無人機三維航跡監(jiān)視軟件設(shè)計

張明

摘要

利用OSG與地理信息技術(shù)，開展無人機飛行航跡的三維顯示所涉及的地形仿真、三維模型加載與驅(qū)動、航跡繪制與顯示技術(shù)的研究，構(gòu)架軟件的運行框架。借助VS2010開發(fā)平臺完成三維航跡監(jiān)視軟件相關(guān)功能的開發(fā)，通過相關(guān)實際飛行數(shù)據(jù)的實時測試，對軟件的三維航跡監(jiān)視功能進行驗證。

【關(guān)鍵詞】OSGEarth 三維航跡 無人機

隨著計算機技術(shù)、虛擬顯示技術(shù)與地理信息技術(shù)的廣泛發(fā)展，二維空間的平面顯示已遠遠不能滿足人們的顯示需求，而以三維仿真地形、三維模型相結(jié)合的虛擬現(xiàn)實技術(shù)與仿真越來越受到人們的重視。三維虛擬顯示能夠形象反映仿真對象實時的空間態(tài)勢信息，通過仿真地形與三維模型的相對運動，觀察對象的時間域仿真得以更充分地表達。

在無人機執(zhí)行飛行任務(wù)過程中，三維航跡的顯示顯著提升操作人員對無人機當(dāng)前的飛行姿態(tài)、飛行位置、飛行路徑的感觀認識，有效輔助操作人員進行后續(xù)飛行姿態(tài)、位置與路徑的動態(tài)調(diào)整，促使無人機以更安全的姿態(tài)、合適的路徑完成飛行任務(wù)。本文通過開源程序OSGEarth來實現(xiàn)無人機飛行航跡的三維顯示。

1 三維場景構(gòu)建

利用OSG/OSGEarth的程序接口或工具，可完成三維地形的仿真生成、數(shù)據(jù)加載、模型控制顯示，進而具備基于VS2010開發(fā)平臺的無人機三維航跡監(jiān)視軟件設(shè)計的基礎(chǔ)。

1.1 仿真地形生成

osgdem是一個地形快速生成工具，用于讀取地理空間圖像和高程圖，生成大規(guī)模的3D地形數(shù)據(jù)庫。通過集成osgdem工具的vpm，可實現(xiàn)高程數(shù)據(jù)與紋理地圖相匹配的仿真地形的快速生成，生成命令如下：

osgdem--xx 15--yy 15-t laypicture.tif--xx15--yy 15-d dem.tif-16-v 0.2-o 3Doutput.ive

創(chuàng)建的仿真地形如圖1所示

1.2 場景數(shù)二握加載

OSGEarth加載earth文件，通過解讀文件中定義數(shù)據(jù)格式，完成地圖場景的數(shù)據(jù)加載及顯示。數(shù)據(jù)加載流程如下：

（1）讀取earth文件，剖析得到數(shù)據(jù)屬性，渲染屬性的Conf信息;

（2）分解Colif屬性，構(gòu)建場景地圖map對象，得到map對象及叩tions對象;

（3）根據(jù)map對象及options對象，創(chuàng)建地圖節(jié)點mapNode，得到地圖操作節(jié)點;

（4）將mapNode節(jié)點加入場景視圖中，通過分頁LOD動態(tài)調(diào)度進行組織渲染，從而擁有地形的三維場景。

2.3 模型回調(diào)控制

在無人機飛行過程中，其空間位置與姿態(tài)實時發(fā)生變化，為實現(xiàn)三維模型的位置與姿態(tài)更新，需通過OSG的模型回調(diào)機制，完成模型在仿真場景中位置與姿態(tài)渲染?；卣{(diào)機制如下：

（1）場景中加載無人機的三維模型，設(shè)置初始位置及姿態(tài)信息;

（2）接收外部數(shù)據(jù)，獲取無人機實時的位置及姿態(tài)信息，將信息傳遞給回調(diào)函數(shù)中變化參數(shù);

（3）通過osg：：NodeCallback回調(diào)派生類在場景渲染時，依據(jù)實時位置與姿態(tài)信息更新模型的相關(guān)信息。2軟件設(shè)計

無人機三維航跡監(jiān)視軟件包含地圖初始化、數(shù)據(jù)接收、模型控制、三維航線顯示、視角切換等功能，各模塊間協(xié)調(diào)配合完成無人機三維航線的繪制與監(jiān)視功能。

2.1 軟件架構(gòu)層次

軟件以vs2010為開發(fā)平臺，利用OSG/OSGEarth開源程序，開發(fā)基于MFC框架的無人機三維航跡監(jiān)視軟件，構(gòu)建場景地圖層、數(shù)據(jù)通信層、模型顯示層及軟件控制層來實現(xiàn)主要功能。場景地圖層通過OSGEarth完成各種地圖數(shù)據(jù)的快速生成與疊加，是軟件監(jiān)視無人機狀態(tài)的前提;數(shù)據(jù)通信層完成外部數(shù)據(jù)的接收與解析，獲取場景中無人機實時位置與姿態(tài)信息;模型顯示層完成場景中三維模型及航跡的動態(tài)更新，仿真實際飛行效果;軟件控制層用于對場景中圖元進行狀態(tài)及屬性的變更，觀察視角的切換等。

2.2 軟件運行

在外部無人機仿真數(shù)據(jù)的驅(qū)動下，軟件運行效果如圖2所示。監(jiān)視畫面流暢穩(wěn)定，仿真效果逼真。

3 功能驗證

通過系統(tǒng)地軟件測試，表明無人機三維航跡監(jiān)視軟件功能正常，界面操作流暢，性能良好。在無人機實時飛行過程中，無人機實時位置與姿態(tài)信息通過三維模型的即時響應(yīng)，生動地向用戶展示超視距狀態(tài)下無人機的飛行狀態(tài)，滿足軟件開發(fā)時既定的應(yīng)用場景與用戶需求。

4 結(jié)論

三維航跡監(jiān)視軟件實現(xiàn)己應(yīng)用于相關(guān)項目中，對用戶監(jiān)控?zé)o人機實時狀態(tài)有極大的視覺效果提升，極大地提高軟件控制的集成度，配置文件的接口設(shè)計有效解決用戶需求動態(tài)變更而帶來軟件變更的問題。軟件界面的操作方式、頁面調(diào)度及動態(tài)配置的方法，也為后續(xù)其他型號相關(guān)軟件的研發(fā)提供可靠的借鑒。

參考文獻

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