一种飞行器的三维视景仿真系统

摘要

本发明公开了一种飞行器的三维视景仿真系统，包括人机交互模块、模型配置模块、碰撞检测模块、视景显示模块、通信模块、数据存储模块和三维场景漫游模块，并行处理用户的仿真操作；具体讲，利用MFC类库完成人机交互界面的开发，利用ProEssential和OpenGL分别完成纯数值、数值曲线和三维动画的仿真，通信模块采用UDP通信和串口通信技术，碰撞检测算法模块采用了基于图像的碰撞检测优化算法，从而使整个系统能够满足用户的基本仿真要求。

主权项

一种飞行器的三维视景仿真系统，其特征在于，包括：一人机交互模块，用于处理用户的界面操作和系统操作的信息显示；三维视景仿真系统启动后，用户通过点击开始按钮对三维视景仿真系统解锁，再点击人机交互模块上相应按钮进行系统设置；一模型配置模块，包括控制对象配置和仿真场景配置；在控制对象配置中加载用户需要的3D模型，在仿真场景配置中加载对应的飞行场景模型,加载完成后，系统将自动启动碰撞检测算法模块，并通过视景显示模块对加载的3D模型和飞行场景模型进行初始化显示；一碰撞检测模块，利用基于图像空间的碰撞检测优化算法，在视景显示模块的实时仿真过程中对模型配置模块中加载的3D模型和飞行场景模型进行实时计算，用于实时检测飞行器与仿真场景是否发生碰撞，得到碰撞检测结果，存储在数据存储模块；一视景显示模块，包括实时显示模块和回回放显示模块；实时显示模块将通信模块与MATLAB引擎或飞行器间的通信数据通过纯数值、数值曲线和三维动画三种方式显示，其中，三维动画显示时，调用数据存储模块中的碰撞检测结果，碰撞检测模块再次监测飞行器和飞行场景是否发生碰撞，如果发生碰撞，则停止实时仿真，人机交互模块产生警报，如果不发生碰撞，则将该次仿真数据存储在数据存储模块；回放显示模块通过读取数据存取模块中的数据进行纯数值、数值曲线和三维动画显示；在同一时刻，视景显示模块只能选择一个显示模块工作，每个显示模块可以选择三种显示方式中的一种或两种或三种同时显示，具体可以通过人机交互模块的显示模式按钮选择；一通信模块，包括UDP通信模块和串口通信模块，采用数据双向传递方式；通信模块根据视景显示模块选择的显示模块确定出通信模块的工作方式；如果视景显示模块选择实时显示模块，则通信模块进入实时飞行仿真通信模式；此时，启动UDP通信模块或串口通信模块工作，其中，UDP通信模块用于接收和传递三维视景仿真系统与MATLAB引擎间的数据，串口通信模块用于接收和传递三维视景仿真系统与飞行器间的数据；UDP通信模块和串口通信模块在接受数据时均需要通过时间戳判断是否出现数据掉包，如果发生掉包，则由数据的平均值补齐，再将接收的数据传递给视景显示模块，同时存储到数据存储模块；如果视景显示模块选择回放显示模块，则通信模块进入回放飞行仿真通信模式；此时，通信模块自动关闭，视景显示模块直接从数据存储模块中读取数据进行相应显示；一数据存储模块，用于存储三维视景仿真系统与MATLAB引擎或飞行器间的通信数据，以及碰撞检测模块设定的飞行器飞行边界范围；一三维场景漫游模块，用户通过鼠标、键盘在三维场景漫游模块中控制摄像机的移动和旋转，从而改变用户观察飞行器和场景的视角；三维视景仿真系统的工作流程如下所述；三维视景仿真系统启动后，用户通过点击开始按钮对三维视景仿真系统解锁，再点击人机交互模块上相应按钮进行系统设置；点击人机交互模块的模型加载按钮，模型配置模块利用开源库加载飞行器的3D模型和飞行场景模型，同时启动碰撞检测模块，并对加载的模型进行初始化显示；在初始化显示时，启动三维场景漫游模块，用户通过鼠标、键盘可以控制用户观察视角的变化；点击人机交互模块的实时仿真按钮，三维视景仿真系统进入实时仿真阶段；此时，还要选择通信模块中的UDP通信或者串口通信；点击UDP通信按钮，UDP通信开始接收、传递三维视景仿真系统与MATLAB引擎间的数据；点击串口通信按钮，串口通信模块开始接收、传递三维视景仿真系统与飞行器间的数据；在同一时刻，只能点击一个通信按钮，启动UDP通信或者串口通信，并将UDP通信或者串口通信下的通信数据均存储在数据存储模块，同时发送给视景显示模块，通过纯数值、仿真曲线和三维动画三种方式显示，三种显示方式均可点击对应的按钮，选择开启或者关闭；在三维动画显示时，启动三维场景漫游模块，用户通过鼠标、键盘可以控制用户观察视角的变化；点击人机交互模块的回放仿真按钮，三维视景仿真系统进入回放仿真阶段；此时，通信模块自动关闭，视景显示模块直接从数据存储模块中读取数据，通过纯数值、仿真曲线和三维动画动画三种方式显示，三种显示方式均可点击对应的按钮，选择开启或者关闭；此时，在三维动画显示时，启动三维场景漫游模块，用户也可以通过鼠标、键盘可以控制用户观察视角的变化。