典型飛行器視景仿真系統技術方案

本發明專利技術涉及計算機仿真技術領域。為設計一個適用于典型飛行器（高超聲速飛行器、無人機、衛星三類飛行器）的視景仿真系統，研究人員對飛行數據的分析是通過虛擬飛行器的姿態變化將純數字信息轉化為人類更容易理解的三維圖像化信息；無論高超聲速飛行器、無人機、衛星均可以進行視景仿真，達到多個飛行器模型共享同一系統的目標；可以進行單機仿真或多機群控仿真；解決視景系統重復開發問題。本發明專利技術采取的技術方案是，典型飛行器視景仿真系統，包括：飛行器模型庫模塊、飛行場景庫模塊、網絡通信模塊、視景顯示與驅動模塊、數據庫接口模塊、數據可視化模塊、二維態勢模塊、模型解析模塊、人機交互接口模塊。本發明專利技術主要應用于計算機飛行仿真。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及計算機仿真
，特別涉及基于分布式仿真架構的典型飛行器的實時視景仿真。具體講，涉及典型飛行器視景仿真系統。
技術介紹
隨著計算機技術的飛速發展，科學家可以得到越來越多、越來越準確的科學實驗數據，但是，這些數據的復雜性、多祥性遠遠超出了人腦分析解釋這些數據的能力。由于缺乏對復雜數據信息分析的有效手段，大量信息被浪費，科學研究的步伐嚴重受到阻礙。迎接這ー挑戰，視景仿真應運而生。視景仿真不僅僅是ー門新穎的技術，更重要的是ー種高效的思維和研究方式。它是ー種計算方法，將符號轉換為幾何，使研究者能觀察它們的模擬與計算；它將不可見轉化為可見，豐富了科學發展的過程，給予人們意想不到的洞察力。視景仿真在很多研究領域中使科學家的研究方式發生了根本變化。”在航空航天科學研究中，我們同樣面臨因數據復雜導致的信息浪費問題。實際上，對各種飛行器的研究一直是國家的熱點研究方向，飛行器類飛行技術的發展具有科學前瞻性、發展戰略性以及學科帶動性。但是飛行器系統研制過程往往集中在MATLAB仿真層面，無論對建模工程的描述，對控制方法的介紹，還是對仿真結果的分析，研究者面對著大量的數據曲線，很難得到ー個整體、直觀、形象的視覺效果。對復雜曲線數據的研究無疑是低效的，與此形成鮮明對比的視景仿真就在此顯得尤為重要。視景仿真技術將需要處理的飛行器六自由度信息通過虛擬建造的飛行器模型展示出來，輔以逼真的飛行場景再現，給予研究者更加直觀的視覺效果。在實際應用中，視景仿真常常和純數字仿真以分布式方式開發，進行純數字仿真的計算機作為上位機將仿真數據通過通信接ロ傳輸給視景仿真計算機。視景計算機和單個上位機組成的仿真系統成為單機系統，和多個上位機的組成的系統成為多機群控系統。但是，在航空航天領域的視景仿真應用中，存在大量重復開發問題，不同的視景仿真系統除飛行器模型種類和數量外，其他功能具有很大相似性，如飛行場景建模、數據可視化實現等。所以，需要提出一種適用于各種飛行器進行仿真的，具有通用性的視景仿真實現方法。
技術實現思路
本專利技術g在克服現有技術的不足，本專利技術g在設計ー個適用于典型飛行器(高超聲速飛行器、無人機、衛星三類飛行器)的視景仿真系統。在此系統下，研究人員對飛行數據的分析不再局限于純數字，而是通過虛擬飛行器的姿態變化將純數字信息轉化為人類更容易理解的三維圖像化信息；在此系統下，無論高超聲速飛行器、無人機、衛星均可以進行視景仿真，達到多個飛行器模型共享同一系統的目標；在此系統下，可以進行單機仿真或多機群控仿真，具體工作方式由上位機數量決定；更進ー步而言，本系統需要解決常見的視景系統重復開發問題。為達到上述目的，本專利技術采取的技術方案是，典型飛行器視景仿真系統，包括:飛行器模型庫模塊、飛行場景庫模塊、網絡通信模塊、視景顯示與驅動模塊、數據庫接ロ模塊、數據可視化模塊、ニ維態勢模塊、模型解析模塊、人機交互接ロ模塊；飛行器模型庫模塊:該模塊中以3ds文件的形式存儲有各類飛行器模型，包括高超聲速飛行器模型、衛星模型、無人機模型；該模塊屬于可擴展模塊，任何3ds格式的模型均可以人工放置到此模型庫模塊中；飛行場景庫模塊:該模塊存儲有高超聲速飛行器、無人機和衛星需要的不同飛行場景；各種場景基于OpenGL技術獨立開發，并以子模塊方式存在；模塊中包括比較全面的飛行場景，包括近空間模型、地球模型、海洋模型、山地模型、機場模型、城市建筑模型、天空模型，如果不滿足需求，可以對該模塊進行二次開發，添加不同種類模型；網絡通信模塊:作為實時仿真，采用UDP通訊，基于套接字編程(Socket)實現局域網環境中和上位機的通訊；同時，基于數據緩沖建立差錯重建功能，防止UDP通信過程中的掉包事故；當飛行回放模式開啟時，該模塊自動關閉；視景顯示與驅動模塊:基于OpenGL雙緩存技術初始化飛行器模型和場景模型，使兩者擁有合適的空間位置和顯示效果；基于計時重繪技術驅動飛行器模型在飛行場景中飛行；數據庫接ロ模塊:為實現回放飛行模式開設的接ロ，實現視景仿真系統和MySQL數據庫的交互操作；為避免數據庫和系統之間的交互延時，在兩者之間建立緩沖環節，基于集合類對象方式暫存飛行器飛行數據信息；可以分為數據存儲接口和數據讀取接ロ ；數據存儲接ロ在開啟數據存儲功能時打開，實現暫存飛行數據信息并將其轉存至外部數據庫的功能；數據讀取接ロ在開啟飛行回放模式時打開，實現暫存讀取的數據庫信息并轉發給飛行器類對象的功能；數據可視化模塊:添加數據顯示模塊，使研究者對飛行數據有更準確的認識；基于編輯框控件實現對飛行器不同屬性的實時可視化效果；ニ維態勢模塊:描繪飛行器的飛行軌跡，使研究人員對飛行器的飛行過程，空域位置等信息有準確的了解；ニ維地圖不是孤立存在的，它和各種飛行場景綁定存在，只要選定了飛行場景，系統會自動指定ニ維地圖；該模塊屬于可選模塊，當模塊功能選中時，可以顯示在窗ロ左下角，不影響主視角觀察效果；模型解析模塊:解析外部飛行器模型，即解析以3ds格式存儲的飛行器模型，并基于OpenGL三角形近似方式建立重繪顯示列表，方便視景顯示與驅動模塊調用；在此環節基于包圍盒原理確定加載的飛行器模型大小和最優模型(其大小在整個視景顯示窗口中有最優效果)的大小比例，方便以后對飛行器進行大小放縮，使其在視景系統中不會過大或過小；人機交互接ロ模塊:利用MFC平臺技術特點開發的應用程序和用戶交互的接ロ，包括系統初始化時的人機交互和后期運行過程中的人機交互。系統初始化時實現飛行器模型選擇、飛行場景選擇、數據存儲功能選擇的人機交互；后期運行時實現飛行模式選擇、仿真啟停控制、觀察視角選擇、ニ維態勢選擇的人機交互。上述所有模塊的連接關系如下所述:點選人機交互接ロ模塊的模型選擇選項，選擇飛行器模型庫中的模型，利用模型解析模塊解析出模型中的信息，隨后利用視景顯示與驅動模塊將解析出的信息重繪在視景顯不窗ロ中；點選人機交互接ロ模塊的場景選擇選項，選擇飛行場景庫中的飛行場景，視景顯示與驅動模塊依據選擇結果繪制飛行場景，同時ニ維態勢模塊根據選擇結果自動關聯ニ維地圖；點選人機交互接ロ模塊的數據存儲功能選項，開啟數據存儲功能，通過數據庫接ロ模塊暫時存儲飛行數據，在程序運行結束后，再次利用數據庫接ロ模塊將暫存的飛行數據存儲至外部數據庫；點選人機交互接ロ模塊的實時飛行選項，實現在線視景仿真功能，當選擇了該功能后，利用網絡通信模塊實時接收上位機發送來的實時數據，并將其傳送給視景顯示與驅動模塊；點選人機交互接ロ模塊的飛行回放選項，實現離線飛行回放功能，當選擇了該功能后，摒棄網絡通信模塊，轉而利用數據庫接ロ模塊讀取外部數據庫中存儲的飛行數據，井將其傳送給視景顯示與驅動模塊；點選人機交互接ロ模塊的ニ維態勢按鈕，實現對ニ維態勢模塊的剪裁操作，依據自己的喜好，選擇是否啟用ニ維態勢功能，使其顯示在窗ロ左下角；點選人機交互接ロ模塊的視角選擇按鈕，更改視景顯示與驅動模塊的相關參數值，切換觀察視點；在模塊化結構中，視景顯示與驅動模塊為核心模塊，在實時仿真模式下，網絡通信模塊將飛行數據傳送給視景顯示與驅動模塊，隨后視景顯示與驅動模塊將這些數據以廣播方式傳送給數據可視化模塊、ニ維態勢模塊、數據庫接ロ模塊；在飛行回放模式下，視景顯示與驅動模塊仍負責接收與廣播數據，不同之本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種典型飛行器視景仿真系統，其特征是，包括：飛行器模型庫模塊、飛行場景庫模塊、網絡通信模塊、視景顯示與驅動模塊、數據庫接口模塊、數據可視化模塊、二維態勢模塊、模型解析模塊、人機交互接口模塊；?飛行器模型庫模塊：該模塊中以3ds文件的形式存儲有各類飛行器模型，包括高超聲速飛行器模型、衛星模型、無人機模型；該模塊屬于可擴展模塊，任何3ds格式的模型均可以人工放置到此模型庫模塊中；?飛行場景庫模塊：該模塊存儲有高超聲速飛行器、無人機和衛星需要的不同飛行場景；各種場景基于OpenGL技術獨立開發，并以子模塊方式存在；模塊中包括比較全面的飛行場景，包括近空間模型、地球模型、海洋模型、山地模型、機場模型、城市建筑模型、天空模型，如果不滿足需求，可以對該模塊進行二次開發，添加不同種類模型；?網絡通信模塊：作為實時仿真，采用UDP通訊，基于套接字編程(Socket)實現局域網環境中和上位機的通訊；同時，基于數據緩沖建立差錯重建功能，防止UDP通信過程中的掉包事故；當飛行回放模式開啟時，該模塊自動關閉；?視景顯示與驅動模塊：基于OpenGL雙緩存技術初始化飛行器模型和場景模型，使兩者擁有合適的空間位置和顯示效果；基于計時重繪技術驅動飛行器模型在飛行場景中飛行；?數據庫接口模塊：為實現回放飛行模式開設的接口，實現視景仿真系統和MySQL數據庫的交互操作；為避免數據庫和系統之間的交互延時，在兩者之間建立緩沖環節，基于集合類對象方式暫存飛行器飛行數據信息；可以分為數據存儲接口和數據讀取接口；數據存儲接口在開啟數據存儲功能時打開，實現暫存飛行數據信息并將其轉存至外部數據庫的功能；數據讀取接口在開啟飛行回放模式時打開，實現暫存讀取的數據庫信息并轉發給飛行器類對象的功能；?數據可視化模塊：添加數據顯示模塊，使研究者對飛行數據有更準確的認識；基于編輯框控件實現對飛行器不同屬性的實時可視化效果；?二維態勢模塊：描繪飛行器的飛行軌跡，使研究人員對飛行器的飛行過程，空域位置等信息有準確的了解；二維地圖不是孤立存在的，它和各種飛行場景綁定存在，只要選定了飛行場景，系統會自動指定二維地圖；該模塊屬于可選模塊，當模塊功能選中時，可以顯示在窗口左下角，不影響主視角觀察效果；?模型解析模塊：解析外部飛行器模型，即解析以3ds格式存儲的飛行器模型，并基于OpenGL三角形近似方式建立重繪顯示列表，方便視景顯示與驅動模塊調用；在此環節基于包圍盒原理確定加載的飛行器模型大小和最優模型(其大小在整個視景顯示窗口中有最優效果)的大小比例，方便以后對飛行器進行大小放縮，使其在視景系統中不會過大或過??；?人機交互接口模塊：利用MFC平臺技術特點開發的應用程序和用戶交互的接口，包括系統初始化時的人機交互和后期運行過程中的人機交互。系統初始化時實現飛行器模型選擇、飛行場景選擇、數據存儲功能選擇的人機交互；后期運行時實現飛行模式選擇、仿真啟?？刂啤⒂^察視角選擇、二維態勢選擇的人機交互。?上述所有模塊的連接關系如下所述：?點選人機交互接口模塊的模型選擇選項，選擇飛行器模型庫中的模型，利用模型解析模塊解析出模型中的信息，隨后利用視景顯示與驅動模塊將解析出的信息重繪在視景顯示窗口中；?點選人機交互接口模塊的場景選擇選項，選擇飛行場景庫中的飛行場景，視景顯示與驅動模塊依據選擇結果繪制飛行場景，同時二維態勢模塊根據選擇結果自動關聯二維地圖；?點選人機交互接口模塊的數據存儲功能選項，開啟數據存儲功能，通過數據庫接口模塊暫時存儲飛行數據，在程序運行結束后，再次利用數據庫接口模塊將暫存的飛行數據存儲至外部數據庫；?點選人機交互接口模塊的實時飛行選項，實現在線視景仿真功能，當選擇了該功能后，利用網絡通信模塊實時接收上位機發送來的實時數據，并將其傳送給視景顯示與驅動模塊；?點選人機交互接口模塊的飛行回放選項，實現離線飛行回放功能，當選擇了該功能后，摒棄網絡通信模塊，轉而利用數據庫接口模塊讀取外部數據庫中存儲的飛行數據，并將其傳送給視景顯示與驅動模塊；?點選人機交互接口模塊的二維態勢按鈕，實現對二維態勢模塊的剪裁操作，依據自己的喜好，選擇是否啟用二維態勢功能，使其顯示在窗口左下角；?點選人機交互接口模塊的視角選擇按鈕，更改視景顯示與驅動模塊的相關參數值，切換觀察視點；?在模塊化結構中，視景顯示與驅動模塊為核心模塊，在實時仿真模式下，網絡通信模塊將飛行數據傳送給視景顯示與驅動模塊，隨后視景顯示與驅動模塊將這些數據以廣播方式傳送給數據可視化模塊、二維態勢模塊、數據庫接口模塊；在飛行回放模式下，視景顯示與驅動模塊仍負責接收與廣播數據，不同之處在于，數據來源于數據庫接口模塊。...

【技術特征摘要】
1.一種典型飛行器視景仿真系統，其特征是，包括:飛行器模型庫模塊、飛行場景庫模塊、網絡通信模塊、視景顯示與驅動模塊、數據庫接ロ模塊、數據可視化模塊、ニ維態勢模塊、模型解析模塊、人機交互接ロ模塊； 飛行器模型庫模塊:該模塊中以3ds文件的形式存儲有各類飛行器模型，包括高超聲速飛行器模型、衛星模型、無人機模型；該模塊屬于可擴展模塊，任何3ds格式的模型均可以人工放置到此模型庫模塊中； 飛行場景庫模塊:該模塊存儲有高超聲速飛行器、無人機和衛星需要的不同飛行場景；各種場景基于OpenGL技術獨立開發，并以子模塊方式存在；模塊中包括比較全面的飛行場景，包括近空間模型、地球模型、海洋模型、山地模型、機場模型、城市建筑模型、天空模型，如果不滿足需求，可以對該模塊進行二次開發，添加不同種類模型； 網絡通信模塊:作為實時仿真，采用UDP通訊，基于套接字編程(Socket)實現局域網環境中和上位機的通訊；同時，基于數據緩沖建立差錯重建功能，防止UDP通信過程中的掉包事故；當飛行回放模式開啟時，該模塊自動關閉； 視景顯示與驅動模塊:基于OpenGL雙緩存技術初始化飛行器模型和場景模型，使兩者擁有合適的空間位置和顯示效果；基于計時重繪技術驅動飛行器模型在飛行場景中飛行；數據庫接ロ模塊:為實現回放飛行模式開設的接ロ，實現視景仿真系統和MySQL數據庫的交互操作；為避免數據庫和系統之間的交互延時，在兩者之間建立緩沖環節，基于集合類對象方式暫存飛行器飛行數據信息；可以分為數據存儲接口和數據讀取接ロ ；數據存儲接ロ在開啟數據存儲功能時打開，實現暫存飛行數據信息并將其轉存至外部數據庫的功能；數據讀取接ロ在開啟飛行 回放模式時打開，實現暫存讀取的數據庫信息并轉發給飛行器類對象的功能； 數據可視化模塊:添加數據顯示模塊，使研究者對飛行數據有更準確的認識；基于編輯框控件實現對飛行器不同屬性的實時可視化效果； ニ維態勢模塊:描繪飛行器的飛行軌跡，使研究人員對飛行器的飛行過程，空域位置等信息有準確的了解；ニ維地圖不是孤立存在的，它和各種飛行場景綁定存在，只要選定了飛行場景，系統會自動指定ニ維地圖；該模塊屬于可選模塊，當模塊功能選中時，可以顯示在窗ロ左下角，不影響主視角觀察效果； 模型解析模塊:解析外部飛行器模型，即解析以3ds格式存儲的飛行器模型，并基于OpenGL三角形近似方式建立重繪顯示列表，方便視景顯示與驅動模塊調用；在此環節基于包圍盒原理確定加載的飛行器模型大小和最優模型(其大小在整個視景顯示窗口中有最優效果)的大小比例，方便以后對飛行器進行大小放縮，使其在視景系統中不會過大或過小； 人機交互接ロ模塊:利用MFC平臺技術特點開發的應用程序和用戶交互的接ロ，包括系統初始化時的人機交互和后期運行過程中的人機交互。系統初始化時實現飛行器模型選擇、飛行場景選擇、數據存儲功能選擇的人機交互；后期運行時實現飛行模式選擇、仿真啟停控制、觀察視角選擇、ニ維態勢選擇的人機交互。上述所有模塊的連接關系如下所述: 點選人機交互接ロ模塊的模型選擇選項，選擇飛行器模型庫中的模型，利用模型解析模塊解析出模型中的信息，隨后利用視景顯示與驅動模塊將解析出的信息重繪在視景顯示窗口中； 點選人機交互接ロ模塊的場景選擇選項，選擇飛行場景庫中的飛行場景，視景顯示與驅動模塊依據選擇結果繪制飛行場景，同時ニ維態勢模塊根據選擇結果自動關聯ニ維地圖； 點選人機交互接ロ模塊的數據存儲功能選項，開啟數據存儲功能，通過數據庫接ロ模塊暫時存儲飛行數據，在程序運行結束后，再次利用數據庫接ロ模塊將暫存的飛行數據存儲至外部數據庫； 點選人機...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宗群，郝秀，李慶鑫，徐銳，曲照偉，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：