飛機照明數(shù)字仿真技術(shù)分析

史壯歌 于春海 屈斌

摘 要：文章強調(diào)了飛機照明數(shù)字仿真技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢以及必要性，在此基礎(chǔ)上，從數(shù)據(jù)仿真工具的合理選用、照明數(shù)字仿真子系統(tǒng)的搭建以及照明數(shù)字仿真系統(tǒng)模型及數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建這幾方面為切入點，著重闡述了飛機照明的數(shù)字仿真實現(xiàn)要點，以此促進飛機照明系統(tǒng)設(shè)計工作的升級。

關(guān)鍵詞：飛機照明;數(shù)字仿真;場景模型

引言：

飛機設(shè)計流程繁瑣、整體操作的復(fù)雜性更高。以飛機照明系統(tǒng)設(shè)計來說，以往普遍使用先設(shè)計后驗證的模式，需要完成的工作量更大、效率低且精度有限，難以保證最終設(shè)計成效。基于此，必須要開發(fā)一種新型的飛機照明系統(tǒng)設(shè)計與驗證模式。

1 飛機照明數(shù)字仿真技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢分析

飛機照明設(shè)計的過程復(fù)雜水平偏高且周期相對較長，所產(chǎn)生成本費用維持在較高水平，且需要多次反復(fù)驗證，繁瑣性明顯。基于這樣的現(xiàn)實情況，為了進一步提升飛機照明設(shè)計的效率以及結(jié)果成效，可以引入數(shù)字仿真技術(shù)，依托真實仿真環(huán)境的搭建，多次調(diào)整照明設(shè)計的方案，對比結(jié)果，完成對基于不同照明設(shè)計方案的飛機照明系統(tǒng)設(shè)計階段性能展開驗證，為飛機照明設(shè)計的優(yōu)化提供指導(dǎo)。相比于傳統(tǒng)的設(shè)計方法來說，基于飛機照明數(shù)字仿真技術(shù)的照明系統(tǒng)設(shè)計方法具有更高的應(yīng)用價值，且也是當(dāng)前高效展開飛機照明系統(tǒng)設(shè)計工作的必然選擇，以此實現(xiàn)飛機照明設(shè)計的提速增效。

2 飛機照明的數(shù)字仿真實現(xiàn)要點探究

2.1數(shù)據(jù)仿真工具的合理選用

選擇集成多種算法的軟件實施飛機照明數(shù)據(jù)仿真，例如SPEOS軟件，其中包含著蒙特羅算法、確定性算法等，不僅可以獨立使用單一算法進行分析，還可以綜合應(yīng)用多種算法完成分析[1]。實踐中，可結(jié)合仿真的實際情況在軟件內(nèi)完成仿真算法的適當(dāng)選取，促使計算結(jié)果精準(zhǔn)程度提升。同時，在SPEOS軟件內(nèi)還引入了反向追跡功能單元，因此可以在飛機駕駛艙照明設(shè)計中發(fā)揮出更高的應(yīng)用優(yōu)勢。另外，在必要的條件下，也可以搭建起照明數(shù)字仿真子系統(tǒng)，完成對飛機照明的數(shù)值仿真。

2.2照明數(shù)字仿真子系統(tǒng)的搭建

在Windows XP環(huán)境下開發(fā)照明數(shù)字仿真子系統(tǒng)，融合3DMAX系列工具軟件，對飛機照明數(shù)據(jù)仿真展開設(shè)計。同時，依托面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法完成對照明數(shù)字仿真子系統(tǒng)功能的構(gòu)建，引入計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)，提升照明數(shù)字仿真子系統(tǒng)的功能性。在應(yīng)用照明數(shù)字仿真子系統(tǒng)展開的飛機照明數(shù)字仿真實踐中，一般主要完成以下幾項操作內(nèi)容：構(gòu)建飛機照明數(shù)字仿真的數(shù)學(xué)模型，實施模型轉(zhuǎn)化，形成數(shù)字化的計算機仿真模型;搭建關(guān)系數(shù)據(jù)庫;在計算機內(nèi)錄入數(shù)字化的計算機仿真模型;計算飛機照明光量，數(shù)據(jù)結(jié)果;綜合計算結(jié)果完成對計算模型的優(yōu)化;結(jié)合數(shù)據(jù)庫、仿真繪制單元共同形成并輸出仿真圖形;參考計算結(jié)果進行仿真圖形的優(yōu)化，輸出最終結(jié)果;建立文檔。

2.3照明數(shù)字仿真系統(tǒng)模型及數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

2.3.1 面向?qū)ο蟮娘w機照明數(shù)字仿真建模方法

第一，真實性飛機照明場景的構(gòu)建。在推行飛機照明數(shù)字仿真的過程中，需要著重強調(diào)場景的真實感。受到三維渲染現(xiàn)實要求以及硬件顯示能力的影響，應(yīng)當(dāng)盡可能控制場景的復(fù)雜水平降低，并盡量創(chuàng)設(shè)出更為貼近現(xiàn)實情況、真實水平更高的仿真場景。實踐中，需要對各個軟件功能進行深入性挖掘與優(yōu)化組合，同時選用分形算法、程序幾何等相對高級的算法。在這一環(huán)節(jié)中，可以應(yīng)用的軟件主要有以下幾種：（1）實時三維模型創(chuàng)建軟件，該軟件中配置的數(shù)據(jù)庫格式為公認(rèn)的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)模式，能夠?qū)崿F(xiàn)“所見即所得”式的三維模擬環(huán)境創(chuàng)建，最終形成更為理想的場景三維模型。（2）實時場景管理與驅(qū)動軟件，依托該軟件可以實現(xiàn)聲音仿真、實施視景仿真等等，且操作的簡單程度更高，在實施三維場景漫游的過程中幾乎不需要源代碼的支持。（3）紋理處理軟件，對三維場景模型的細節(jié)紋理進行處理，提升模型的精細度與真實感。

第二，全時空情情境變化的模擬。依托虛擬現(xiàn)實技術(shù)仿真模擬出飛機照明的全時空情境變化，搭建起具備實時性的三維視覺效果。對于虛擬現(xiàn)實而言，其中所包含著的關(guān)鍵技術(shù)要點主要如下：（1）環(huán)境動態(tài)模型搭建技術(shù)，對實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)展開全面提取與匯總，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建起對應(yīng)環(huán)境場景的虛擬環(huán)境模型。依托CAD技術(shù)（或BIM技術(shù)）以及非接觸式的視覺建模技術(shù)的整合應(yīng)用，可以達到促進實際數(shù)據(jù)獲取成效進一步增高的效果。（2）三維圖像實時性生成技術(shù)，促使刷新率的最低數(shù)值為每秒15幀，盡量維持在每秒30幀的條件下，以此實現(xiàn)對“實時性生成”的體現(xiàn)[2]。（3）立體顯示及傳感器技術(shù)，依托此基礎(chǔ)提升虛擬現(xiàn)實交互能力。

2.3.2 飛機照明數(shù)字仿真數(shù)據(jù)庫的搭建

在構(gòu)建飛機照明數(shù)字仿真數(shù)據(jù)庫的過程中，可以依托以下流程完成相關(guān)工作：全面收集資料信息，并對其實施預(yù)處理;錄入實體圖形，對實體圖形展開數(shù)字化處理;明確屬性編碼、元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)以及文檔格式標(biāo)準(zhǔn)，建立基本圖素、屬性數(shù)據(jù)、附表以及文檔;形成圖形庫、屬性庫以及屬性文檔，對建立的附表實施轉(zhuǎn)換入庫處理，并對建立的文檔進行格式轉(zhuǎn)換;針對圖形庫、屬性庫展開數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，結(jié)合入庫附表以及完成格式轉(zhuǎn)換的文檔共同實現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)庫的搭建。

對于飛機照明數(shù)字仿真數(shù)據(jù)庫而言，其主要由多個子數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，具體包括：（1）關(guān)系數(shù)據(jù)庫。該子數(shù)據(jù)庫主要為某一時刻條件下關(guān)系模式所對應(yīng)的關(guān)系合集，保存在其內(nèi)部的關(guān)系一般以文件形式完成存儲，任意關(guān)系均擁有獨立的對應(yīng)性數(shù)據(jù)文件，以此確保數(shù)據(jù)在物理與邏輯方面均具備明顯的獨立性特征，體現(xiàn)出對數(shù)據(jù)完整程度以及安全性的有效維護。同時，由于關(guān)系數(shù)據(jù)動態(tài)存在，普遍會隨之時間的變化而發(fā)生改變，因此保存于該子數(shù)據(jù)庫之內(nèi)的關(guān)系數(shù)據(jù)需要持續(xù)性更新。

（2）飛機信息數(shù)據(jù)庫。在該子數(shù)據(jù)庫內(nèi)，保存著的信息參數(shù)主要有飛機類型、照明等級、構(gòu)筑物、飛機材料等方面的信息，整個飛機信息數(shù)據(jù)庫屬于描述飛機屬性特征的數(shù)據(jù)庫、表述其幾何關(guān)系與拓撲關(guān)系的數(shù)據(jù)庫。

（3）飛機照明信息數(shù)據(jù)庫。在該子數(shù)據(jù)庫內(nèi)，保存著的信息參數(shù)主要有光源數(shù)據(jù)（包括光源種類、功率闡述、色溫、使用年限、色坐標(biāo)等等）、燈具數(shù)據(jù)（包括燈具規(guī)格、材質(zhì)、效率、安裝方法、配光曲線數(shù)據(jù)等等）、飛機照明方式（包括中心布置、單側(cè)布置、雙側(cè)對稱、雙側(cè)交錯等等）、光源與燈具的維護數(shù)據(jù)（包括供應(yīng)商、安裝單位與日期、維護日期等等）、照明數(shù)據(jù)（包括眩光控制等級、相對閾值增加量等等）。

（4）飛機環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫。在該子數(shù)據(jù)庫內(nèi)，保存著的信息參數(shù)主要有周邊環(huán)境條件、氣候條件、個體行為習(xí)慣、照明控制與管理方式、照明安裝與調(diào)試情況、照明安裝的驗收情況與評價記錄、供電情況（包括距離、位置等）、投資情況（包括電費、維護費、安裝費等）。與此同時，為了更好滿足數(shù)字仿真需求，還應(yīng)當(dāng)積極搭建起實體及實體庫，如各大企業(yè)應(yīng)用于飛機照明的光源數(shù)據(jù)庫等等。

總結(jié)：

綜上所述，基于飛機照明數(shù)字仿真技術(shù)的照明系統(tǒng)設(shè)計方法具有更高的應(yīng)用價值，且也是當(dāng)前高效展開飛機照明系統(tǒng)設(shè)計工作的必然選擇，以此實現(xiàn)飛機照明設(shè)計的提速增效。實踐中，需要著重關(guān)注數(shù)據(jù)仿真工具的合理選用、照明數(shù)字仿真子系統(tǒng)的搭建以及照明數(shù)字仿真系統(tǒng)模型及數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，提升飛機照明仿真模擬的真實性，為飛機照明系統(tǒng)設(shè)計提供更好指導(dǎo)。

參考文獻：

[1]于子淇，周壁和，趙子磊，等.飛機新型頻閃燈控制策略研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2021（11）：72-75.

[2]林志昆，王宏霞.飛機照明技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2018（02）：6-9.