机组协同，特别适用于并排双座机型的飞行模拟器。

7、虚像显示系统主要包括投影器、后投影屏和球面准直反射镜。投影器将图像投射到投影屏上并在投影屏外凸的表面上呈实像，投影屏上所呈的像再投射到球面反射镜内凹的表面，在球面反射镜内凹的表面上呈正立放大的虚像。

8、虚像显示系统是基于单个观察者设计的单眼点视景系统，设计眼点位于双座位置中间。虚像显示系统成像距离较远，一般是20m左右，同时设计中考虑一定的出瞳范围，故左右座视差较小，特别适用于并排双座机型的飞行模拟器。

9、虚像显示系统的缺点主要是价格高，占地空间大。一套220°×45°视场的虚像显示系统市场报价大约为200万元。

10、球幕实像和柱幕实像显示系统都包括投影器和显示幕，投影器将图像直接投射在显示幕上呈实像；板块拼接实像是多块显示屏拼接成大视场视景系统，视景直接呈现在显示屏上。

11、与虚像显示系统比较，实像显示系统的优势是价格低，视场大，已广泛用于飞行模拟器。

12、实像显示系统应用于飞行模拟器，分为一个驾驶员的单座型飞机和两个驾驶员的双座型飞机两种类型视景系统。按照视差分析，如果是单座型飞机飞行模拟器，设计眼点就是飞行员眼点，视景系统为飞行员提供的是无视差的、正确的视景画面。如果是双座型飞机飞行模拟器，目前除本发明外，视景系统设计眼点为单眼点(一个眼点)，采用左右座中间位置为设计眼点，视景系统为飞行员提供的是有视差的视景画面，左座和右座飞行员看到的是不正确的视景画面，无法协调驾驶。

13、左座和右座飞行员看到的是有视差的，不是基于自身位置设计的视景画面，无法协调驾驶。

技术实现思路

1、为了解决双座型飞机飞行模拟器两个飞行员不能同时看到无视差的飞行视景画面的技术问题，本发明提出了一种应用于飞行模拟器的双眼点实像视景系统及模拟方法。

2、本发明提出一种应用于飞行模拟器的双眼点实像视景系统，其包括：左座成像计算机、右座成像计算机、成像管理计算机、3d信号处理器、3d显示屏；

3、左座成像计算机根据左座飞行员眼点与3d显示屏的几何关系计算左通道视场角和偏移角，根据左通道视场角和偏移角实时生成左座飞行员眼点视景画面；

4、右座成像计算机根据右座飞行员眼点与3d显示屏的几何关系计算右通道视场角和偏移角，根据右通道视场角和偏移角实时生成右座飞行员眼点视景画面；

5、成像管理计算机对左座飞行员眼点视景画面和右座飞行员眼点视景画面进行同步处理，并将同步后的左座飞行员眼点视景画面和右座飞行员眼点视景画面的信号送入3d信号处理器；

6、3d信号处理处理器将左座飞行员眼点视景画面信号和右座飞行员眼点视景画面信号合成得到一个复合视景画面信号，将该视景画面信号送入3d显示屏；

7、3d显示屏以第一偏振方向的偏振光显示左座飞行员眼点视景画面，以第二偏振方向的偏振光显示右座飞行员眼点视景画面，其中，第一偏振方向与第二偏振方向相互垂直。

8、进一步的，所述系统包括：偏振眼镜，左座飞行员佩戴左右眼镜片偏振膜均为第一偏振方向的偏振眼镜观看所述3d显示屏，右座飞行员佩戴左右眼镜片偏振膜均为第二偏振方向的偏振眼镜观看所述3d显示屏。

9、进一步的，所述第一偏振方向为0°，所述第二偏振方向为90°。

10、进一步的，其包括，具有多个左座成像计算机、右座成像计算机、3d信号处理器、3d显示屏，它们分别构成多组如权利要求1所述的视景通道；

11、第一视景通道以第一偏振光在第一、第二3d显示屏显示左座飞行员眼点视景画面，

12、第二视景通道以第二偏振光在第一、第二3d显示屏显示右座飞行员眼点视景画面，

13、第三视景通道以第一偏振光在第三、第四3d显示屏显示左座飞行员眼点视景画面，

14、第四视景通道以第一偏振光在第五3d显示屏显示左座飞行员眼点视景画面，

15、第五视景通道以第二偏振光在第五3d显示屏显示右座飞行员眼点视景画面，

16、第六视景通道以第一偏振光在第六3d显示屏显示左座飞行员眼点视景画面，

17、第七视景通道以第二偏振光在第六3d显示屏显示右座飞行员眼点视景画面，

18、第八视景通道以第一偏振光在第七、第八3d显示屏显示左座飞行员眼点视景画面，

19、第九视景通道以第二偏振光在第七、第八3d显示屏显示右座飞行员眼点视景画面，

20、第十视景通道第二偏振光在第九、第十3d显示频屏显示右座飞行员眼点视景画面。

21、进一步的，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九、第十3d显示屏以指定的方式排列构成显示屏组合，该显示屏组合显示完整的飞行画面。

22、进一步的，所述3d显示屏是不闪式3d显示屏。

23、进一步的，所述偏振眼镜是不闪式圆偏振眼镜。

24、本发明还提出一种基于双眼点视景系统的飞行模拟方法，其包括：

25、据左座飞行员眼点与3d显示屏的几何关系计算左通道视场角和偏移角，根据左通道视场角和偏移角实时生成左座飞行员眼点视景画面；

26、根据右座飞行员眼点与3d显示屏的几何关系计算右通道视场角和偏移角，根据右通道视场角和偏移角实时生成右座飞行员眼点视景画面；

27、对左座飞行员眼点视景画面和右座飞行员眼视点视景画面进行同步处理；

28、将同步后的左座飞行员眼点视景画面信号和右座飞行员眼视点视景画面信号合成得到一个复合视景画面信号；

29、以第一偏振方向的偏振光显示左座飞行员眼点视景画面，以第二偏振方向的偏振光显示右座飞行员眼视景画面，其中，第一偏振方向与第二偏振方向相互垂直。

30、本发明基于偏光式3d技术，在显示系统上同时显示两幅偏振视景画面；左座飞行员戴上左右眼偏振方向都是0°的偏振眼镜，右座飞行员戴上左右眼偏振方向都是90°的偏振眼镜，均能看到基于自身位置设计的、正确的舱外虚拟场景(视景)，且性价比高、使用维护简单方便,特别适合应用于双座型飞机飞行模拟器。