淺談武警直升機(jī)飛行模擬器視景模擬系統(tǒng)

摘 要：視景模擬系統(tǒng)是武警直升機(jī)飛行模擬器中的重要組成部分。所謂“視景”是指處于直升機(jī)中的飛行人員所看到的座艙外部的景象。直升機(jī)飛行模擬器中的視景模擬系統(tǒng)就是用來(lái)產(chǎn)生座艙外部景象的模擬系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；模擬器；視景系統(tǒng)

一、視景模擬系統(tǒng)的基本類(lèi)型

武警直升機(jī)飛行模擬器的視景系統(tǒng)，大致可分為點(diǎn)光源、閉路電視、計(jì)算機(jī)成像三種類(lèi)型。

（一）點(diǎn)光源投影視景系統(tǒng)

點(diǎn)光源投影視景系統(tǒng)是發(fā)展最早，最為簡(jiǎn)單，也是最經(jīng)濟(jì)的視景模擬方法。它是利用點(diǎn)光源投影成像的原理，再現(xiàn)艙外景象。在這種方法中，主要有一個(gè)地景燈、一個(gè)畫(huà)有地面景象的地景盤(pán)和一塊銀幕。假定地景燈的燈絲是一個(gè)理想的光點(diǎn)（即其體積為零，而亮度又適中），地景盤(pán)的玻璃又非常薄而平，當(dāng)?shù)鼐盁粽丈涞降鼐氨P(pán)上時(shí)，就會(huì)將盤(pán)上所畫(huà)的景象透射到銀幕上。但由于還要模擬天地線(xiàn)和空中的云彩等景象，所以實(shí)際使用的銀幕都是垂直地面的，且一般為環(huán)形。

這種方法假設(shè)觀察者的眼睛與地景燈處于同一位置，但實(shí)際上這是不可能的，因此飛行員看到的銀幕影像必定與從地景燈處所看到的影像不同，這就產(chǎn)生了一些誤差。又因?yàn)檫@種方法所占的地面面積較大，而且還要配有復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，因此它逐漸被其他視景模擬系統(tǒng)所取代。

（二）閉路電視視景系統(tǒng)

閉路電視視景系統(tǒng)主要由地景盤(pán)、光學(xué)探頭、攝像機(jī)、投影器、屏幕等組成。典型的地景盤(pán)是采用一塊10多米長(zhǎng)，4米多高，按1：2000的比例制作的沙盤(pán)。攝像的光學(xué)探頭受隨動(dòng)系統(tǒng)控制，沿地景模型按操作軌跡做上下、左右、前后的移動(dòng)。通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)把獲取的圖像投影到飛行員的前方。

這種系統(tǒng)盛行于20世紀(jì)六、七十年代，由于它需要很大的建筑場(chǎng)地來(lái)放置地景模型，并要配備復(fù)雜的機(jī)電隨動(dòng)裝置，同時(shí)不能更改地景中顯示的目標(biāo)，因此隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這種方式的視景模擬系統(tǒng)也逐漸被淘汰。

（三）計(jì)算機(jī)成像視景模擬系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)成像視景模擬系統(tǒng)，就是利用計(jì)算機(jī)成像技術(shù)，實(shí)時(shí)生成艙外景象的數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)投影器顯示出來(lái)的一種視景模擬系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)成像技術(shù)，有時(shí)也可以稱(chēng)為計(jì)算機(jī)生成圖像技術(shù)，1962年，美國(guó)麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的Evens&Sutherland發(fā)表的一篇博士論文中首次使用了“Computer Graphics（計(jì)算機(jī)圖形）”這個(gè)術(shù)語(yǔ)，并證明了交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一個(gè)可行的、有用的研究領(lǐng)域，從而確立了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作為一嶄新的獨(dú)立的科學(xué)分支。

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的迅猛發(fā)展，目前計(jì)算機(jī)成像技術(shù)在國(guó)防、教育、娛樂(lè)等各個(gè)領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用，很好地滿(mǎn)足了人們的各種需求。

二、武警直升機(jī)模擬器視景系統(tǒng)的基本組成

視景模擬系統(tǒng)包括成像和顯示兩大部分，分為三個(gè)單元。

（1）存儲(chǔ)單元，即數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)被模擬的地形和目標(biāo)數(shù)據(jù)；

（2）成像計(jì)算機(jī)，用于處理數(shù)據(jù)以取得正確的透視視景并能實(shí)時(shí)更新；

（3）顯示部分，用于顯示模擬的視景。

三、武警直升機(jī)模擬器視景系統(tǒng)的基本原理

視景模擬系統(tǒng)的基本原理，就是當(dāng)模擬器實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)，成像計(jì)算機(jī)接受主計(jì)算機(jī)傳送過(guò)來(lái)的視點(diǎn)位置和姿態(tài)，利用給定的條件和模型，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后生成實(shí)時(shí)圖像信號(hào)，最后送顯示系統(tǒng)顯示出來(lái)。

為了逼真地模擬地景，首先要根據(jù)系統(tǒng)要求確定場(chǎng)景的范圍，取得這一場(chǎng)景范圍的地形數(shù)據(jù)或地形圖，以及相應(yīng)的衛(wèi)星照片、航拍照片等紋理內(nèi)容，來(lái)生成所需要的地形場(chǎng)景；還要針對(duì)訓(xùn)練科目的要求進(jìn)行三維物體、活動(dòng)目標(biāo)、特殊效果的建模工作，并將采集到的真實(shí)紋理照片通過(guò)掃描或攝像方式輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行紋理處理和紋理應(yīng)用，形成具有真實(shí)紋理的全三維模型；其次是在成像計(jì)算機(jī)上用圖像開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件進(jìn)行場(chǎng)景組織，軟件編程鏈接，進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像生成，提供系統(tǒng)所需要的視景圖像信號(hào)。這樣，當(dāng)成像計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)接受模擬器主控計(jì)算機(jī)送來(lái)的直升機(jī)在空中的位置、姿態(tài)數(shù)據(jù)，就可生成相應(yīng)的圖像信號(hào)，送給投影顯示系統(tǒng)，使得飛行員看到逼真的窗外景象。

四、投影器

投影器的種類(lèi)很多，這里簡(jiǎn)單介紹一下常用的液晶處理器和數(shù)字光處理器式投影器。

（一）液晶投影器

液晶投影器采用液晶顯示技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)CD投影器，由電子系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)兩大部分組成。電子系統(tǒng)由電源電路、微計(jì)算機(jī)控制電路、視頻信號(hào)處理電路、液晶面板驅(qū)動(dòng)電路 等組成，光學(xué)系統(tǒng)主要由光源、照明光學(xué)裝置、液晶板以及投影光學(xué)系統(tǒng)等組成。

（二）數(shù)字光處理式投影器

數(shù)字光處理器式投影器，采用光處理技術(shù)，它以數(shù)字微反射器作為成像器件，簡(jiǎn)稱(chēng)為DLP投影器。數(shù)字光處理器式投影器是由光源、光學(xué)系統(tǒng)、1～3個(gè)DMD數(shù)字處理芯片和電子系統(tǒng)等組成。

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作者簡(jiǎn)介：徐寶峰（1987.03—），男，吉林省大安市人，現(xiàn)就讀于空軍航空大學(xué)攻讀碩士研究生。