·制造业信息化·Design of Helicopter Virtual Flight Scene Simulation SystemWU Xue-Rong ，SU Bo（The First Aeronautical Institution of Air Force,Xinyang Henan 464000,China ）Abstract:Being based on the digital prototype of the helicopter,the helicopter flight dynamics performance simulation system is built from the point of view of the helicopter using.And the flight simulation is reproduced in the form of three-dimensional animation through stereoscopic projection system.The software is the core of the virtual simulation system,and it is responsible for the scene development,operation,and the formation,at the same time,it can connect and coordinate the system operating,so as to form a complete virtual reality system.Key words:helicopter ；simulation system ；flight scene0引言以数字样机为背景的计算机软件模拟仿真技术广泛应用于大型复杂武器装备的研发、设计、制造、使用和维护过程中，对装备全寿命周期的不同阶段，不同方面的重要技战术指标进行分析、评估和验证。
与以物理样机为背景的模拟仿真相比，计算机模拟仿真具有安全性、经济性、超前性、灵活性、功能齐全等突出的优势。
因此，计算机软件仿真逐渐成为模拟仿真的主要方法。
直升机虚拟飞行视景仿真系统正是以直升机数字样机为基础，应用专业软件，从使用和维护的角度对直升机的飞行动力学性能进行模拟仿真，并通过立体投影系统以三维动画的形式再现仿真。
系统的建成将在直升机理论教学、飞行仿真等方面发挥重要作用，具有显著的军事和经济效益。
1仿真系统的结构组成系统由软件和硬件两部分构成如图1所示。
硬件部分包括高性能计算机、虚拟现实交互设备和显示设备。
硬件部分是软件系统运行的公共平台。
软件部分包括三种不同功能的大型软件（开发平台），分别是用于沉浸式虚拟维修模块的DELMIA 、用于桌面式虚拟维修模块的Ngrain 和用于虚拟飞行仿真模块的Flightgear ，是整个虚拟现实系统的核心，负责整个场景的开发、运算、生修稿日期：2012－11－25作者简介：武雪荣(1978-)，女，河南周口人，硕士，讲师。
研究方向：军械装备的仿真与研究。
摘要：本仿真系统以直升机数字样机为基础，应用专业软件，从使用的角度对直升机的飞行动力学性能进行模拟仿真，并通过立体投影系统以三维动画的形式再现仿真；软件部分是整个虚拟现实系统的核心，负责整个场景的开发、运算、生成，同时连接和协调整个系统的工作和运转，形成一个完整的虚拟现实系统。
关键词：直升机；仿真系统；飞行视景中图分类号：TP13文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2013.01.040文章编号：1002－6673（2013）01－102－03直升机虚拟飞行视景仿真系统设计武雪荣，苏波（空军第一航空学院，河南信阳464000）机电产品开发与创新Development ＆Innovation of M achinery ＆E lectrical P roductsVol．26,No．1Jan ．,2013第26卷第1期2013年1月图1系统构成Fig.1System structure·制造业信息化·成，同时连接和协调整个系统的其它各个子系统的工作和运转，与他们共同组成一个完整的虚拟现实系统。
2硬件设计该子系统硬件主要由人机交换设备（包括数据手套、鼠标、键盘等）、高性能计算机和显示系统（与虚拟维修子系统共用）组成。
系统硬件设备的布局如图2所示。
高性能计算机一般为图形工作站，对其CPU 的数据处理能力、存储介质的存储容量和读写速度、显卡的图形图像处理能力等的要求很高，以满足超大容量的三维立体模型数据管理的有效性、图像画质的高清性、动画播放的流畅性和交互操作的实时性。
显示设备用于显示虚拟环境的视觉形象。
包括投影仪、柱形屏幕、数字图像边沿融合校正系统、立体眼镜如图3所示和多视窗控制系统。
投影仪将数字图像投影到柱形屏幕上，用户戴上立体眼镜观察便产生很强的立体感。
但是柱形屏幕上的图像并不是一个投影仪投射的一幅图像，而是由多个投影仪投射的多幅图像拼接而成的。
虚拟现实平台中的计算机将整个图像分割成均匀的三部分配送给三组投影仪，分别向屏幕投影如图4所示。
边沿融合校正系统对两个投影仪投影的重叠部分进行亮度和色彩的处理，消除拼接痕迹，使图像达到无缝集成。
由于人的两只眼睛所观察到的图像是不一样的，因此每组投影仪实际上由两个投影仪构成，模拟人眼，分别产生人的左右眼的不同图像，再通过佩戴立体眼镜将两个视点的图像融合成一个立体图像，产生立体感。
多视窗控制系统主要用于控制多投影仪的分工和协同显示，使投影仪处于共同显示、独立显示的状态。
共同显示状态则在屏幕上形成一个完整的融合的图像，独立显示状态则在屏幕上出现多个窗口，不同窗口显示不同内容。
虚拟现实交互设备主要有数据手套、位置跟踪器、数据衣、力反馈器等。
数据手套用于模拟人手在装配或维修作业中的动作，通过接口程序，驱动虚拟手在虚拟环境中作相应的操作。
如抓取维修工具、拧螺丝刀等。
位置跟踪器、数据衣用于在一定范围内获取人体的位置和肢体的运动。
力反馈装置主要是使虚拟装配或维修作业具有力感，营造更加逼真的虚拟现实环境。
3软件设计软件部分由用VC++开发的主程序和开源的专业虚拟飞行仿真程序FlightGear （目前版本2.0）组成。
用户通过交换设备与计算机交互，计算机运行主程序，根据用户输入调用座舱三维模型数据库、场景地形数据库、飞参数据库，将有关数据传递给FlightGear 处理，生成座舱图像、场景地形图像，FlightGear 中的飞行动力学计算模块能根据输入的操作或飞参数据完成给定虚拟场景范围的虚拟飞行。
模型库主要包括飞机模型、地景模型、地表建筑物模型、天空和云彩等模型。
根据系统对模型的要求不同，我们采取不同的方法建立模型。
对于制作要求比较高的直升机座舱模型,利用专业的模型制作软件CATIA 制作后再导入主程序；对于制作要求比较低的模型如地景模型等，我们可以直接在FlightGear （内核为OpenGL ）中建模。
主程序模块是整个系统的核心部分，使用VC++6.0和图形图像开发工具OpenGL 编程实现，主要实现功能：①读入经过预处理后的飞行数据，如果飞行数据中没有记录卫星导航参数，则通过数学方法计算出飞机模型在场景中的实时位置；②从模型库导入飞机模型，并对飞机模型进行位姿校准；③利用图2系统硬件设备布局Fig.2The layout of the system's hardware devices1.金属环幕2.音箱（2个）3.投影仪（3组）4.工作台5.主控计算机（图形工作站）图4多通道投影拼接Fig.4Multi-channel projection mosaic图5虚拟飞行视景仿真子系统功能模块及数据交换流程Fig.5The subsystem functional modules and dataexchange process图3立体眼镜Fig.3Stereo glasses123458.6米4米120°8米显示渲染表现层舱内视角再现驱动航迹视角再现驱动数据接收接口数据调度服务层数据推送数据管理服务层飞参历史数据库场景地形数据库飞机三维模型数据交互界面交互设备（下转第89页）·制造业信息化·OpenGL 的建模功能，建立场景等其他模型，并为这些模型贴图赋予材质；④驱动飞机模型按照输入的飞行数据在模拟场景中运动，再现飞行过程。
飞行数据通常来自飞机机载飞行参数记录设备记录的数据，包括从飞机开始滑出跑道到飞机落地后飞行参数记录设备停止工作的整个数据，其中输入仿真系统的数据的参数包括飞机的高度、速度、迎角、各种姿态角和起落架位置等在视景仿真时用到的参数。
飞行数据的好坏直接影响到飞行视景仿真的质量。
因此,飞行数据在输入系统时要进行预处理，例如：对于未记录卫星导航参数的飞行数据要通过数学方法来计算飞机飞行时所有时刻的空间位置，为防止飞行仿真中飞机模型出现抖动现象，必须对数据进行剔除掉奇异点、数据填充以及插值平滑等等处理。
4结束语直升机虚拟飞行视景仿真系统通过创建不同类型航空武器装备的三维数据模型，使系统具有直升机以外其他机型的虚拟维修及虚拟飞行视景仿真的功能；借助于卫星图像、航拍照片和其他资料，创建虚拟飞行地形环境，丰富地形环境库；可与动力学分析软件、有限元分析软件集成，对直升机飞行过程中承力构建的受力情况、特定条件下的动力学性能进行分析；通过开发新的接口程序，与物理模拟器（如六自由度飞行模拟器）、虚拟现实输入设备（如力反馈器、数据衣等）相结合，实现更多的模拟仿真功能。
所以本系统将在直升机理论教学、维修训练、飞行仿真等方面发挥重要作用，这对降低教学训练成本有着重要的经济和军事意义。
参考文献：[1]李家基，等.舰载直升机起降训练仿真系统设计方案[J].船舶，2010.[2]吴旭喜，等.航空电子综合系统总线控制方案研究[J].系统工程与电子技术，2011.[3]沈卫中.某型飞机军械设备与维护[M].中国人民解放军空军装备部，2006，1.基于数据维、服务维、流程维的智能交通异构数据集成化管理体系框架，提供可操作的异构数据集成化管理参考模型。
在该体系框架中，数据维描述面向智能交通领域的多源多维数据；服务维描述智能交通系统的功能性；流程维描述面向智能交通的业务过程，根据交通领域的细化程度，分为通用流程、专有流程和特定流程三个层次，如图4所示。
2.2云服务如图5所示，智能交通是面向不同的领域，为不同的群体服务的，该框架最终要实现的目的为普通用户、企业行业以及政府相关部门提供SaaS 云服务[7]。