直升机飞行模拟器视景系统的仿真分析

孔庆波

摘 要：在我国直升机技术发展过程中，各种类型的直升机数量得到了大规模的上升，而对于直升机设置的安全高效应用也成为直升机技术发展过程中的重要问题。现阶段常用的直升机技术培训模式主要是基于虚拟现实技术的直升机仿真模拟训练，其在实际运行过程中会出现了近景图像虚化、虚拟成像平面与实际错位等一系列问题，影响了整体直升机系统运行效率。因此本文通过对高仿真直升机飞行模拟器的设置，对直升机飞行模拟效果提升进行了简单的分析。

关键词：直升机飞行模拟器；视景系统；仿真分析

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）14-0052-02

在计算机技术发展过程中，直升机飞行模拟器在直升机技术研制过程中占据着重要的地位。而视觉景观系统是直升机飞行模拟器系统的重要构成模块，其可以为直升机运行过程中提供良好的外部景象。在直升机飞行速度及高度较低的情况下视觉系统可提供较清晰的景象，而在直升机贴地机动飞行、低空悬停环节则对整体视觉景观系统要求较高。因此对直升机飞行模拟器视觉景观系统进行进一步仿真分析具有非常重要的意义。

1 直升机飞行模拟器组成架构

直升机飞行模拟器主要是将直升机为模拟对象的人机闭环实时仿真体系，直升机飞行模拟器在运行过程中主要包括座舱仿真系统、武器仿真系统、网络系统、总控制系统、声音仿真系统、视景仿真系统、运动感觉系统、飞行仿真系统等几个模块。

飞行仿真系统是整体飞行模拟器正常运行的基础，其在运行过程中需要结合直升机运行特定进行飞行状态数据的实时解答计算，然后将计算后获得的数据传输到其他相关模块，为整体飞行实时仿真系统的准确模拟提供依据；而座舱仿真系统主要是为直升机飞行员提供真实度较高的直升机座舱驾驶环境，其主要包括机载设备、座舱舱体、座舱操控构件等相关组成构建。在实际仿真系统设置骨冲中需要根据直升机实际情况在直升机飞行模拟器位置进行真实比例模拟，结合图形仪表的运行，以保障模拟过程中直升机飞行模拟器的指标特点与实际情况相同；直升机运动感觉系统主要通过高频低幅度的振动，有效模拟直升机在飞行过程中的各个过程，其主要有振动装置、抖振装置等部件构成；武器仿真系统在实际运行中主要对直升机瞄准装置、发射装置、武器控制装置等相关模块构成，其主要通过弹道数学模型的建立进行各项武器系统的模拟训练；视景仿真系统主要为飞行员提供较为真实的外部景象，其如直升机飞行器在运动过程中低空飞行、武器发射、飞行降落等视觉信息，在整体视觉仿真系统运行过程中主要包括地形模型数据库、视觉景观显示系统、场景驱动管理软件等。

2 直升机飞行模拟视觉景观系统设计与实现

2.1 直升机飞行模拟器视觉景观系统设置

直升机飞行模拟器主要以直升机飞行员地面模拟训练为依据，通过特情处置训练、基本驾驶技术训练、武器攻击训练等相关训练模式的仿真模拟，可为相关直升机飞行员了解直升机设备程序及基础性能提供良好的依据[1]。在直升机飞行模拟器视觉景观系统总体设置过程中，主要包括直升机基础飞行品质的准确模拟、直升机座舱环境界面的防真模拟、直升机系统设备故障的模擬、直升机飞行过程的记录回放、直升机功能系统的工作特点等方面。

2.2 场景驱动管理软件设计

在直升机飞行模拟系统视觉景观系统设置过程中，需要在相关视觉景观数据库建设完毕的基础上，结合实际仿真任务，对飞行模拟其驱动设施进行合理设置。为了保证相关直升机飞行模拟器显示帧数达到25帧，可采用30.0-60.0帧数的更新效率，对整体视景仿真软件进行合理设置。在视觉景观图像工作站运行的基础上，可利用相关突出绘制硬件，对图像处理速度进行进一步优化。如根据飞行训练需求可在相关汽车模型、直升机装载模型、舰艇模型、轰炸机模型建设完毕的基础上，将其与相应的场景模拟库进行有效的正儿和。通过在城市、海洋等相关场景中的模拟训练，可对整体直升机编队飞行模式进行全面分析，以此获得曲面显示变形校准数据，便于整体直升机仿真模拟情境的有效转化。场景驱动管理主要是对直升机运行过程中飞行特征进行仿真模拟的设置。为了实现虚拟场景中三维模型场景漫游、自主运行等相关模式的稳定运行，需要利用视觉景观驱动技术进行三维可视化分析。在整体场景驱动管理软件设置环节，主要通过对用户指令数据的接收、数字化处理、三维展示等模式实现可视化交互响应管理，为三维仿真场景的快速、精确展现提供依据。视觉场景驱动管理软件主要有场景中模型处理、实时仿真两个方面功能，其中场景中模型处理主要是对场景中全部模型数据进行有效整合处理，在形成高效实时渲染层次化模型的基础上，进行整体组织结构的合理划分；而在实时仿真处理模块主要是在场景模型数据全面完善的前提下，进行实时场景的生成及后期管理，如场景驱动渲染、碰撞检测、虚拟场景构成等方面[2]。最终仿真效果需要在直升机飞行姿态信息自动生成模拟及外部景观动态展示的基础上，将相关数据与其对应的系统模块进行调度管理。

2.3 视觉景观显示系统设置

直升机飞行模拟器视觉显示系统主要以图像显示系统为主，图像显示生成系统则主要包括球面反射镜、投影器、机械结构、后投影屏等结构组成。以某直升机为例，为了保证直升机飞行员可以在相关模拟系统内完成基础驾驶技术训练及特殊情况模拟训练。可控制相关视频显示系统水平视场角及垂直视场角分别在180°、40°，结合虚像显示方式及成像距离的调节，便于整体图像分辨率的有效提升。在图像生成模块可优先选择SGI图形工作站，利用其特有的纹理映射、光照模拟、抗混迭等能力，促使整理他系统视频图像绘制模拟能力混飞行模拟视景仿真的需求。视觉景观显示系统在设置过程中三维实体模型的建立非常重要，三维实体模型主要包括地面及空中运行的直升机这一活动目标实体。由于三维实体模型大多为结构较复杂的几何体，因此在具体三维模型建立时需要将建模对象进行适当分析，然后在各分部模型建立完成后进行组装操作。若利用Creator建模的方式就需要将某个二维形体对象沿着某条路径剖面进行三维模型设置，采取外在可见实体模型建立。由于直升机外在曲面较多，且大多具有形状不规则的纹理。因此在三维模型建立时需要从建模速度、模型质量两个方面进行层次划分。在直升机飞行模拟器分为机身、起落架、尾浆、旋翼等几个部分，随后将这几个部分进行动态附属节点设置，如在直升机机身模块可进一步细化分为头部、尾部、副油箱、挂架、进气口、中部等几个部分。

2.4 地景模拟库设置

首先基于直升机飞行模拟器运行特点，根据直升机飞行过程中任务要求的区别进行不同视觉景观模拟库的设置，为直升机飞行模拟器在各种环境下飞行特性的充分发挥提供良好的依据。地景模拟库内部主要包括所在区域内乡村、岛屿、丘陵、海岸、城镇等相关地形数据，在具体的地形模拟库设置过程中应在指定训练区域内进行高精度训练场地的设置，以便相关直升机起飞着陆、低空悬停等相关模式的顺利进行。其中在城镇训练区域内应包括大型建筑物、运输系统两个方面内容，如公路、桥梁、电线杆、离散房屋、河流、工业建筑物等；而在山谷训练区域内因在桥梁、公路、铁路等运输系统的基础上，设置一定的树木、山谷、河流、森林数据；而在沿海训练区域内可设置一定的海岸特征数据，如三维模式的波浪、海洋、悬崖、海滩等。在地形生成的基础上，利用相关建模工具将相应的地形数据进行地形几何面的转化，保障在几何面一定的情况下，展现更加丰富、多样的直升机模拟地形，而通过合理的纹理加工，如航拍照片的调色、色彩还原、图片拼接等，可对整体地形几何面的优化提供有效的依据。如在相应的训练区域内需要设置适当的航拍照片精确纹理分辨率，一般在1.0-2.5m之间[3]。此外考虑到相应训练区域内数据库重叠情况，需在可控制区域内采取一定的负载管理措施。在数据库内部可进行不同直升机训练基地的区别设置，如地面标识、机库、机场草坪、停机坪等。

其次在视觉景观数据库设计过程中，可综合考虑原始数據库优化、原始数据备份、细节层次处理、三维模型构建、纹理细化、数据结构调制等相关宜山路。在依据整体设计需求，应在数据库建立过程中对其具体参数数据进行详细规划，通过对原始数据的进一步校正优化，可实现良好的数据库运行维护管理。需要注意的是，在原始资料准备环节应对地形数据、航拍照片、三维物体尺寸、三维物体三视图、数字地图、卫星照片等进行综合处理。

最后在视觉景观数据库实现环节，可结合三维模型建立与仿真的基础需求，在计算机平台上对环境、人、物等基础资源的相互联系进行统一分析，即利用Equator软件进行自适应连续地形的创建。整体视觉景观数据库主要以航空照片、代表地形照片、卫星照片为依据，结合Photoshop等相关图形合成、校正软件的应用，最终形成具有一定纹理格式的高分辨率文件。

3 结语

综上所述，直升机飞行模拟器通过航空设备在飞行过程环境的模拟，可为相关飞行器驾驶人员提供视觉、负荷、运动感觉、听觉等几个方面的仿真训练效果。从而降低直升机飞行过程中的分析宜山路及培训资源消费。在直升机飞行仿真模拟过程中，主要根据直升机实际运行情况，结合三维建模理论，从视觉显示系统、视觉景观数据库、视觉驱动系统等几个方面进行合理设置，从而在保证视觉景象实时监测的基础上最大程度的提升直升机飞行模拟器视觉图像清晰度。

参考文献

[1]刘长发，张俊杰.直升机飞行模拟器视景显示系统的研究[J].系统仿真学报，2016，28（6）：1394-1399.

[2]邓晴莺， 李国翬，王宝奇，等.某飞行模拟器视景系统的设计与实现[J].兵工自动化，2016，35（8）：75-79.

[3]邓晴莺，李国翬，王宝奇，等.大下视场飞行模拟器视景系统的设计与实现[J].系统仿真技术，2016，12（2）：123-129.