飞行监控系统中基于GPU的地形渲染

利用实时遥测飞行信息生成三维虚拟地形场景,旨在飞机试飞时,增强地面指挥人员对飞机实时位置地面场景的感知能力,帮助飞行员在试飞时处理复杂多变的飞行状况。为了逼真且流畅地生成三维地形场景,首先使用固定网格映射(PGM)的方法生成地形采样网格,接着利用几何着色器为三角形面片分配连续的与视点相关的细节等级(LOD),对缓存在纹理数组中的各等级高程数据和卫星照片进行混合采样。由于细节等级是连续的,因此各级纹理和高程之间能够平滑的过渡,增加了场景的真实性。最后,考虑到显存的容量限制,引入了一种内存与显存之间的纹理调度方法。整个算法都是面向图形处理单元(GPU)实现的,能够较好地兼顾实时性和真实性,实现多分辨率大规模地形场景的实时虚拟显示。根据本文算法实现的实时监控系统在支线飞机的飞行试验中取得了较好的效果。     

基于位图的三维地形景观生成

地形模型的三维实时显示技术是虚拟现实的一项关键技术。地形模型的建立是地形三维仿真研究的重点之一。在现存的各种地形模型的生成方法中,利用地形位图建立地形模型的方法一经提出,便因其算法简单,形象直观,易于实现等特点日益得到重视并且广泛的应用于游戏制作和虚拟场景的构建等领域。基于地形位图图像,成功的建立了较大规模的地形模型,进行了纹理映射,结果真实感较强,并实现了实时交互的场景漫游。     

三维数字地形图生成技术研究

在论述三维真实感数字地形图生成算法的基础上,结合数字高程模型(DTM)数据,用OpenGL在计算机上实现三维数字地形图的显示。     

基于AMDB的机场空侧三维场景建模技术研究

针对机场空侧真实感三维场景建模的需求,提出一种采用机场地图数据库,在OpenFlight API支持下参数化生成机场空侧三维场景模型的方法。首先分析了AMDB数据库架构和数据构造;其次依据AIXM5数据交换标准,设计了针对机场空侧三维场景模型几何数据整合接口;然后提出了机场空侧三维场景模型的特征分类模型,并根据不同的分类设计基于OpenFlight API的场景树生成方法;最后通过实例构建了三维场景模型。该技术能够实现不同时候、天气情况下机场空侧三维场景的快速构建。     

战场环境仿真中的三维地形生成技术研究

在虚拟战场环境的建模技术研究中主要应解决三维地形的生成问题。本文利用Multigen Creator软件来实现三维地形的生成;重点介绍了Creator软件地形转换的四种算法;讨论了在Creator软件中生成地形的过程,并以一个实例为研究区域,建立了一种直观性的、真实性的三维地形。     

MultiGen视景仿真中大地形与航迹生成方法研究

基于MultiGen进行视景仿真时,为生成大规模地形,可以采用MultiGenVega中的大地形数据库管理模块LADBM在仿真时将多块连续的小地形动态装载,也可以将多块数字高程模型(DEM)或数字高程数据(DED)合并成一个大的DED地形,再利用MultiGenCreator将其转换成OpenFlight模型。大地形中航迹采用点绘方法来生成。     

航天试验任务星体外观可视化方法研究

针对航天试验任务中地球、月球等大尺度星体的真实感可视化问题,提出了新型的四叉树相容的金字塔模型,以解决可视化系统中多分辨率遥感影像的存储、调度和实时绘制问题;设计了视感正确的三维地形绘制方法,在统一的纹理框架下管理、调度高程数据,在GPU端执行地形信息的逐像素恢复。实验结果表明,该算法计算开销小、存储容量低,能在通用微机平台上实现大规模、复杂天体的实时绘制。     

并行月面三维地形重建系统设计

月面三维地形重建系统的实时性直接关系到探月任务的执行效率。为提高地形重建速度,针对立体像对处理平台体系架构、地形高程模型生成算法设计及地形数据压缩与解压等环节的不同特点,利用并行计算思想实现各阶段的并行化设计,使各环节的执行速度相比串行系统均有3～10倍的提升,一定程度上解决了系统时间瓶颈问题。最后基于月面仿真试验场的真实地形数据进行了系统验证,并对所生成月面地形进行了可视化展示。     

机场地势设计中高程值提取方法研究

本文提出了一种利用MapInfo开发工具，在数字地面模型（DTM）基础上直接生成数字高程模型（DEM），自动提取地面点高程值的方法，并在机场地势优化设计工作中应用。与传统利用离散点生成DEM的方法比较．这种方法不需要在栅格数据和矢量数据之间进行转换．减小了DEM对地形模拟的误差，提高机场地势优化设计要求的精度，并具有计算速度快、节省内存等优点。     

基于SAS算法的起飞一发失效应急路径规划方法

为解决起飞一发失效应急程序（EOSID）手动设计的不足,提出一种基于SRTM数据的稀疏A*搜索（SAS）算法的EOSID路径规划方法。首先采用航天飞机雷达地形测绘使命（SRTM）的网格地形数据,结合起飞一发失效相关规章,考虑爬升梯度与保护区限制确定可行搜索空间;然后基于可行搜索空间运用稀疏A*搜索算法搜索应急离场路径,在传统A*算法寻找扩展节点时加入起飞性能约束条件,同时利用地形高程数据进行地形和威胁回避,生成一条三维应急离场航迹;最后利用三次样条曲线对规划的应急离场航迹进行平滑处理。实验结果表明该方法能自动搜索出有效的EOSID三维航迹。     

大规模场景的百分比近邻软阴影绘制算法

针对传统软阴影绘制算法在面对大规模三维场景时绘制效率较低的问题,文章基于四叉树加速结构的阴影图构建,研究了邻域节点的搜索方法和遍历顺序的选择方法,提出了一种基于四叉树的百分比近邻软阴影算法。实验结果表明,与传统算法相比,该方法能够有效提高大规模三维场景的软阴影绘制效率,且性能稳定,可以渲染出高质量的软阴影效果。     

飞行仿真视景中的地形快速生成算法

在航空器飞行仿真中,地面大规模场景制约着仿真速度。为了快速生成地形场景,分析了航空器的视域特点,提出了飞行仿真的视域裁剪方法,确定了地面场景的视野范围,在保证显示质量的同时大范围降低了渲染数据;采用视点相关的LOD技术对场景进行有效简化,实现了大规模地形的实时显示;提出了视野区内背对观察者场景剔除方法和相关的节点评价算法。通过试验证实了该算法的可行性和有效性。     

低空突防实时仿真中DED数字地图的地形提取技术研究

DED地形文件格式是MutiGen公司的专有数据格式,尚无关于其数据存储格式的详细说明,为在低空突防实时仿真系统中应用DED地形数据构建地形探测雷达模型、验证突防算法,通过实验分析得出DED地形文件信息存储格式,给出了地形数据提取与坐标转换的算法,有效地克服了低空突防实时仿真中缺乏大范围高精度地形数据的问题,解决了数学仿真和视景仿真地景完全匹配的难点问题。     

模型实时驱动的航空发动机沉浸式虚拟运行系统

为实现多学科信息的融合与沉浸式表达,针对当前虚拟现实技术在航空发动机领域的应用存在多学科信息综合表达不 足、仿真实时性低等问题,开发了一种跨学科异构模型集成仿真的航空发动机沉浸式虚拟运行系统。在信息融合与实时交互方 面,研究航空发动机气动热力性能实时仿真、实时控制、参数化结构建模与仿真、数据实时共享与多学科联合仿真集成等技术,实 现了模型实时驱动的航空发动机虚拟运行功能;在数据可视化及3维渲染方面,研究结构数据轻量化处理技术、实时渲染优化技 术,对温度、压力等流场数据进行实时映射,实现了逼真、流畅的沉浸式实时渲染效果。基于上述研究工作,在中国首次开发了1 套由模型实时驱动、跨学科数据集成的航空发动机沉浸式虚拟运行系统,结果表明：该系统实现了发动机结构、系统和性能模型数 据的关联与交互。相关技术和成果可用于协同设计、沉浸式评审、虚拟培训等场景,为未来实现数字孪生、虚实融合的数字发动机 研发提供关键技术支撑和参考。     

地形景象匹配辅助导航可视化仿真研究及软件实现

为了直观有效验证地形景象匹配算法和演示地形辅助导航的过程,设计了地形景象辅助导航可视化仿真软件系统.利用Visual C 和OpenGL的功能实现了对导航数据和飞行过程的动态二维可视化曲线显示,对匹配区域中的实测图和参考图进行动态显示,能够直观地分析匹配结果的正确性;并在此基础上着重对地形景象匹配辅助导航过程实现了可视化仿真显示,能形象直观地演示地形景象辅助导航的过程及其性能.通过多次试验表明,该软件能很好地演示地形景象辅助导航系统的全过程及其性能,具有很好的实际应用价值.     

基于几何矩阵的增强虚拟现实

增强虚拟现实是组合真实场景和虚拟场景,以达到丰富真实场景的目的.针对摄像机相对景深做较小运动时所获得的视频,提出了一种基于几何矩阵的增强虚拟现实方法.摄像机在这种运动情况下,可以用一个几何矩阵来描述两帧之间的关系,这样就大大简化真实场景和虚拟场景的组合.同时,由于虚拟场景来自二维图像,因此,非常容易对准虚拟物体在视频中的位置.理论和真实视频实验表明,本文提出的增强虚拟现实方法具有计算量小和真实性强等优点.     

地形可视化系统关键技术研究与实现

研究了地形可视化领域的关键技术,并将其应用于地形可视化系统的开发。系统使用四叉树结构对地形数据进行组织和管理,基于LOD思想,生成了连续多分辨率地形网格模型。在此基础上,综合应用了裂缝消除改进算法和视景体裁剪技术,实现了视点相关的地形可视化系统,在保证较高视觉效果的同时,提高了渲染速度。     

三维地形不变性特征描述及其在地形匹配中的应用

 针对实时地形图与基准地形图之间存在旋转、缩放和平移等相似变换的地形匹配问题,提出一种基于地形不变性特征描述的匹配方法。分析了地形的凹凸特征,根据三维地形表面的局部极值点相对位置分布稳定的特点,采用极值点相对位置归一化表示的方法构造了地形的不变性特征向量,基于二维地形特征向量间的距离比较,实现了适应相似变换的地形匹配。该地形描述与匹配方法不依赖于地形的绝对尺度值,仿真实验表明了方法具有较好的实用性,是解决导航定位中存在缩放变换的地形匹配的有效方法。